层叠桁架、二阶桁架及其桁梁桥与其钢模壳制作方法

陈建夏

1991年9月4日

1990年2月25日

1990年2月25日

陈建夏

E04G13/00GK1054285SQ9010103

桁架 桁梁 层叠 二阶 与其

1.用于建筑承重结构和施工承重结构的层叠桁架，其特征是a桁架是空间结构，b弦杆和腹杆一般是在不同的平面上，c弦杆和腹杆的杆边相互连接(或通过节点板)2.用于特大跨度承重工程的二阶桁架，其特征是桁架的杆件是层叠桁架3.层叠桁架的桁梁桥，其特征是用层叠桁架作桁梁或主桁的桥梁4.二阶桁梁桥，其特征是用二阶桁架作为特大跨度桥跨的桥梁5.桁梁桥混凝土模壳，其特征是a用螺栓连接，b其横截面形状(图二)(a)中面板〔1〕面是平的、翼板〔2〕紧接面板连成一个整体、螺栓孔〔3〕它在翼板上，其面板与翼板之间的夹角在45度至180度

本发明主要涉及建筑领域中，桁架、桁梁桥及其混凝土桁梁桥钢模壳的新设计通常桁架一般构造用直线形杆件组成三角形，(在一个平面上)直杆两端以没有摩擦的铰相连接，按此顺序依次与其它直杆连成的结构，称作桁架所以一般桁架都是平面结构横向抗弯能力很小另外，节点结构也比较复杂，杆端相接处，技术上难处理，容易产生结合不良通常桁梁桥，是由两片主桁和上下水平纵向联结系以及桥门架和中间横撑架所组成桁梁当主桁间距不很大，而主桁高度较大时，容易发生全桥横向屈曲，因此必须使主桁间距有足够宽度以防止横向丧失稳定，这样次要杆件以及下部结构也必要花费较多材料特别在大跨度桁梁桥中，主桁高度与间距要变得很大，节间也相对变得很长，杆件截面也要变得很大，结果导致恒载急剧增大因此桁梁桥的受力性能这一方面优点在大跨度的桁梁桥中得不到充分发挥因而桁梁桥单跨工程费随着跨度增大而急速增长，它的跨度受到了极大限制通常钢筋混凝土桁梁桥，使用耐久，材料便宜，防护省事，噪音小但就地浇注所用的模板和支撑结构很复杂，费用占造价很大部分若用装配式，用钢量较大，需要有较多的施工机具，施工技术也比较复杂因此，目前各国都很少建造跨度较长的混凝土桁梁桥本发明主要任务是提供层叠桁架，把通常桁架平面结构扩展成空间结构增强其横向抗弯能力，且节点简单，使它能够适用多种建筑承重工程提供二阶桁架，使大跨度桁架杆件有很强的刚度而且相对截面很小，能节约材料又便于生产与施工提供上述桁架的桁梁桥，可以减少桁梁次要杆件，使桁梁也能同时起到桥面板、桥面系、主桁和平纵联多种作用的合理结构提供二阶桁梁桥，可以使特大跨度的桁梁桥恒载减小，施工方便，使单跨工程费随着跨度增大而急速增长变缓，可以使桁梁桥跨度得到发展提供上述混凝土桁梁桥钢模壳，使模板(即模壳)同时起到支撑作用其模壳生产制作容易，运输、安装和拆卸都很方便，并可以多次倒用使此桥梁整体式或节段式施工方便本发明的任务是以如下方式完成的本发明的层叠桁架，它的弦杆和腹杆一般是分别处在相邻的相互平行的平面上上弦杆与下弦杆一般在同一个平面上，也可以不在同一个平面上，可以平行也可以不平行不同方向的腹杆一般不在同一个平面上，也可以在同一个平面上这些相邻的直杆之间的边(或通过节点板)以没有摩擦的铰相连接，(邻近三根直杆的垂直投影图成三角形)按此顺序依次将各直杆相连接成多层，相重叠在一起的空间结构，称为层叠桁架层叠桁架杆件截面可以按需要设计成各种形状，可以是实心的或是空心的可以选用钢、混凝土或其它材料层叠桁架的节点可以根据材料选用焊接、栓接或其它连接方式可以不用节点板使直杆两两相靠在一起直接相连，也可以通过节点板使直杆边侧与节点板侧面相靠在一起层叠桁架节点结构很简单，每一个节点，一般只有二根直杆相连接，而且两两相邻有足够大的接触面因此，容易使节点牢固，连结方便层叠桁架节点板设计是比较简单的，可以是板状(图一)(a)所示，也可以是空间结构(图一)(b)所示另外(图一)(C)是用于平行直杆之间连接，能使杆件抗力相互增强(螺栓孔图中没有给出，相接触的面图中用平面表示，这些都是要根据具体情况决定)由于层叠桁架中的，弦杆和腹杆被分开多层，各自相间隔平行排列，因此层叠桁架横向也被挖空、展开，宽度又可以自由设计，它比一般桁架稳定，横向刚度大(在同样重量、同样长度和高度的情况下)本发明的二阶桁架，即用上述层叠桁架作为一条杆件的桁架，是特大跨度的桁架一般用于特大跨度桁梁桥此桁架大杆件是由小杆件组成，因此杆件相对截面很小，刚度很大，可以使特大桁架的自重大幅度减轻由以上可见，本发明的层叠桁架与二阶桁架，有很多方面优于现有桁架(特别对大跨度工程有利)可适用于建筑承重结构和施工承重结构(包括建筑机械的骨架系统)对于大跨度结构的建筑物如桁梁桥及覆盖大面积空地结构的建筑物如大会堂等的网架(可以利用本发明的桁架作网架)特别有利本发明的桁梁桥，即用上述层叠桁架作桁梁或主桁它可以免去或减少上下水平纵向联结系，以及桥门架和中间横撑架等尤其还可以使桁梁同时起到桥面板、桥面系、主桁、平纵联等多种作用如(图二)(b)〔1〕所示，即是上弦杆又是路面本发明的二阶桁梁桥，也就是上述二阶桁架，也就是各种特大跨度桁梁桥此桁梁桥，在有下承或中承路面时，最好要使一条大杆件(层叠桁架)的宽度达到一车道宽度一般桁梁桥的外围杆件(一般指四个角上的杆件)也要设计比较粗大些，使其更经济合理本发明的桁梁一般杆件都比较细小，(即时是特大跨度桥梁)在设计上选用耐候材料或在一般材料外面包上一层耐候材料钢筋混凝土、钢等同样是很好的材料不过一般不耐候钢最好要在外层包上耐候材料本发明的桁梁桥，一般可采用悬臂法施工，架设很简单(即便是特大跨度)因为它的杆件(或块件)可大可小，其机械通用性强，而其梁桥结构便于与机械锚固，机械也便于移动施工本发明的桁梁桥，自重轻，且对墩基的荷载均匀，因此对桥墩和地基要求不高，对大跨度桥梁很有利，也很适合发展建造二座高层建筑物之间的跨街桥梁本发明的桁梁用本人发明的包覆建筑材料构件，还可以利用大量便宜材料代替贵重材料如用钢为外壳把木材包覆其中的建筑材料构件，它自重轻、刚度和强度都很大，而且可以使钢材噪声度小它的制作也是非常简单，只要把截面 型状的轧制型钢，用螺栓使它们相互拉紧就可以把木材紧锁在其中它的各向尺寸设计可以自由，长可达上千米，整个桁梁都可以用螺栓连接，架设很简单，可以使大跨度的桁梁桥恒载大辐度减轻，可以设计成其它桥梁难以达到的跨度(超过悬索桥跨度)本发明桁梁桥钢模壳，横截面如(图二)(a)所示，〔1〕面板、〔2〕翼板、〔3〕螺栓孔，面板与翼板的夹角一般为135度，也可以是在45度到180度之间，(也有的模壳，面板与翼板之间有两种以上角度，主要在节点处)模壳的横截面一般为对称图形，也可以不对称，螺栓孔一般在翼板上(图二)(b)是混凝土桁梁桥与钢模壳组装的横向剖面示意图图中〔1〕混凝土桁梁桥的上弦杆兼路面、〔2〕钢模壳、〔3〕和〔6〕腹杆或腹杆模壳、(它们方向不同)〔4〕混凝土下弦杆、〔5〕螺栓从(图二)(a)和(b)中就可以看出本发明的混凝土桁梁桥的钢模壳结构很简单，可以轧制成品(或可以用其它简单的工艺手段制作)模壳是用螺栓连接，架设和拆卸都很方便，可以多次倒用，连接很牢固，光用模壳就可以组装成坚固的钢桁梁(即混凝土桁梁浇注模型，它的桁梁腹杆一般先预制)因此可以直接浇注混凝土，不必用支撑桥跨采用整体式或节段式施工都可以(一般模壳也可作为压柱式台座)本发明的桁梁桥，一般是跨度越大越有明显经济效益(预计用本人发明的建筑包覆材料构件的二阶桁梁桥其跨度可达几千米，预应力混凝土二阶桁梁桥其跨度可达五百米以上)