混合式管道斜拉桥边跨钢管桁架主梁及混合式管道斜拉桥的制作方法

1.本实用新型属于桥涵结构领域，具体涉及混合式管道斜拉桥边跨钢管桁架主梁及混合式管道斜拉桥。


背景技术：

2.管道斜拉桥是油气管道输送在跨越沟谷河流常用的桥梁结构形式之一。与公路斜拉桥不同之处在于，结构的整体刚度弱小，要考虑结构管道荷载与清管试压等工况的影响。近年来，随着对天然气，原油资源需求不断上升，输送的管道荷载与桥梁跨度也在增加，大跨度管道斜拉桥由于存在跨度大、主梁的宽跨比小、施工过程体系与成桥阶段体系不一致，稳定性差等结构特点，施工过程中很有可能发生整体失稳破坏。
3.一般情况下，管道斜拉桥边跨与中跨多采用对称布置，可以避免索力不平衡导致边墩产生拉应力或者桥塔塔底受弯；由于地形受到限制，桥梁常常需要跨越沟谷地形，沟谷的两岸地形又比较平缓，从经济上考虑，应该尽量减少边跨平缓地区的跨径，但是不等跨往往带来的索力不平衡会导致主梁跨中挠度过大和桥塔底部弯矩过大，影响跨越工程的安全，因此，需要在设计中采取措施来平衡索力。
4.为了减少边中跨不对称带来的影响，常常在边跨加设锚固墩或者将基础设计为抗拔基础，索力较小时，此方法可行，对于管道斜拉桥而言，在静载方面需要考虑管道和钢管桁架主梁的重力，以及检修通道的荷载，仅仅依靠调节索力以平衡结构受力，对边跨基础要求较高，同时随着斜拉索索力不断调节，索力增加会使主梁受到较大的压力，对于整体偏柔的管道跨越主梁十分不利，故限制了大跨度油气管道斜拉索跨越在高墩沟谷地形中的应用。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了混合式管道斜拉桥边跨钢管桁架主梁及混合式管道斜拉桥，不影响结构与周边环境的和谐统一，增加混合式管道斜拉桥边跨区重量，管道斜拉桥结构静力性能表现较好，中跨跨中挠度减小，主桁桁架结构及桥塔受力情况良好，适用于索力较大、基础条件较差的情况，大大提高了施工效率，节约工程造价。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
7.一种混合式管道斜拉桥边跨钢管桁架主梁，包括两个上弦杆和两个下弦杆，两个所述上弦杆位于同一平面内正对且平行设置，两个所述上弦杆的两端通过端横联连接，两个所述下弦杆位于同一平面内正对且平行设置，两个所述下弦杆的两端通过端横联连接，其中，一个所述下弦杆位于一个所述上弦杆的正下方且平行设置，另一个所述下弦杆位于另一个所述上弦杆的正下方且平行设置；一个所述下弦杆与一个所述上弦杆通过若干竖腹杆和若干斜腹杆连接，另一个所述下弦杆与另一个所述上弦杆通过若干竖腹杆和若干斜腹杆连接；两个所述上弦杆、两个所述下弦杆、每个所述竖腹杆和每个所述斜腹杆内填充有微膨胀混凝土。
8.进一步地，两个所述上弦杆之间通过若干上平纵联连接，两个所述下弦杆之间通过若干下平纵联连接。
9.进一步地，两个所述上弦杆之间的若干所述上平纵联呈一定角度依次连接，两个所述下弦杆之间的若干所述下平纵联呈一定角度依次连接。
10.进一步地，所述竖腹杆、所述斜腹杆、所述端横联、所述上平纵联和所述下平纵联均采用无缝钢管。
11.进一步地，两个所述上弦杆和两个所述下弦杆上分别连接有栏板。
12.进一步地，一个所述下弦杆与一个所述上弦杆之间的若干所述竖腹杆以及另一个所述下弦杆与另一个所述上弦杆之间的若干所述竖腹杆分别均布设置。
13.进一步地，相邻的两个所述竖腹杆之间连接有一个所述斜腹杆，且所述斜腹杆的一端与一个竖腹杆的上端连接，所述斜腹杆的另一端与另一个竖腹杆的下端连接。
14.一种混合式管道斜拉桥，该混合式管道斜拉桥的边跨钢管桁架主梁应用所述的边跨钢管桁架主梁。
15.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的一种混合式管道斜拉桥边跨钢管桁架主梁，通过在边跨钢管桁架主梁的上弦杆、下弦杆、竖腹杆与斜腹杆中填充微膨胀混凝土，不影响结构与周边环境和谐统一，增加斜拉桥边跨钢管桁架主梁重量，管道斜拉桥结构静力性能表现较好，中跨钢管桁架主梁跨中挠度减小，主桁桁架结构及桥塔受力情况良好，适用于索力较大、基础条件较差的情况，避免在边跨钢管桁架主梁增设锚固墩，可以大大提高施工效率，节约工程造价，斜拉索最大索力随着配重的增加而减小；边跨钢管桁架主梁支座所受拉反力随着配重的增加而减小，索力分布较为均匀，边跨钢管桁架主梁支座出现的负反力显著下降，促进大跨度管道斜拉桥在复杂环境中的应用，使混合式管道斜拉桥在正常运营状态下能够保证索力处于平衡状态，促使该类管道桥型向大跨、高墩方向快速发展。
16.进一步地，两个上弦杆之间通过若干上平纵联连接，两个下弦杆之间通过若干下平纵联连接，从而可以抵抗水平向荷载，为双层钢管桁架主梁提供侧向支撑。
17.进一步地，两个上弦杆之间的若干上平纵联呈一定角度依次连接，两个下弦杆之间的若干下平纵联呈一定角度依次连接，使所有平纵联受力传力均匀，材料强度能够得到充分利用，改善平纵联的抗疲劳性能。
18.进一步地，竖腹杆、斜腹杆、端横联、上平纵联和下平纵联均采用无缝钢管，避免焊接使钢管产生扭曲变形，因此保证了混合式管道斜拉桥具有足够的强度与承载力。
19.进一步地，两个上弦杆和两个下弦杆上分别连接有栏板，在该桥成桥运营时，保障检修工人定期巡查检修期间的安全，快捷，提高检修人员的工作效率。
20.进一步地，一个下弦杆与一个上弦杆之间的若干竖腹杆以及另一个下弦杆与另一个上弦杆之间的若干竖腹杆分别均布设置，类似于箱梁腹板的作用，可以抵抗剪力，增大结构整体的抗弯刚度。
21.进一步地，相邻的两个竖腹杆之间连接有一个斜腹杆，且斜腹杆的一端与一个竖腹杆的上端连接，斜腹杆的另一端与另一个竖腹杆的下端连接，这种腹杆形式受力明确，构造简洁，杆件与节点类型少，便于标椎化设计、制造与安装。
22.一种混合式管道斜拉桥，该混合式管道斜拉桥的边跨钢管桁架主梁应用所述的边
跨钢管桁架主梁，增加斜拉桥边跨钢管桁架主梁重量，管道斜拉桥结构静力性能表现较好，中跨钢管桁架主梁跨中挠度减小，主桁桁架结构及桥塔受力情况良好，适用于索力较大、基础条件较差的情况，避免在边跨钢管桁架主梁增设锚固墩，可以大大提高施工效率，节约工程造价，斜拉索最大索力随着配重的增加而减小。
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型一种混合式管道斜拉桥边跨钢管桁架主梁的立体结构示意图；
26.图2为本实用新型一种混合式管道斜拉桥的结构示意图；
27.图3为图2所示中跨钢管桁架主梁中的a
‑
a处的剖面图；
28.图4为图1和图2所示边跨钢管桁架主梁中的b
‑
b处的剖面图；
29.图5为本实用新型钢管桁架主梁与斜拉索连接处锚拉板构造正视结构示意图。
[0030]1‑
上弦杆；2
‑
下弦杆；3
‑
竖腹杆；4
‑
斜腹杆；5
‑
端横联；6
‑
微膨胀混凝土；7
‑
上平纵联；8
‑
下平纵联；9
‑
栏板；10
‑
边跨钢管桁架主梁；11
‑
中跨钢管桁架主梁；12
‑
斜拉索；13
‑
锚拉板；14
‑
油气管道。
具体实施方式
[0031]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0032]
作为本实用新型的某一具体实施方式，如图1和图4所示，一种混合式管道斜拉桥边跨钢管桁架主梁，包括两个上弦杆1和两个下弦杆2，两个上弦杆1位于同一平面内正对且平行设置，两个上弦杆1的两端通过端横联5连接，两个上弦杆1之间通过若干上平纵联7连接，优选的，两个上弦杆1之间的若干上平纵联7呈一定角度依次连接。两个下弦杆2位于同一平面内正对且平行设置，两个下弦杆2的两端通过端横联5连接，两个下弦杆2之间通过若干下平纵联8连接，优选的，两个下弦杆2之间的若干下平纵联8呈一定角度依次连接。
[0033]
如图1和图4所示，一个下弦杆2位于一个上弦杆1的正下方且平行设置，另一个下弦杆2位于另一个上弦杆1的正下方且平行设置。一个下弦杆2与一个上弦杆1通过若干竖腹杆3和若干斜腹杆4连接，另一个下弦杆2与另一个上弦杆1通过若干竖腹杆3和若干斜腹杆4连接。优选的，一个下弦杆2与一个上弦杆1之间的若干竖腹杆3以及另一个下弦杆2与另一个上弦杆1之间的若干竖腹杆3分别均布设置，相邻的两个竖腹杆3之间连接有一个斜腹杆4，且斜腹杆4的一端与一个竖腹杆3的上端连接，斜腹杆4的另一端与另一个竖腹杆3的下端连接。
[0034]
如图4所示，边跨钢管桁架主梁10中的两个上弦杆1、两个下弦杆2、每个竖腹杆3和每个斜腹杆4内均填充有微膨胀混凝土6。
[0035]
如图1和图4所示，边跨钢管桁架主梁10中两个上弦杆1和两个下弦杆2上分别连接有栏板9，图1中为了便于清楚的展示边跨钢管桁架主梁10的结构，只画出了部分栏板9，实际中沿着两个上弦杆1和两个下弦杆2的长度方向上连接有栏板9。
[0036]
本实用新型中的竖腹杆3、斜腹杆4、端横联5、上平纵联7和下平纵联8均采用无缝钢管。无缝钢管采用成品钢管，保证质量，避免焊接使钢管产生扭曲变形，因此保证了混合式管道斜拉桥具有足够的强度与承载力，钢管之间通过焊接拼装，施工方便快捷，保证了各个组成部件之间的紧密连接。
[0037]
如图2所示，本实用新型提供了一种混合式管道斜拉桥，该混合式管道斜拉桥的边跨钢管桁架主梁应用本实用新型所述的边跨钢管桁架主梁10。具体的说，该混合式管道斜拉桥还包括中跨钢管桁架主梁11和斜拉索12，如图3所示，中跨钢管桁架主梁11与边跨钢管桁架主梁10在结构上的区别是，中跨钢管桁架主梁11中的两个上弦杆1、两个下弦杆2、每个竖腹杆3和每个斜腹杆4内没有填充有微膨胀混凝土6。斜拉索12与中跨钢管桁架主梁11和边跨钢管桁架主梁10中的上弦杆1连接，且其连接处采用如图5所示的锚拉板13锚固连接，具体的说，锚拉板13与上弦杆1采用焊接连接，索力由锚拉板13及其与上弦杆1间的焊缝传递到腹杆，锚拉板13中部开孔安装锚具，为了补偿开孔部分对锚拉板13截面的削弱以及增强其横向刚度，在锚拉板13两侧焊接加劲板。锚拉板13起承压及分配索力的作用，锚拉板13采用q390e钢材，斜拉索12采用双索面结构，纵向采用扇形索面，主索采用高强度镀锌钢丝，抗拉强度为1670mpa，规格为φ5
‑
30，破断拉力为984kn。斜拉索12按8对布置，边跨钢管桁架主梁10上锚固间距9m，中跨钢管桁架主梁11上锚固间距12m，塔上锚固间距1.5m，两侧斜拉索在塔上分开锚固。
[0038]
上弦杆1与斜拉索12下端连接处采用冷铸锚头，相对于400℃高温下浇铸的热铸锚而言，这种锚头可以在室温下浇铸，固化温度低于180℃，冷铸锚有优异的抗疲劳性能，耐疲劳应力幅度大于200mpa，完全满足斜拉桥要求，且锚头的纵向尺寸较小，满足钢管桁架主梁侧面较小空间内发展，锚具型号与斜拉索12型号配套。
[0039]
如图1、图2和图4所示，在使用时，油气管道14布置在上弦杆1的两个端横联5以及下弦杆2的两个端横联5上，具体的，某一实施例中，上弦杆1的两个端横联5上布置一根天然气管道，下弦杆2的两个端横联5上布置两根原油管道。
[0040]
在某一具体实施例中，混合式管道斜拉桥的桥跨布置为78m+200m+78m，即两个边跨钢管桁架主梁10的跨度为78m，一个中跨钢管桁架主梁11的跨度为200m，大跨度斜拉索输油管线桥全长356m。
[0041]
上弦杆1、下弦杆2、竖腹杆3、斜腹杆4、上平纵联7和下平纵联8均为圆形截面，钢管桁架主梁截面形式为空间矩形，上平纵联7与下平纵联8分别在对应平面内按一定角度依次交替出现。弦杆与腹杆均采用q345钢材，弦杆外径为400mm，壁厚16mm，腹杆外径为200mm,壁厚10mm，上下平纵联与端横联外径为200mm，壁厚12mm；主梁高度为3.0m，梁高与主跨跨径之比h/l＝1/66.7，主梁宽度为3m，主梁宽度与主跨跨径之比b/l＝1/66.7。
[0042]
弦杆用钢量与腹杆用钢量相同时，桁架的用钢量最经济，当主梁梁高为3m时，主桁桁架最大、最小应力取得最小值，主梁梁高在1.5m
‑
2.5m变化，主桁桁架应力出现显著增加，
桥塔应力出现显著增加，对结构不利；梁高大于3米，主塔纵桥向位移出现显著增大，对结构不利。综合以上对比，主桁梁梁高为3m时，各项性能最优。
[0043]
边跨钢管桁架主梁10中灌注的微膨胀混凝土6为c40微膨胀混凝土。
[0044]
边跨节间标准长度为3m，中跨节间标准长度为4m，全桥共有100个节间。
[0045]
钢管桁架主梁采用工厂内节段制作，并进行预拼装。在整个边跨范围内的上弦杆1、下弦杆2、斜腹杆4与竖腹杆3内灌注微膨胀混凝土6，上平纵联7、下平纵联8与端横联5内不灌注混凝土。边跨钢管桁架主梁10采用现场灌注混凝土，应分别对边跨钢管桁架主梁10的弦杆与腹杆进行开孔，灌注微膨胀混凝土6前，向开孔处内注水，并在现场浇注微膨胀混凝土6之前将水抽出，这种方法可以进一步降低混凝土灌注过程中水化热造成温度过高，保证施工质量；边跨弦杆与腹杆内灌注混凝土，砼协助受压钢管，有效降低结构在施工及运营期间整体失稳，提高钢管的疲劳寿命。
[0046]
微膨胀混凝土6强度增长满足规范要求后，应分别对边跨钢管桁架主梁10的弦杆与腹杆开孔位置进行修补，并进行涂装保护措施，使整座管道斜拉桥外观和谐整洁。
[0047]
混合式管道斜拉桥的施工方法，包括以下步骤：
[0048]
s1.根据斜拉桥内力计算在工厂节段制作相应尺寸的上弦杆1、下弦杆2、竖腹杆3、斜腹杆4、端横联5、上平纵联7和下平纵联8；
[0049]
s2.将弦杆、腹杆与平纵联之间按照承载能力和运输条件进行节段焊接预拼装，焊接完成应进行焊缝检测，检查焊缝质量；
[0050]
s3.将钢管桁架主梁节段装车运输至桥位现场，现场进行二次拼装，钢管桁架主梁分节段吊装至桥位，利用斜拉索12逐节段拼装施工主梁，调整使钢管桁架主梁纵向、横向位置满足线性要求，在节段钢管桁架主梁接缝处进行焊接；
[0051]
s4.边跨钢管桁架主梁合拢，中跨钢管桁架主梁合拢；
[0052]
s5.分别将边跨钢管桁架主梁10的下弦杆2、上弦杆1、竖腹杆3与斜腹杆4内灌注微膨胀混凝土6，同时进行充分振捣；斜拉索12在此过程中实现索力分配最优。
[0053]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。