一种现代竹人行桁架桥 |
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| 申请号 | CN201410824500.7 | 申请日 | 2014-12-26 | 公开(公告)号 | CN104452571A | 公开(公告)日 | 2015-03-25 |
| 申请人 | 重庆交通大学; | 发明人 | 向中富; 王承启; 黄海东; 向南; 陈思甜; 蒋彦涛; 徐略勤; 潘正华; 肖淼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种现代竹人行桁架桥，其特征在于，包括 混凝土 制得的一对桥墩，固定在桥墩的两列 钢 材料构成的安装支座，连接在安装支座上，由钢质材料的球 节点 构件和重组竹材料的 连接杆 构成的主桁架，还包括由重组竹材料制得的 桥面 板和 栏杆 。本发明具有能够方便构件连接，施工简单快捷，便于模数化生产，且 桥梁 质量 轻，抗震性能好，节点稳定可靠的特点，使其得到的人行桁架桥具有绿色、低 碳 、环保、经济的优点，满足桥梁结构正常使用和耐久性的需要。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种现代竹人行桁架桥，其特征在于，包括混凝土制得的一对桥墩，固定在桥墩的两列钢材料构成的安装支座，连接在安装支座上，由钢质材料的球节点构件和重组竹材料的连接杆构成的主桁架，还包括由重组竹材料制得的桥面板和栏杆。 |
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| 说明书全文 | 一种现代竹人行桁架桥技术领域背景技术[0002] 重组竹又称重竹，是一种将竹材重新组织并加以强化成型的一种竹质新材料，具体是指将竹片或竹条(原竹)碾压疏松后，经施胶、顺纹组坯、加压胶合而成的型材。具有密度小、强度大、韧性好、抗震性能好等优点。在当今国际社会“可持续发展”的重大主题背景下，“重组竹”成为了一种代替钢材和混凝土等高污染、高能耗材料的现代、新型绿色建材。我国竹材资源十分丰富，素有“第二森林”美称，是世界上主要的产竹国。将竹材这一自然资源应用于土木工程，作为主要的结构材料使用，发展新型竹结构体系，可以实现“以竹代木”“以木代钢”，不仅对我国森林资源的保护及生态环境的可持续发展具有重大的作用，而且能够促进竹产业的发展，提高竹产业的发展，提高竹产业在社会市场的竞争力。 [0003] 一单位申请了 CN201210321015.9的发明专利，开发了一种现代重组竹结构(申请人现与该单位为“大跨度竹质工程构件制造关键技术研宄与示范”国家级项目(项目编号:201204701)同一课题组)，该发明属于一种连续胶合竹层板与竹层合板的制造方法，该方法包括竹材的采集、竹杆锯截、竹筒破条、竹条的加工、竹条的定厚开片、浸胶与沥胶、竹片二次干燥、竹片错缝组坯、预组单元宽度的拼接、热压成型、定向胶合竹层板制造、竹层合板制造等步骤。本发明的方法可制造长度连续，宽度可设计、性能分级的连续胶合竹层板；以连续胶合竹层板为原料制造方向不同的定向竹层板；以不同方向的定向胶合竹层板可设计和制造竹层合板，该方法扩大了竹材的应用范围，制成胶合竹层板和竹层合板符合工程材料的要求，性能可靠，质量好。同时该材料制得的小杆件，具有拉压性能非常优异的特点，故如何围绕该重组竹材料的特性，进一步开发适于实用的建筑产品，成为有待考虑的问题。 [0004] 桁架桥，是指以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。桁架桥一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。在桁架中，弦杆是组成桁架外围的的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。大跨度桥架的桥高沿跨径方向变化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。桁架桥的桥身由连接杆件连接构成，能够将承载力转化为连接杆件的拉压力，但其施工一般较为复杂，施工技术要求较高，故一般在跨度较大的如跨江大桥等地方使用。而对于现代社会市区、景区或者偏远山区中经常使用的跨度较小的人行天桥，一般采用钢材修建，或者采用钢筋混凝土修建。 [0005] 故申请人想到，如果能够设计一种采用现代重组竹为材料制得的人行桁架桥，则可以用竹木材料代替钢筋混凝土材料，以节省成本，扩大重组竹应用范围，并能够保证桥梁质量。同时，在该设计过程中，需要考虑怎样解决方便构件连接，简化施工工艺，节省施工时间，以及保证桥梁质量等问题。 发明内容[0006] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是:如何提供一种能够方便构件连接，施工简单快捷，便于模数化生产，且桥梁质量稳定可靠的现代竹人行桁架桥，使其得到的人行桁架桥具有绿色、低碳、环保的特点，满足桥梁结构正常使用和耐久性的需要。 [0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案:一种现代竹人行桁架桥，其特征在于，包括混凝土制得的一对桥墩；固定在桥墩的两列钢材料构成的安装支座，连接在安装支座上，由钢质材料的球节点构件和重组竹材料的连接杆构成的主桁架，还包括由重组竹材料制得的桥面板和栏杆。 [0008] 具体地说，本现代竹人行桁架桥，包括:桥墩，桥墩为混凝土制得且为相对设置的一对，且两个桥墩相对一侧上部各具有一个内凹形成的安装台阶； 安装支座，安装支座为钢材料构成，安装支座具有两列且对称设置在对应桥墩的安装台阶上，安装支座包括一个水平设置的底板，平行设置于底板上方的承载板，底板和承载板各自往正对的方向垂直延伸形成有一对支耳且靠水平设置的支耳铰轴穿过支耳实现可转动连接，承载板上表面具有两块竖直设置且相互垂直且交叉的支撑板，两块支撑板上表面为弧形面且位于同一球形面上，底板周边靠螺栓向下固定到安装台阶上； 球节点构件，球节点构件包括一个钢质材料的节点球，和布置于节点球表面各个方向并沿径向向外设置的钢质材料的连接夹头，连接夹头一端具有一个沿径向和节点球连接的连接杆，另一端具有两块平行设置且向外延伸的夹板，夹板上具有相对设置的螺栓孔；球节点构件呈相同的矩形阵列布置为上下两层，每个节点球向沿纵横相邻的各球节点构件方向均延伸设置有一个连接夹头，每四个相邻的围成矩形的球节点构件中，均有一对位于对角的两个球节点构件上设置有往对角线方向延伸的连接夹头，构成两个相邻矩形的八个球节点中往对角线方向延伸的两对连接夹头的连线均相交呈V形；位于上层的球节点构件上还连接有一根竖直向上的连接杆，连接杆上端设置有一水平的连接板，位于下层两端的球节点构件的下表面贴合并焊接固定在安装支座的两块支撑板上端面； 连接杆，所述连接杆为重组竹材料制得的轴向长度l~2m，截面边长10cm~20cm的矩形体杆件，重组竹材料中竹纤维方向和连接杆长度方向一致，连接杆夹设在每相对的两个连接夹头的夹板之间并靠螺栓固定连接形成弦杆；弦杆和球节点构件整体形成主桁架； 桥面板，所述桥面板由重组竹材料制得，包括位于上方呈水平设置的矩形板状的面板以及位于面板下方由纵横交错设置的矩形条状杆构成的加强肋，所述矩形条状杆交错部分下表面和上层球节点构件上端的连接板贴合支撑，并靠螺栓穿过面板、加强肋以及连接板后将三者固定连接，位于面板两侧边缘位置的连接板正上方的面板上表面还设置有一个铁质材料的竖杆安装座，竖杆安装座包括一个贴合在面板上表面的竖杆安装底板和竖杆安装底板上的竖杆安装筒，所述竖杆安装底板靠穿过面板、加强肋以及连接板的螺栓固定连接在面板上； 栏杆，栏杆包括位于桥面板两侧边缘且下端固定安装在竖杆安装座内的两列竖向设置的竖杆，以及位于竖杆之间的护栏，所述竖杆下端插接安装到竖杆安装筒后靠横向贯穿的螺栓固定连接，竖杆和护栏均采用重组竹材料制得。 [0009] 本发明中，将重组竹材料应用于人行桁架桥，特别是用于制成的弦杆构件，其沿轴向的拉压性能良好，结合结构独特稳定的主桁架结构，使得制得的桁架桥结构紧凑，性能优良，能够具有较大的承载力；同时该桁架桥具有结构简单，施工快捷，成本低廉，结构稳定等优点。 [0010] 作为优化，所述连接夹头中，连接杆为一根连接螺栓，连接螺栓头部可转动地卡接在连接夹头中部锥头的内腔中，连接螺栓外套设有一个套筒，连接螺栓前端延伸出套筒并螺纹旋接在节点球上沿径向设置的螺栓孔内，套筒外周具有至少一对相对且平行的夹持面，套筒上设置有定位销穿过套筒定位到连接螺栓上的定位孔内。 [0011] 这样，解决了将重组竹制得的连接杆进行节点连接的问题，使得构件在抗压抗拉等方面的力学性能都优于传统榫卯、钉接、注胶等方式。在连接多个节点时，安装方便快捷灵活且易于施工，安装时能够便捷地调节连接杆的拉压力，杆件调节能力强。 [0012] 具体实施时，连接夹头也可以采用以下结构，即连接杆一端直接焊接在节点球上，另一端垂直固定在一个中间板上，中间板另一端垂直固定连接两个夹板。这种焊接的结构方式，具有施工快捷方便，便于模数化生产等特性，但其杆件调节能力相对较弱。 [0013] 作为优化，所述安装支座的底板和安装台阶之间设置有一层橡胶垫。橡胶垫可以将底板和安装台阶隔离以更好地防锈，同时橡胶垫具有弹性，橡胶垫安装在主桁架两端固定支点位置，可以靠其弹性缓解主桁架安装时不同的弦杆受拉压力不同造成的应力冲突，实现调平效果，保证安装的顺利进行以及主桁架整体结构的稳定可靠。 [0014] 进一步地，所述球节点构件，连接杆，桥面板和栏杆等构件表面均涂刷有防水油漆。这样，可以更好地利于重组竹构件的防水，延长其使用寿命。 [0015] 本发明现代竹桁架结构人行桥具有以下优点:(I)充分利用构件物理性能，克服了单个受力构件体型较大、加工或施工困难等缺点，既能够保证人行桥的跨度，又便于加工，现场施工无焊接仅需直接装配，是永久或临时人行桥的很好选择；(2)该结构形式导致构件主要拉压受力，充分匹配了该重组竹的拉压性能好的优势，另外也有效形成了空间受力，不但整体性能好且有效节约了材料用量。(3)解决了多构件连接困难的问题，通过普通球节点无法连接现代竹杆件，而本发明通过改进使得其能顺利安全可靠且施工简便的连接现代竹杆件。(4)生产加工可实现模块化，安装简单快捷，节省人力物力；(5)结构安全，造型优雅简洁关观，制作规格可以多种多样；便于采用标准化构件、标准化模数进行设计和施工；(6)采用竹材作为主要原材料，其原料来源广，而且是可再生资源，竹子具有生长速度快、成材周期短、产量大等优点。 [0016] 综上所述，本发明能够物尽所用，充分发挥新材料性能优势，开发新材料应用渠道，提升并优化节点连接设计，具有方便构件连接，施工简单快捷，便于模数化生产，且桥梁质量轻，抗震性能好，节点稳定可靠的特点，使其得到的人行桁架桥具有绿色、低碳、环保、经济的优点，满足桥梁结构正常使用和耐久性的需要。附图说明 [0017] 图1为具体实施方式中本发明的现代竹人行桁架桥的结构示意图。 [0018] 图2为图1除去桥墩上部后的侧视图。 [0019] 图3为图1中能够显示位于上层的球节点构件和桥面板以及栏杆之间连接关系的局部结构示意图。 [0020]图4为图1中能够显示安装支座和球节点构件中间连接关系的局部结构示意图。 [0021] 图5为图1中球节点构件的局部结构示意图。 具体实施方式[0022] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。 [0023] 如图1-5所示，本具体实施方式的一种现代竹人行桁架桥，包括:桥墩6，桥墩6为混凝土制得且为相对设置的一对，且两个桥墩6相对一侧上部各具有一个内凹形成的安装台阶； 安装支座4，安装支座为钢材料构成，安装支座具有两列且对称设置在对应桥墩的安装台阶上，安装支座包括一个水平设置的底板41，平行设置于底板41上方的承载板42，底板41和承载板42各自往正对的方向垂直延伸形成有一对支耳且靠水平设置的支耳铰轴穿过支耳实现可转动连接，承载板42上表面具有两块竖直设置且相互垂直且交叉的支撑板43，两块支撑板43上表面为弧形面且位于同一球形面上，底板周边靠螺栓向下固定到安装台阶上，底板41与钢筋混凝土桥墩6之间有橡胶垫块层8，其起到避免钢直接接触钢筋混凝土桥墩6而常处于潮湿易锈蚀，微调支座水平以及缓冲作用； 球节点构件5，球节点构件包括一个钢质材料的节点球51，和布置于节点球51表面各个方向并沿径向向外设置的钢质材料的连接夹头，连接夹头一端具有一个沿径向和节点球连接的连接杆52，另一端具有两块平行设置且向外延伸的夹板53，夹板53上具有相对设置的螺栓孔；球节点构件呈相同的矩形阵列布置为上下两层，每个节点球向沿纵横相邻的各球节点构件方向均延伸设置有一个连接夹头，每四个相邻的围成矩形的球节点构件中，均有一对位于对角的两个球节点构件上设置有往对角线方向延伸的连接夹头，构成两个相邻矩形的八个球节点中往对角线方向延伸的两对连接夹头的连线均相交呈V形；位于上层的球节点构件上还连接有一根竖直向上的连接杆，连接杆上端设置有一水平的连接板54，位于下层两端的球节点构件的下表面贴合并焊接固定在安装支座的两块支撑板上端面；连接杆3，(鉴于重组竹板材在5cm~30cm厚度上，性能更稳定，因此所述连接杆一般制成为截面边长10cm~20cm的矩形体杆件，轴向长度l_2m可以满足细长比要求，具有很好的拉压性能且制作较为方便经济)所述连接杆为重组竹材料制得的轴向长度l~2m，截面边长10cm~20cm的矩形体杆件，重组竹材料中竹纤维方向和连接杆长度方向一致，连接杆3夹设在每相对的两个连接夹头的夹板53之间并靠螺栓固定连接形成弦杆；弦杆和球节点构件整体形成主桁架； 桥面板2，所述桥面板由重组竹材料制得，包括位于上方呈水平设置的矩形板状的面板21以及位于面板下方由纵横交错设置的矩形条状杆构成的加强肋22，所述矩形条状杆交错部分下表面和上层球节点构件上端的连接板54贴合支撑，并靠螺栓穿过面板21、加强肋22以及连接板54后将三者固定连接，位于面板两侧边缘位置的连接板正上方的面板上表面还设置有一个铁质材料的竖杆安装座23，竖杆安装座23包括一个贴合在面板上表面的竖杆安装底板和竖杆安装底板上的竖杆安装筒，所述竖杆安装底板靠穿过面板、加强肋以及连接板的螺栓固定连接在面板上； 栏杆1，栏杆包括位于桥面板两侧边缘且下端固定安装在竖杆安装座内的两列竖向设置的竖杆11，以及位于竖杆11之间的护栏12，所述竖杆下端插接安装到竖杆安装筒后靠横向贯穿的螺栓固定连接，竖杆和护栏均采用重组竹材料制得。 [0024] 这样，将重组竹材料应用于人行桁架桥，特别是用于制成的弦杆构件，其沿轴向的拉压性能良好，结合结构独特稳定的主桁架结构，使得制得的桁架桥结构紧凑，性能优良，能够具有较大的承载力；同时该桁架桥具有结构简单，施工快捷，成本低廉，结构稳定等优点。 [0025] 其中，所述连接夹头中，连接杆为一根连接螺栓，连接螺栓头部可转动地卡接在连接夹头中部锥头的内腔中，连接螺栓外套设有一个套筒，连接螺栓前端延伸出套筒并螺纹旋接在节点球上沿径向设置的螺栓孔内，套筒外周具有至少一对相对且平行的夹持面，套筒上设置有定位销穿过套筒定位到连接螺栓上的定位孔内。 [0026] 这样，解决了将重组竹制得的连接杆进行节点连接的问题，使得构件在抗压抗拉等方面的力学性能都优于传统注胶的方式。在连接多个节点时，安装方便快捷灵活且易于施工，安装时能够便捷地调节连接杆的拉压力，杆件调节能力强。具体实施时，连接夹头也可以采用以下结构，即连接杆一端直接焊接在节点球上，另一端垂直固定在一个中间板上，中间板另一端垂直固定连接两个夹板。这种焊接的结构方式，具有施工快捷方便，便于模数化生产等特性，但其杆件调节能力相对较弱。 [0027] 本实施例中，所述安装支座4的底板和安装台阶之间设置有一层橡胶垫8。橡胶垫可以将底板和安装台阶隔离以更好地防锈，同时橡胶垫具有弹性，橡胶垫安装在主桁架两端固定支点位置，可以靠其弹性缓解主桁架安装时不同的弦杆受拉压力不同造成的应力冲突，实现调平效果，保证安装的顺利进行以及主桁架整体结构的稳定可靠。 [0028] 本实施例中，所述球节点构件，连接杆，桥面板和栏杆等构件表面均涂刷有防水油漆。这样，可以更好地利于重组竹构件的防水，延长其使用寿命。 [0029] 本具体实施例中，采用的重组竹材料(特别是连接杆的材料)优选采用CN201210321015.9的发明专利公开的一种连续胶合竹层板材料制得，以保证其材料性能满足桁架桥需求。 [0030] 本发明现代竹桁架结构人行桥具有以下优点:(I)充分利用构件物理性能，克服了单个受力构件体型较大、加工或施工困难等缺点，既能够保证人行桥的跨度，又便于加工和施工，是永久或临时人行桥的很好选择；(2)生产加工可实现模块化，安装简单快捷，节省人力物力；(3)结构安全，造型优雅简洁关观，制作规格可以多种多样；便于采用标准化构件、标准化模数进行设计和施工；(4)解决了多构件连接困难的问题，通过普通球节点连接的构件在抗拉性能方能较弱，而本发明通过螺栓将构件与球节点相连大大提高构件抗拉的能力。(5)采用竹材作为主要原材料，其原料来源广，而且是可再生资源，竹子具有生长速度快、成材周期短、产量大等优点。 [0031] 上述现代竹人行桁架桥，可以采用以下施工步骤得到:a、预先在安装现场确定好桥墩位置，并现浇形成桥墩，桥墩之间距离要求低于25米；b、在竹质加工厂按照图纸预先将各连接杆、桥面板和拉杆等构件采用重组竹材料制备好并在螺栓连接位置预先打孔，预先加工好安装支座、球节点构件和竖杆安装座等铁质材料构件，获取足够数量的螺栓并完成各构件之间的预拼装；c、将完成预拼装的各构件拆卸后运至现场，在桥身主体周围搭设满堂支架，靠满堂支架完成桥身安装，安装前先在工厂焊接固定好安装支座上半部分和对应的球节点构件，安装时，将安装支座下半部分的底板靠预埋螺杆固定在桥墩预设位置，再靠螺栓连接安装支座上半部分，然后以两侧中部的安装支座为起点，再延伸拼接对应的弦杆和其它球节点构件，拼接顺序为下弦杆、腹杆到上弦杆并从从中间向两边扩散拼装(以更好地将误差积累释放到两边，保证安装顺畅)；完成主桁架的安装，安装弦杆时靠旋转弦杆两端的球节点构件中的连接螺栓调整弦杆的拉压应力(靠夹持住连接螺栓外的套筒表面的一对夹持面施力实现对连接螺栓的旋转调节)，使得位于上层的弦杆呈压应力状态，下层的弦杆呈拉应力状态(以更好地提尚主析架整体受力性能，提尚稳定性)；d、完成桥面板和主桁架之间的安装，再完成栏杆和桥面板之间安装；e、将球节点构件，连接杆，桥面板和栏杆等构件均涂刷一层防水油漆，然后拆卸满堂架，完成安装。 [0032] 这样，施工具有快捷、可靠、安全且获得的桁架桥稳定性好，承载性好等优点。 |
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