带球铰的胶合木桁架梁桥及其加工制作和装配化施工方法

本发明属于桥梁建设，尤其是涉及带球铰的胶合木桁架梁桥及其加工制作和装配化施工方法。

背景技术：

1、在木桁架结构中，最常用的连接形式是简单的钉子连接和螺栓连接，其作用原理是一样的。它们都是利用孔壁挤压引起的摩擦原理进行固结连接件，主要承受剪力。但是，如果用这种连接方式来连接结构中的主要构件，其可靠性会很差。

2、近年来，随着木桁架结构的不断发展，齿板连接轻型木桁架是屋面桁架系统的主要结构形式。它的特点是具有灵活的支撑形式和密集的桁架间距。在桁架连接处应用齿形板可以快速定位桁架中的弦杆。最大的优点是提高施工效率，保持木材的完整性。同时，齿板作为一种连接件，与木材有很好的协同作用，可塑性强。但缺点是齿板材料很薄，如果处于腐蚀环境中，很容易被腐蚀，从而导致连接件性能的丧失。因此，齿板多用于干燥通风的环境中，而且齿板不能传递压力。

3、在公开号为cn202010331449的专利文件中，公开了一种钢夹板螺栓连接形式的木桁架，该专利所述桁架木构件的节点通过钢夹板螺栓连接。该节点连接形式利用钢制杆件的抗弯和抗剪以及与木孔壁承压来承担压力或拉力。其优点是具有较高的强度和节点刚度且不受环境影响。但该专利在桁架拼装方面还是较为复杂，其钢夹板的形状会因木构件尺寸的改变而改变，胶合木杆件并不是规则的长方体且会出现钝角和锐角，拼装时容易造成误差。

4、综上所述，现有桁架连接形式及公开专利中，桁架结构构件布设形式和节点连接方式大多存在一定的不足，功能不够全面。

技术实现思路

1、为解决现有技术的缺陷和不足问题；提供一种结构简单、装配化程度高，可快速更换和修复，且能够满足刚度要求的带球铰的钢夹板螺栓连接胶合木桁架梁桥结构。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含胶合木杆件、u型刚夹板连接结构件、金属球铰；所述的胶合木杆件的两端连接有u型刚夹板连接结构件；u型刚夹板连接结构件与金属球铰表面的内螺纹螺孔进行配合将各胶合木杆件组合成完整的胶合木桁架梁桥；其中，所述的u型刚夹板连接结构件由u型钢夹板、连接螺杆、螺杆穿插孔洞、半牙螺杆、旋接螺纹、六边形圆孔套筒、大垫片组成；所述的u型钢夹板两支臂前端穿插有连接螺杆，u型钢夹板的u型底板中间设置有螺杆穿插孔洞，螺杆穿插孔洞的内部穿插有半牙螺杆，半牙螺杆外侧套接有六边形圆孔套筒，六边形圆孔套筒的两端增加有大垫片；所述的半牙螺杆通过前端的旋接螺纹旋接在金属球铰上。

3、作为优选，所述的胶合木杆件的两端设置有预留孔，预留孔与u型钢夹板上的连接螺杆配合穿插进行固定，胶合木杆件根据长短及安装位置分为直腹杆、斜腹杆、下弦杆、上弦杆；斜腹杆与直腹杆、下弦杆、上弦杆之间的预定夹角为35-50度。

4、作为优选，所述的金属球铰为多螺孔实心球结构，其表面设置有数个内螺纹螺孔，内螺纹螺孔的深度、数量以及方向根据桁架类型进行调整；且内螺纹螺孔端口进行磨平处理形成网纹接触平面。

5、作为优选，所述的半牙螺杆顶端的旋接螺纹长度与内螺纹螺孔的深度保持对应，且半牙螺杆直径与六边形圆孔套筒内径保持对应，半牙螺杆中间光滑部分长度与六边形圆孔套筒长度保持对应。

6、作为优选，所述的六边形圆孔套筒、大垫片以及接触平面接触面均进行防滑处理形成防滑纹。

7、作为优选，所述的胶合木杆件、u型刚夹板连接结构件、金属球铰、连接螺杆、半牙螺杆的连接接触界面进行粗磨处理设置有一定摩擦系数。

8、作为优选，所述胶合木杆件、金属球铰、u型刚夹板连接结构件的制作包括以下步骤：

9、步骤一：材料准备：包括制备单层板和干燥处理：制备单层板是将原木加工成矩形断面锯材，所述锯材的长度方向为木材的顺纹方向，宽度或厚度方向为木材的横纹方向；干燥处理是将单层板的含水率控制在8％-12％。

10、步骤二：前期处理：包括单层板的胶合与构件加工：单层板胶合中采用间苯二酚-苯酚-甲醛制备的rpf树脂胶黏剂对锯材进行接长和拼厚，构件加工是对胶合木构件实施进一步的锯切、刨削加工。

11、步骤三：材料加工：包括金属球铰、u型刚夹板连接结构件的加工：在工厂预制球铰时，沿球铰某一周长预留-个内螺纹螺孔，并对内螺纹螺孔外侧与六边形圆孔套筒接触部位磨平；在工厂预制胶合木杆件时，在胶合木两端沿胶合木顺纹方向各设置两个预留孔；在工厂预制u型钢夹板时，u型钢夹板支臂上预留两个对芯的孔洞用与连接螺杆的穿插固定，u型钢夹板底部钢板预留螺杆穿插孔洞用来与半牙螺杆连接。

12、一种带球铰的装配式钢夹板螺栓连接胶合木桁架现场架设施工方法，其特征在于包括以下步骤：

13、步骤一：施工准备：包括部件的防腐处理和部件运输：胶合木构件与节点连接部位易受潮，降低整个结构的薄弱部位，安装前应及时清理胶合木构件上泥垢、铁锈等杂物；将金属连接件外围打磨至露出金属光泽并涂抹防潮和防腐等保护层；而后根据施工计划运输至现场装配区。

14、步骤二：现场安装：包括u型钢夹板与金属球铰的安装、胶合木杆件与u型钢夹板的安装：首先将半牙螺杆从u型钢夹板内侧穿过预留的螺杆穿插孔洞，大垫片及六边形圆孔套筒从半牙螺杆带螺纹端穿入，金属球铰通过内螺纹螺孔与半牙螺杆顶端的旋接螺纹配合旋接；其次，将胶合木杆件两端预留孔与u型钢夹板预留的孔洞对齐之后通过连接螺杆、螺母、小垫片连接，最后，根据四种连接件按照不同的方向重复上述步骤。

15、步骤三：桥面系安装：包括安装胶合木桥面板以及纵向钢板：将横向胶合木面板铺设在主桁架下弦杆、横向联结系以及纵向联结系形成的支撑架整体上，并通过螺钉固定。横向胶合木板两侧沿纵向通过螺钉与钢板连接，起到加固作用。

16、进一步，在单榀带球铰的钢夹板螺栓连接胶合木桁架的基础上增加金属球铰纬线方位的内螺纹螺孔4来实现从单榀平面桁架到两榀空间桁架的转变，随着桥梁宽度的增加，可增加到三榀、四榀级多榀进行接宽；其横向间距可根据两榀或多榀空间桁架的整体规模和荷载设计值来制定。同样，纵向随着桥梁跨度(或长度)的增加，在纵向增加两个或(多个)单元进行延长。

17、采用上述结构后，本发明有益效果为：

18、1、本发明所有构件能够通过工厂预制成型，工地现场装配，减少了施工所需的劳动资源，降低了操作强度，增加了木材的利用率，同时又能避免切割木材所造成的环境污染；能够将桁架结构进行标准化生产。

19、2、本发明采用装配式结构，构件采用高强度螺栓连接，连接方式简单方便，震后可及时更换构件；而且螺纹连接具有传力可靠、加工方便、拆装简单等特点，为结构的快速安装提供了技术基础。

20、3、本发明整体展现出轻质高强的力学特性，其承载能力较钢夹板螺栓连接桁架相比有了较大的改变，能够充分发挥各材料的力学性能，其破坏模式也表现出良好的塑性行为，延性性能较好，能够避免结构出现突然的脆性破坏。

技术特征：

1.带球铰的胶合木桁架梁桥，其特征在于：它包含胶合木杆件、u型刚夹板连接结构件、金属球铰；所述的胶合木杆件的两端连接有u型刚夹板连接结构件；u型刚夹板连接结构件与金属球铰表面的内螺纹螺孔进行配合将各胶合木杆件组合成完整的胶合木桁架梁桥；其中，所述的u型刚夹板连接结构件由u型钢夹板、连接螺杆、螺杆穿插孔洞、半牙螺杆、旋接螺纹、六边形圆孔套筒、大垫片组成；所述的u型钢夹板两支臂前端穿插有连接螺杆，u型钢夹板的u型底板中间设置有螺杆穿插孔洞，螺杆穿插孔洞的内部穿插有半牙螺杆，半牙螺杆外侧套接有六边形圆孔套筒，六边形圆孔套筒的两端增加有大垫片；所述的半牙螺杆通过前端的旋接螺纹旋接在金属球铰上。

2.根据权利要求1所述的带球铰的胶合木桁架梁桥，其特征在于：所述的胶合木杆件的两端设置有预留孔，预留孔与u型钢夹板上的连接螺杆配合穿插进行固定，胶合木杆件根据长短及安装位置分为直腹杆、斜腹杆、下弦杆、上弦杆；斜腹杆与直腹杆、下弦杆、上弦杆之间的预定夹角为35-50度。

3.根据权利要求1所述的带球铰的胶合木桁架梁桥，其特征在于：所述的金属球铰为多螺孔实心球结构，其表面设置有数个内螺纹螺孔，内螺纹螺孔的深度、数量以及方向根据桁架类型进行调整；且内螺纹螺孔端口进行磨平处理形成网纹接触平面。

4.根据权利要求1所述的带球铰的胶合木桁架梁桥，其特征在于：所述的半牙螺杆顶端的旋接螺纹长度与内螺纹螺孔的深度保持对应，且半牙螺杆直径与六边形圆孔套筒内径保持对应，半牙螺杆中间光滑部分长度与六边形圆孔套筒长度保持对应。

5.根据权利要求1所述的带球铰的胶合木桁架梁桥，其特征在于：所述的六边形圆孔套筒、大垫片以及接触平面接触面均进行防滑处理形成防滑纹。

6.根据权利要求1所述的带球铰的胶合木桁架梁桥，其特征在于：所述的胶合木杆件、u型刚夹板连接结构件、金属球铰、连接螺杆、半牙螺杆的连接接触界面进行粗磨处理设置有一定摩擦系数。

7.根据权利要求1所述的一种带球铰的装配式钢夹板螺栓连接胶合木桁架制作方法，其特征在于：所述胶合木杆件、金属球铰、u型刚夹板连接结构件的制作包括以下步骤：

8.根据权利要求1所述的一种带球铰的装配式钢夹板螺栓连接胶合木桁架现场架设施工方法，其特征在于包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种带球铰的装配式钢夹板螺栓连接胶合木桁架现场架设施工方法，其特征在于：在单榀带球铰的钢夹板螺栓连接胶合木桁架的基础上增加金属球铰纬线方位的内螺纹螺孔来实现从单榀平面桁架到两榀空间桁架的转变，随着桥梁宽度的增加，可增加到三榀、四榀级多榀进行接宽；其横向间距可根据两榀或多榀空间桁架的整体规模和荷载设计值来制定。同样，纵向随着桥梁跨度或长度的增加，在纵向增加两个或多个单元进行延长。

技术总结
本发明属于桥梁建设技术领域，尤其是涉及带球铰的胶合木桁架梁桥及其加工制作和装配化施工方法。所述的胶合木杆件的两端连接有U型刚夹板连接结构件；U型刚夹板连接结构件与金属球铰表面的内螺纹螺孔进行配合将各胶合木杆件组合成完整的胶合木桁架梁桥；所述的U型钢夹板两支臂前端穿插有连接螺杆，U型钢夹板的U型底板中间设置有螺杆穿插孔洞，螺杆穿插孔洞的内部穿插有半牙螺杆，半牙螺杆外侧套接有六边形圆孔套筒，六边形圆孔套筒的两端增加有大垫片；所述的半牙螺杆通过前端的旋接螺纹旋接在金属球铰上。它是结构简单、装配化程度高，可快速更换和修复，且能够满足刚度要求的带球铰的钢夹板螺栓连接胶合木桁架梁桥结构。

技术研发人员：陈爱军,王航,杨磊,贺国京,王皓磊
受保护的技术使用者：中南林业科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13