Hbd60型装配式公路钢桥及桁架的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种装配式公路钢桥及其桁架，桁架采用桁架单元连接组合的方式构成，桁架单元为等腰三角形的桁架单元，桁架单元具有桁架弦杆、桁架斜杆、桁架竖杆，桁架弦杆为等腰三角形的底边，桁架斜杆为等腰三角形的等腰边，桁架竖杆连接等腰三角形的顶点和底边中点。本发明的装配式公路钢桥采用上述桁架，具有构造简单、受力明确、构件数量少、可互换性强、组合方式多样、架设速度快捷等优点，可用于抢险救灾、军事国防、施工支架等临时设施，还可用于常规公路桥梁建设以及桥梁加固等永久结构。
【专利说明】HBD60型装配式公路钢桥及桁架
【技术领域】
[0001]本发明属于公路桥梁【技术领域】，涉及装配式公路钢桥及工程施工临时/永久支架。
【背景技术】
[0002]装配式公路钢桥是一种可分解的、能快速架设的、由预制金属构件组成的制式桥梁。1938年，英国工程师唐纳德?贝雷设计出了最早的装配式钢桥——贝雷桥，并被大量用于二战期间的欧洲及远东战场。战后世界各国都在该贝雷桥的基础上结合本国实际情况设计了类似的装配式公路钢桥，并将其改为民用。我国自20世纪60年代初期研制生产了 321型装配式公路钢桥以来，还研制了 HD200型、ZB200型、ZB450型及CD型等多种型号的装配式公路钢桥。
[0003]321型、HD200型、ZB200型、ZB450型均采用销接连接，因此仅能作为临时性桥梁使用，例如HD200型装配式公路钢桥采用矩形桁架单元，由斜杆构成两个菱形支撑，结构复杂，且矩形桁架单元间采用销接连接，是一种临时性桥梁结构。321型钢桥为单车道，最大跨径60米，HD200和ZB200型可做双车道，最大跨径只有54.86米。⑶型钢桥可做双车道，单车道最大跨径可达90米，且节段间采用了高强螺栓连接，理论上可作为永久桥梁使用。在我国的历次地震灾害中，位于宽阔河道的均有跨径大于60米的桥梁被毁坏，因此无论321型，还是HD200、ZB200型钢桥的跨越能力均无法满足需求；ZB450型钢桥虽然跨径可达81米，但架设安装需借助机械设备，且架设时间较长，也不能满足抢险救灾、应急抢修的需要。
[0004]综合对比跨越能力、架设速度及施工方法，CD型钢桥较前四种型号均有提升，但CD型钢桥的横梁设置在两个桁架单元之间，为实现安装需将工字型截面横梁下翼缘切除，并插入两桁架单元之间，且横梁与桁架之间采用螺栓连接，施工难度大，螺栓孔不易对正，且横梁置于两桁架间，桁架传力路径不明确，不利于桁架的受力状况分析，且CD型钢桥架设过程中下弦杆容易局部失稳，该桥型只是理论上的永久桥梁，其桥面板、横梁等构件仍是按照临时性结构设计的，不能满足永久桥梁的指标要求。
[0005]随着我国在全球影响力的提高，当前正越来越多的参与到各发展中国家、经济欠发达国家和地区的基础设施援建、战后重建、及灾后恢复建设工作中；且全球各地环境、气候条件复杂，对钢桥的耐候性要求也较高，因此急需设计一种跨越能力强、装箱运输方便、架设快速简便、价格经济、耐候能力强、寿命持久的公路装配式桥梁。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种既能用于快速应急抢险的临时性工程，又能用于正常公路建设、战后及灾后重建的永久性工程，跨越能力较大、耐候能力强的装配式公路钢桥。为弥补上述现有桥型的不足，并解决实际工程中的技术问题，我们设计了一种新型的装配式公路钢桥(命名为HBD60型装配式公路钢桥)及其桁架结构，并通过下述技术方案实现。
[0007]本发明提供一种装配式公路钢桥及其桁架。本发明的桁架由桁架单元连接组合构成，所述桁架单元为等腰三角形的桁架单元，所述桁架单元具有桁架弦杆、桁架斜杆、桁架竖杆，所述桁架弦杆为等腰三角形的底边，所述桁架斜杆为等腰三角形的等腰边，所述桁架竖杆连接等腰三角形的顶点和底边中点。优选的，所述桁架单元的桁架弦杆、桁架斜杆、桁架竖杆用热轧H型钢或焊接H型钢焊接而成。优选的，所述桁架的组装方式为单排单层桁架、双排单层桁架、双排双层桁架或双排三层桁架。
[0008]本发明的装配式公路钢桥，包括横梁以及所述的桁架，所述桁架设置于桥面的两侧；所述横梁架设于桥面两侧的桁架单元之间，且所述横梁设置于所述桁架单元的桁架竖杆与桁架弦杆的连接位置处。优选的，用X形竖向支撑将所述钢桥的各横梁的中部连接起来，所述横梁垂直于所述X形竖向支撑所在的平面。优选的，所述钢桥还包括X形抗风拉杆，用于将所述钢桥的各横梁连接起来，所述横梁平行于X形抗风拉杆所在的平面。优选的，所述钢桥的两端设置有直角三角形的桁架单元，所述直角三角形的桁架单元的桁架弦杆为直角三角形的底边，桁架斜杆为直角三角形的斜边，桁架竖杆为直角三角形的竖边。优选的，所述钢桥的两端还具有支座，支撑于所述直角三角形的桁架单元的桁架竖杆，或支撑于所述等腰三角形的桁架单元的桁架竖杆，或支撑于所述等腰三角形的桁架单元的桁架弦杆的一端。优选的，通过分立的顶部弦杆将所述桁架单元的等腰三角形的顶点连接，从而构成单层桁架；或者，通过将所述桁架单元的等腰三角形的顶点相对连接，从而构成双层桁架；或者，通过在所述双层桁架的上部或下部再加一层所述桁架单元，从而构成三层桁架。优选的，所述桥面为V型正交异性钢桥面板或U型正交异性钢桥面板。
[0009]与我国现有型号装配式公路钢桥相比，本发明具有以下优点:⑴跨越能力强:单车道单孔最大跨径可突破百米，双车道单孔最大跨径可达80米，超过了目前所有型号装配式公路钢桥的最大跨径；(2)架设速度快:结构构造简单、构件数量少、稳定性强、单个构件自重轻，用简单的机械和人工即可完成架设，架设速度较相似跨径的ZB450型钢桥更迅速；
(3)材料用量省:由于结构承载能力强，当跨越较大的河流、沟谷时，尤其做双车道桥梁时，用钢量较321、HD200、ZB200、ZB450型钢桥均节省，从而降低了桥梁造价；(4)组合方式灵活多样:可采用单排单层、双排单层、双排双层等桁架组合形式，再辅以第三弦杆和加强弦杆，可以根据需要组装成不同跨径、桥宽的桥梁；(5)受力明确:不同于CD型钢桥，本发明的钢桥在等腰三角形桁架单元对称轴位置设置了竖杆，该构造解决了悬臂推出施工过程中，桁架下弦杆易发生局部失稳的问题；将横梁设置在桁架竖杆位置处，安装方法更加简便，且桥上荷载通过桥面板传至横梁，再通过横梁传至下弦杆，再传至整个桁架，整个传力过程明确，易于计算；(6)有临时桥梁和永久桥梁两种体系:临时桥梁的主要功能定位与现有型号钢桥相同，为与现有型号钢桥保持构件的通用性，桥宽及桥面板构造与现有型号钢桥保持一致，但桁架间采用普通螺栓连接，这种连接方式较销接更加安全可靠，耐久性好，同时较CD型采用的高强螺栓连接可拆解性好，每次拆解后不需要对螺栓连接摩擦面进行维护；永久桥梁不再考虑拆解，因此采用高强螺栓连接，不同于CD型钢桥，本发明的钢桥桥宽按照规范规定取值，正交异性钢桥面板可上覆浙青铺装或水泥混凝土铺装，行车道两侧设有防撞护栏，是真正意义的永久公路桥梁；(7)有两种正交异性钢桥面板可供选择:本发明钢桥可配置V型正交异性钢桥面板或U型正交异性钢桥面板两种桥面板，可根据实际需要灵活选择；(8)耐候能力强:可根据不同的自然环境和气候条件选择采用低合金高强度结构钢涂防腐涂装，或采用耐候结构钢，以提高结构耐久性；(9)用途更广泛:本发明的钢桥不但可用于抢险救灾、军事国防、施工支架等临时设施，还可用于常规公路桥梁建设以及桥梁加固等永久结构，拥有相当广泛的用途。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例的装配式公路钢桥的等腰三角形桁架单元的结构示意图；
[0011]图2为本发明实施例的装配式公路钢桥的直角三角形桁架单元的结构示意图；
[0012]图3为本发明实施例的装配式公路钢桥的单排单层的结构示意图；
[0013]图4为本发明实施例的装配式公路钢桥的双排单层的结构示意图；
[0014]图5为本发明实施例的装配式公路钢桥的双排双层的结构示意图；
[0015]图6为本发明实施例的装配式公路钢桥的单排单层桁架的截面图；
[0016]图7为本发明实施例的装配式公路钢桥的双排单层桁架的截面图；
[0017]图8为本发明实施例的装配式公路钢桥的双排双层桁架的截面图；
[0018]图9为本发明实施例的装配式公路钢桥的人行道及挑梁的结构示意图。
[0019][主要元件符号说明]
[0020]1、等腰三角形；
[0021]2、桁架竖杆
[0022]3、直角三角形；
[0023]4、单排单层桁架；
[0024]5、双排单层桁架；
[0025]6、双排双层桁架；
[0026]7、第三弦杆；
[0027]8、加强T型钢；
[0028]9、横梁；
[0029]10、V型正交异性钢桥面板；
[0030]11、U型正交异性钢桥面板；
[0031]12、普通螺栓或高强螺栓；
[0032]13、X形抗风拉杆；
[0033]14、X形竖向支撑；
[0034]15、路缘；
[0035]16、支座；
[0036]17、人行道；
[0037]18、人行道挑梁。
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例进一步详细说明。
[0039]如图1?图9所示，本发明的实施例提供的装配式公路钢桥及其桁架。桁架由桁架单元连接组合构成，桁架单元为等腰三角形I的桁架单元，桁架单元具有桁架弦杆、桁架斜杆、桁架竖杆2，桁架弦杆为等腰三角形的底边，桁架斜杆为等腰三角形的等腰边，桁架竖杆2连接等腰三角形的顶点和底边中点。桁架单元的桁架弦杆、桁架斜杆、桁架竖杆用热轧H型钢或焊接H型钢焊接而成。
[0040]本发明的装配式公路钢桥还包括横梁9，横梁9架设于桥面两侧的桁架单元之间，且横梁9设置于桁架单元I的桁架竖杆2与桁架弦杆的连接位置处，横梁9置于竖杆2旁，横梁9与下弦杆间采用下弦杆上的定位突起定位，与竖杆2仅用一个螺栓连接定位，安装十分简便，且桁架传力路径明确。用X形竖向支撑14将钢桥的各横梁9的中部连接起来，横梁9垂直于X形竖向支撑14所在的平面。钢桥还包括X形抗风拉杆13，用于将所述钢桥的各横梁连接起来，横梁9平行于X形抗风拉杆13所在的平面。钢桥的两端设置有直角三角形3的桁架单元，直角三角形的桁架单元的桁架弦杆为直角三角形的底边，桁架斜杆为直角三角形的斜边，桁架竖杆2为直角三角形3的竖边。钢桥的两端还具有支座16，支撑于直角三角形3的桁架单元的桁架竖杆2，或支撑于等腰三角形I的桁架单元的桁架竖杆2，或支撑于等腰三角形3的桁架单元的桁架弦杆的一端。钢桥还具有人行道17、人行道挑梁18等附属构件，人行道17焊接在人行道挑梁18上，人行道挑梁18采用双槽钢截面，用螺栓固定于横梁9的腹板两端。桁架的组装结构为单排单层桁架4、双排单层桁架5或双排双层桁架6 ;双排单层桁架5或双排双层桁架6的双排之间可设置有第三弦杆7，桁架弦杆的外侧均可设置用以加强的T型钢8。横梁9的断面型式为工字型断面，且横梁9上设有正交异性钢桥面板，可根据实际需要灵活选取V型正交异性钢桥面板10或U型正交异性钢桥面板11 ；各构件之间采用螺栓12连接，其中临时性桥梁采用普通螺栓连接，永久性桥梁采用高强螺栓连接。
[0041]本发明是一种以单元构件为基础的组合式桥梁，桁架由桁架单元构成。等腰三角形1、竖杆2和直角三角形3构件是用热轧H型钢或焊接H型钢焊接而成。相对的桁架弦杆与等腰三角形I和直角三角形3的底边相同，桁架第三弦杆7也与等腰三角形I和直角三角形3的底边一致。连续地将桁架单元的底边用螺栓12连接，再通过弦杆连接各三角形的顶点，并在桥面的两侧各设一排单层桁架，便组成了单排单层桥梁；若在桥面的两侧各设两排单层桁架，便组成了双排单层桥梁；在双排桁架之间安装一个弦杆，即第三弦杆7，便组成了带第三弦杆7的双排单层桥梁，另外在桁架弦杆的外侧增设T型钢8加强，便组成了单排单层加强桥和带第三弦杆7的双排单层加强桥。带第三弦杆7的双排单层桥，能使桁架的惯性矩提高50%，大大提高了桁架的抗弯强度。当桥梁跨度需要进一步增大时，可将两个等腰三角形I桁架单元的顶点，相对连接起来，便组成了双排双层桥，为了提高主桁惯距和承载能力，同样可在双排桁架之间增设第三弦杆7，便组成了带第三弦杆7的双排双层桥梁，在双层桁架弦杆的最外侧，增设T型钢8加强，便组成了带第三弦杆7的加强双排双层桥梁。双层桥梁除基本构件为带桁架竖杆2的等腰三角形I外，需桥的两端设置直角三角形3桁架单元，使桥梁端部形成桁架竖杆2。在需要更大跨径的特殊情况下，也可以组装三层桁架桥梁，就是在一双层桥梁的下面或者是上面再加上一层三角形桁架构件，三层桁架桥梁可采用下承式或中承式的形式，当采用下承式时，应在桥梁的顶上安装水平风撑。
[0042]本发明的装配式公路钢桥的桥面系，是由横梁9和正交异性钢桥面板构成，其中正交异性钢桥面板可根据实际需要灵活选取V型正交异性钢桥面板10或U型正交异性钢桥面板11。V型正交异性钢桥面板10用精致螺栓固定在横梁9上，U型正交异性钢桥面板11用高强螺栓固定在横梁9上，横梁9断面型式为工字型断面，其位置在桁架单元竖杆位置处，使其构成半框架。
[0043]本发明的装配式公路钢桥可采用低合金高强度结构钢制造并配以防腐涂装，还可根据桥位地区自然环境和气候特点采用耐候钢材制造，以提高桥梁的耐久性。
[0044]本发明的装配式公路钢桥解决了 60米至90米跨径的大跨径快速安装公路钢桥的问题，主要用于特殊情况下的军事行动和突发事件，以及抗洪、抗震、抢险、救灾等对公路桥梁的应急抢修，在民用上可作为永久性桥梁、支架、栈桥、架桥机导梁等得到广泛使用。
[0045]此外，本发明的三角形桁架结构，除了可以用于组装装配式公路钢桥的桁架以外，还可以组装成用于其他工程施工的支架。
[0046]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和调整，这些改进和调整也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种桁架，其特征在于，所述桁架由桁架单元连接组合构成，所述桁架单元为等腰三角形的桁架单元，所述桁架单元具有桁架弦杆、桁架斜杆、桁架竖杆，所述桁架弦杆为等腰三角形的底边，所述桁架斜杆为等腰三角形的等腰边，所述桁架竖杆连接等腰三角形的顶点和底边中点。
2.如权利要求1所述的桁架，其特征在于，所述桁架单元的桁架弦杆、桁架斜杆、桁架竖杆用热轧H型钢或焊接H型钢焊接而成。
3.如权利要求1-2任一项所述的桁架，其特征在于，所述桁架可组装成支架用于工程施工。
4.一种装配式公路钢桥，其特征在于，包括横梁以及权利要求1-3任一项所述的桁架，所述桁架设置于桥面的两侧；所述横梁架设于桥面两侧的桁架单元之间，且所述横梁设置于所述桁架单元的桁架竖杆与桁架弦杆的连接位置处。
5.如权利要求4所述的装配式公路钢桥，其特征在于，所述桁架的组装方式为单排单层桁架、双排单层桁架、双排双层桁架或双排三层桁架。
6.如权利要求4或5所述的装配式公路钢桥，其特征在于，用X形竖向支撑将所述钢桥的各横梁的中部连接起来，所述横梁垂直于所述X形竖向支撑所在的平面。
7.如权利要求4或5所述的装配式公路钢桥，其特征在于，所述钢桥还包括X形抗风拉杆，用于将所述钢桥的各横梁连接起来，所述横梁平行于X形抗风拉杆所在的平面。
8.如权利要求4-7任一项所述的装配式公路钢桥，其特征在于，所述钢桥的两端设置有直角三角形的桁架单元，所述直角三角形的桁架单元的桁架弦杆为直角三角形的底边，桁架斜杆为直角三角形的斜边，桁架竖杆为直角三角形的竖边。
9.如权利要求4-8任一项所述的装配式公路钢桥，其特征在于，所述钢桥的两端还具有支座，支撑于所述直角三角形的桁架单元的桁架竖杆，或支撑于所述等腰三角形的桁架单元的桁架竖杆，或支撑于所述等腰三角形的桁架单元的桁架弦杆的一端。
10.如权利要求4-9任一项所述的装配式公路钢桥，其特征在于，还具有人行道，所述人行道固定在人行道挑梁上，所述人行道挑梁固定于所述横梁的两端。
【文档编号】E01D6/00GK104195934SQ201410415152
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】宋晖, 彭运动, 俞欣, 门永斌, 裴铭海, 郝海龙, 谭昌富, 喻忠权, 芮文建, 段孟霞 申请人:中交公路规划设计院有限公司