专利名称：一种钢桁梁桁片单元和钢桁梁结构及其安装方法
技术领域：
本发明涉及重载、大跨度桥梁的设计与施工技术，具体的说是一种钢桁梁桁片单元和钢桁梁结构及其安装方法。
背景技术：
钢桁梁一般由两桁或三桁组成，其中两桁包括两边桁片，三桁包括两边桁片及一中桁片。中桁上弦杆和边桁上弦杆之间设有构成公路桥面的公路正交异性板，公路正交异性板分别与中桁上弦杆和边桁上弦杆连接成整体，桥门架分别和中桁上弦杆、边桁上弦杆、 第一腹杆、第二腹杆及公路正交异性板的下表面连接。中桁下弦杆和边桁下弦杆之间设有构成铁路桥面的铁路正交异性板，铁路正交异性板分别与中桁下弦杆和边桁下弦杆连接成整体。图1显示了现有技术中桁架的结构图，该桁架包括上弦杆25'、下弦杆沈‘、腹杆 27'及斜杆观‘组成，腹杆27'、斜杆观‘均与上下弦杆25'、26'对应节点30'连接。 同时，传统的钢桁梁设计时，上弦杆25'、下弦杆沈‘、腹杆27'及斜杆观‘均单独设计成单根杆件，上、下弦杆25' ,26'长度与钢桁梁节间长度相同，在上下弦杆25' ,26'节点 30'位置，伸出一大块节点板，节点板上有大量螺栓孔，以方便与腹杆及斜杆连接。其拼装方法为在现场采用散拼方式拼装，即由架梁吊机将单根杆件吊装至设计位置，现场在杆件连接部位用高强连接螺栓连接成整体。由于起重量小，对起重机械的要求低，钢梁杆件的对位、调整、安装方便。但是，使用这种组装方式限制了路桥建设速度。具体来说，现有的散拼方式具有以下缺点高强螺栓连接数量大，安装速度慢，需逐根杆件提升安装，每个节间桁片每次循环作业时，需提升一根上弦杆25'、一根下弦杆沈‘、一根腹杆 27'和一根斜杆观‘，共需提升4次，两个节间共8次，且每次提升安装一根杆件时，均需拼接大量高强连接螺栓，不能同步作业，效率较低；钢桁梁架设现场焊接工程量大，正交异性板和主桁间采用焊缝连接，受作业条件限制，焊缝质量难以控制，焊缝焊接收缩对桥梁线形和内力分布的影响较大。因此，为提高钢桁梁的安装效率及质量，有必要设计一种新的钢桁梁结构及安装方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种起吊次数少，组装方便、施工速度快并且工地现场焊缝少的的钢桁梁桁片单元和钢桁梁结构及其安装方法。本发明一种钢桁梁桁片单元；所述钢桁梁桁片单元包括，上弦杆、下弦杆、第一腹杆及第二腹杆，所述上弦杆、下弦杆、第一腹杆及第二腹杆焊接成一矩形架体，一斜杆，所述斜杆连接矩形架体两对角；所述上弦杆的长度即为钢桁梁桁片单元上端第一腹杆与第二腹杆之间的距离，所述下弦杆的长度即为钢桁梁桁片单元下端第一腹杆与第二腹杆之间的距离；
所述上弦杆两端进一步延伸形成两上连接杆，所述下弦杆两端进一步延伸形成两下连接杆，所述上弦杆与上连接杆连接处及下弦杆与下连接杆连接处形成一节点，同时，所述所述第一腹杆与上连接杆之间设有向下延伸的第一倾斜连接杆，所述第二腹杆与下连接杆之间设有向上延伸的第二倾斜连接杆。更进一步的，所述上连接杆的长度为上弦杆的一半，所述下连接杆长度为下弦杆的一半，且第一倾斜连接杆与第二倾斜连接杆的长度为斜杆的一半，所述上连接杆、下连接杆、第一倾斜连接杆与第二倾斜连接杆末端均设有连接装置，且所述钢桁梁桁片单元一端的连接装置在同一断面上。所述上弦杆或下弦杆前后两节点之间的距离即为一节间长度，所述钢桁梁桁片单元长度为两个节间长度，且所述钢桁梁桁片单元长度即是一个桁段长度。更进一步的，所述钢桁梁桁片单元的上弦杆、下弦杆、腹杆、斜杆、第一倾斜连接杆及第二倾斜连接杆之间通过焊接相互连接。本发明钢桁梁结构的钢桁梁桁片单元在工厂内完成焊接工序，可以避免大量现场施工，不受现场作业环境限制，有利于提高钢桁梁桁片出厂产品质量。同时连接装置都在同一个断面上，组装时更容易，也使组装后受力效果更好，增强了整体的稳定性。本发明还提供一种钢桁梁结构，所述钢桁梁结构由公路正交异性板、铁路正交异性板、桥门架及桁片组成，所述公路正交异性板支撑于桥门架上，且所述铁路正交异性板位于公路正交异性板下方，且所述公路正交异性板、铁路正交异性板、桥门架均与桁片相连， 所述桁片包括若干所述的钢桁梁桁片单元，且所述钢桁梁桁片单元首尾连接。本发明还提供一种钢桁梁结构的安装方法，所述安装方法包括以下步骤(1)在已拼装的钢桁梁顶上固定一架梁吊机；(2)提供一待拼装的钢桁梁桁片单元；(3)用架梁吊机将待拼装的钢桁梁桁片单元起吊并靠近已拼装好的钢桁梁，调整好高程和位置后，将待拼装的钢桁梁桁片单元后端的上连接杆、下连接杆及第一倾斜连接杆与已拼装好的钢桁梁上对应的上连接杆、下连接杆及第二倾斜连接杆利用连接装置相互连接；(4)重复步骤(幻_(；3)完成钢桁梁的一个桁段各钢桁梁桁片单元的拼装；(5)安装装桥门架与正交异性板；(6)架梁吊机前移一个桁段长度的距离后重新与钢桁梁顶固定。更进一步的，所述钢桁梁包括两边桁桁片及一中桁桁片或所述钢桁梁桁片仅设有两边桁桁片。更进一步的，安装桥门架与正交异性板包括以下步骤(a)吊装铁路正交异性板， 并将铁路正交异性板与所述钢桁梁桁片单元的下弦杆相连接；(b)吊装桥门架，并将桥门架与所述钢桁梁桁片单元的上弦杆、腹杆相连接；(c)吊装公路正交异性板，并将公路正交异性板与所述钢桁梁桁片单元的上弦杆及所述桥门架相连接；(d)将相邻桁段的正交异性板相互焊接。。更进一步的，所述铁路正交异性板和公路正交异性板与所述钢桁梁桁片单元长度相等。由于该钢桁梁桁片单元长度为节间长度的2倍，相应的铁路正交异性板和公路正交异性板的吊装单元长度也为节间长度的2倍，从而减少了铁路正交异性板及公路正交异性板相互之间的拼接次数，进而减少了拼接焊缝，降低了焊缝焊接收缩变形对桥梁线形和内力分布的影响。更进一步的，所述桥门架、正交异性板、钢桁梁桁片单元之间的连接方式为螺栓连接或焊接。相对于现有技术来说，本发明具有以下优点简化了每个桁片的拼接次数，由多次吊装减少为一次吊装到位，减小了高空作业带来的潜在风险；减少了一半的主桁拼接次数， 可节省主桁拼接钢材用料，同时有效减少在工地施拧的高强连接螺栓数量；正交异性板原为一个节间长度一段，现为两个节间长度一段，每个单元减少了一道横向焊缝，减少了正交异性板纵肋的拼接工作，提高了工作效率；大量焊缝在工厂焊接完成，减小了工地现场焊缝的数量，提高了焊缝的质量，减小了焊接变形对桥梁线形及内力的影响。
图1为现有的钢桁梁结构示意图；图2为本发明一种钢桁梁结构的钢桁梁桁片单元结构示意图；图3为本发明一种钢桁梁结构安装示意图；图4中依本发明一种钢桁梁结构安装方法安装的三桁钢桁梁横向示意图；图5为依本发明一种钢桁梁结构安装方法安装的三桁钢桁梁横向分解图。附图标记边桁桁片20，中桁桁片21，公路正交异性板22，铁路正交异性板23，桥门架M，上弦杆25，上连接杆250，下弦杆沈，下连接杆沈0，腹杆27，第一腹杆271，第二腹杆272，斜杆观，第一倾斜连接杆四1，第二倾斜连接杆四2，节点30，高强螺栓群31，索导管32，已拼装的钢桁梁桁片单元200，待拼装的钢桁梁桁片单元201，架梁吊机202，吊具203。
具体实施例方式下面结合附图对发明作进一步说明。请参考图2，图2为本发明一种钢桁梁结构的钢桁梁桁片单元结构示意图，所述钢桁梁桁片单元包括一上弦杆25、一下弦杆26。所述上弦杆25、和下弦杆沈等长，同时上弦杆25、和下弦杆沈水平设置且相互平行。两垂直设置的腹杆27，两腹杆27的两端焊接到上弦杆25和下弦杆沈上形成一矩形的架体，上弦杆25和下弦杆沈两端进一步延伸形成上连接杆250和下连接杆沈0。所述钢桁梁桁片单元还设有一斜杆观，该斜杆观连接上述矩形架体其中两对角。两腹杆27包括第一腹杆271及第二腹杆272。所述第一腹杆271与上连接杆250之间还设有一第一倾斜连接杆四1，所述第二腹杆272与下连接杆260之间还设有一第二倾斜连接杆四2，第一倾斜连接杆291和第二倾斜连接杆292倾斜延伸的方向相反，以便后续组装。上连接杆250、下连接杆沈0、第一倾斜连接杆291和第二倾斜连接杆 292末端都设有连接装置，该连接装置在本实施例中为高强度螺栓群31和连接板，当然，也可以使用其它的常用连接手段替代。上弦杆25、下弦杆沈与两腹杆27连接处设有节点30，上弦杆25或下弦杆沈上前后两节点30之间的距离即为一节间长度，上弦杆25和下弦杆沈之间的距离即为节间高度。上连接杆250和下连接杆沈0的长度均为1/2节间长度。一个钢桁梁桁片单元长度为两个节间长度，且钢桁梁桁片单元长度即是一个桁段长度。同时，第一倾斜连接杆291和第二倾斜连接杆292的长度均为1/2斜杆观长度。同时，位于钢桁梁桁片单元一端的高强度螺栓群31和连接板都位于同一断面上，便于钢桁梁桁片单元安装，同时使钢桁梁桁片单元在拼装后受力更加均勻。上端节点30的位置还设置倾斜布置的索导管32，以供斜拉索穿索锚固，索导管32是一根中空的钢管，穿过上弦杆25并与其焊接连接，其斜率等于相应斜拉索的斜率。接下来请参考图3-图5，一种钢桁梁结构的安装方法，所述安装方法包括以下步骤(1)在已拼装的钢桁梁顶上固定一架梁吊机202，通常来说，先在岸基或桥墩上架设几个桁段钢桁梁以便后续整个钢桁梁的安装；吊机202设有一吊具203，所述吊具203用于吊装该钢桁梁桁片单元；(2)提供一待拼装的钢桁梁桁片单元201 ；(3)用架梁吊机将待拼装的钢桁梁桁片单元201起吊并靠近已拼装的钢桁梁桁片单元200，调整好高程和位置后，将待拼装的钢桁梁桁片单元后端的上连接杆250、下连接杆260及第一倾斜连接杆291与已拼装的钢桁梁桁片单元200上的上连接杆250、下连接杆 260及第二倾斜连接杆292利用连接装置相互连接。(4)重复步骤(幻_(；3)完成钢桁梁一个桁段各钢桁梁桁片单元的拼装；(5)吊装桥门架M与正交异性板。同时，所述钢桁梁包括两边桁桁片20及一中桁桁片21或所述钢桁梁桁片仅设有两边桁桁片20。当钢桁梁包括两边桁桁片20及一中桁桁片21时，在边桁桁片20与中桁桁片21之间吊装桥门架M与正交异性板。当钢桁梁桁片仅设有两边桁桁片20时，在两边桁桁片20之间吊装桥门架M与正交异性板。当吊装桥门架M与正交异性板时，其可包括以下步骤(a)吊装铁路正交异性板 23，并将铁路正交异性板23与所述钢桁梁桁片单元的下弦杆沈相连接；(b)吊装桥门架 24，并将桥门架与所述钢桁梁桁片单元的上弦杆25、腹杆27相连接；(c)吊装公路正交异性板22，并将公路正交异性板22与所述钢桁梁桁片单元的上弦杆25及所述桥门架24相连接；(d)将相邻桁段的正交异性板相互焊接。此时钢桁梁既设有公路正交异性板22又设有铁路正交异性板23，铁路正交异性板23设在钢桁梁桁片单元的下端供火车通行，公路正交异性板22架设在钢桁梁桁片单元的上端供汽车通行。桥门架M、正交异性板、钢桁梁桁片单元之间的连接方式为螺栓连接或焊接。同时，铁路正交异形板23、公路正交异形板22的长度与该钢桁梁桁片单元的长度相等。请再次参考图4和图5，当完成上述步骤后，完成钢桁梁结构的施工。该钢桁梁结构包括公路正交异性板22、铁路正交异性板23、桥门架M及桁片组成，所述公路正交异性板22支撑于桥门架M上，且所述铁路正交异性板23位于公路正交异性板22下方，且所述公路正交异性板22、铁路正交异性板23、桥门架M均与桁片相连，所述桁片包括若干所述的钢桁梁桁片单元，且所述钢桁梁桁片单元首尾连接。本发明有益效果在于1)简化了每个钢桁梁桁片单元的拼接次数，由多次吊装减少为一次吊装到位，减小了高空作业带来的潜在风险；2)减少了一半的主桁拼接次数，可节省主桁拼接钢材用料，同时有效减少在工地施拧的高强连接螺栓数量；3)正交异性板原为一个节间长度一段，现为两个节间长度一段，每个单元减少了一道横向焊缝，减少了正交异性板纵肋的拼接工作，提高了工作效率；4)大量焊缝在工厂焊接完成，减小了工地现场焊缝的数量，提高了焊缝的质量，减小了焊接变形对桥梁线形及内力的影响。本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钢桁梁桁片单元，其特征在于所述钢桁梁桁片单元包括，上弦杆、下弦杆、第一腹杆及第二腹杆，所述上弦杆、下弦杆、第一腹杆及第二腹杆焊接成一矩形架体，一斜杆，所述斜杆连接矩形架体两对角；所述上弦杆的长度即为钢桁梁桁片单元上端第一腹杆与第二腹杆之间的距离，所述下弦杆的长度即为钢桁梁桁片单元下端第一腹杆与第二腹杆之间的距离；所述上弦杆两端进一步延伸形成两上连接杆，所述下弦杆两端进一步延伸形成两下连接杆，所述上弦杆与上连接杆连接处及下弦杆与下连接杆连接处形成一节点，上弦杆或下弦杆前后两节点之间的距离即为一节间长度，同时，所述第一腹杆与上连接杆之间设有向下延伸的第一倾斜连接杆，所述第二腹杆与下连接杆之间设有向上延伸的第二倾斜连接杆。
2.如权利要求1所述的钢桁梁桁片单元，其特征在于所述上连接杆的长度为上弦杆的一半，所述下连接杆长度为下弦杆的一半，且第一倾斜连接杆与第二倾斜连接杆的长度为斜杆的一半，所述上连接杆、下连接杆、第一倾斜连接杆与第二倾斜连接杆末端均设有连接装置，且所述钢桁梁桁片单元一端的连接装置在同一断面上。
3.如权利要求1所述的钢桁梁桁片单元，其特征在于所述钢桁梁桁片单元长度为两个节间长度，且所述钢桁梁桁片单元长度即是一个桁段长度。
4.如权利要求3所述的钢桁梁桁片单元，其特征在于所述钢桁梁桁片单元的上弦杆、 下弦杆、腹杆、斜杆、第一倾斜连接杆及第二倾斜连接杆之间通过焊接相互连接。
5.一种钢桁梁结构，所述钢桁梁结构由公路正交异性板、铁路正交异性板、桥门架及桁片组成，所述公路正交异性板支撑于桥门架上，且所述铁路正交异性板位于公路正交异性板下方，且所述公路正交异性板、铁路正交异性板、桥门架均与桁片相连，其特征在于所述桁片包括若干如权利要求1-4中任一项所述的钢桁梁桁片单元，且所述钢桁梁桁片单元首尾连接。
6.一种钢桁梁结构的安装方法，其特征在于所述钢桁梁结构的安装方法包括以下步骤(1)在已拼装的钢桁梁顶上固定一架梁吊机；(2)提供一待拼装的如权利要求1-4中任一项所述的钢桁梁桁片单元；(3)用架梁吊机将待拼装的钢桁梁桁片单元起吊并靠近已拼装好的钢桁梁，调整好高程和位置后，将待拼装的钢桁梁桁片单元后端的上连接杆、下连接杆及第一倾斜连接杆与已拼装好的钢桁梁上对应的上连接杆、下连接杆及第二倾斜连接杆利用连接装置相互连接；(4)重复步骤(幻-03)完成钢桁梁的一个桁段各钢桁梁桁片单元的拼装；(5)安装装桥门架与正交异性板；(6)架梁吊机前移一个桁段长度的距离后重新与钢桁梁顶固定。
7.如权利要求6所述的一种钢桁梁结构的安装方法，其特征在于所述钢桁梁包括两边桁桁片及一中桁桁片或所述钢桁梁桁片仅设有两边桁桁片。
8.如权利要求6所述的一种钢桁梁结构的安装方法，其特征在于安装桥门架与正交异性板包括以下步骤(a)吊装铁路正交异性板，并将铁路正交异性板与所述钢桁梁桁片单元的下弦杆相连接；(b)吊装桥门架，并将桥门架与所述钢桁梁桁片单元的上弦杆、腹杆相连接；(C)吊装公路正交异性板，并将公路正交异性板与所述钢桁梁桁片单元的上弦杆及所述桥门架相连接；(d)将相邻桁段的正交异性板相互焊接。
9.如权利要求8所述的一种钢桁梁结构的安装方法，其特征在于所述铁路正交异性板和公路正交异性板与所述钢桁梁桁片单元长度相等。
10.如权利要求8所述的一种钢桁梁结构的安装方法，其特征在于所述桥门架、正交异性板、钢桁梁桁片单元之间的连接方式为螺栓连接或焊接。
全文摘要
一种钢桁梁桁片单元和钢桁梁结构及其安装方法涉及重载、大跨度桥梁的设计与施工技术。钢桁梁结构由若干焊接成整体的桁片单元组成，所述桁片单元包括，上弦杆、下弦杆、第一腹杆及第二腹杆，所述上弦杆、下弦杆、第一腹杆及第二腹杆焊接成一矩形架体，一斜杆连接矩形架体两对角；所述上弦杆两端进一步延伸形成两上连接杆，所述下弦杆两端进一步延伸形成两下连接杆，同时，所述第一腹杆与上连接杆之间设有向下延伸的第一倾斜连接杆，所述第二腹杆与下连接杆之间设有向上延伸的第二倾斜连接杆，在拼装钢桁梁时，每次起吊整个桁片单元，并且桁片单元为两个节间长度，起吊次数少，现场拼装简单，减少了高强螺栓数量，减小了高强螺栓施拧对工期的影响。
文档编号E01D21/10GK102352604SQ20111022323
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者傅战工, 张维, 李军堂, 毛伟琦, 汪芳进, 涂满明, 王东辉, 秦顺全, 胡军, 许佳平, 许颖强 申请人:中铁大桥局股份有限公司