一种连续梁-斜拉索加固体系及其施工方法 |
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申请号 | CN202311661471.2 | 申请日 | 2023-12-06 | 公开(公告)号 | CN117468374A | 公开(公告)日 | 2024-01-30 |
申请人 | 山东东方路桥建设有限公司; | 发明人 | 于兴利; 张民; 于国强; 王效刚; 宋鹏; | ||||
摘要 | 本 发明 属于 桥梁 工程技术领域,尤其涉及一种连续梁‑斜拉索加固体系及其施工方法,包括:连续梁‑斜拉索加固体系,其包括若干箱梁和用于箱梁 支撑 的桥墩,桥墩上固接有若干抱箍,若干抱箍的两侧分别设有抱箍连接件,抱箍连接件与若干抱箍的同侧固接,两抱箍连接件的顶部固接有 钢 桥塔,钢桥塔的顶端固接有若干斜拉支撑部的一端,斜拉支撑部的另一端与箱梁固接;箱梁内设置有用于抑制裂缝的抗裂部,以及上述连续梁‑斜拉索加固体系的施工方法。本发明整个施工过程不占用 桥面 空间,并且施工量小,能够长期有效减轻连续梁桥使用时所产生的下挠,抑制裂缝的开展。 | ||||||
权利要求 | 1.一种连续梁‑斜拉索加固体系,包括若干箱梁(2)和用于所述箱梁(2)支撑的桥墩(1),其特征在于:所述桥墩(1)上固接有若干抱箍(5),若干所述抱箍(5)的两侧分别设有抱箍连接件(6),所述抱箍连接件(6)与若干所述抱箍(5)的同侧固接,两所述抱箍连接件(6)的顶部固接有钢桥塔(7),所述钢桥塔(7)的顶端固接有若干斜拉支撑部的一端,所述斜拉支撑部的另一端与所述箱梁(2)固接;所述箱梁(2)内设置有用于抑制裂缝的抗裂部。 |
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说明书全文 | 一种连续梁‑斜拉索加固体系及其施工方法技术领域背景技术[0002] 随着经济的发展,交通工程得到前所未有的高速发展,最近20年来,修建了大量的连续梁桥和连续刚构桥,对促进交通事业的发展具有重要意义。但随着这些桥梁的建成,越来越多的问题暴露了出来,大量的连续梁桥出现了不同程度的病害问题。 [0003] 连续梁桥中最常见的病害可分为两类:一类是裂缝,另一类是挠度。它们存在于施工过程中,也存在于建成后的长期运营过程中,对运营安全有着潜在的威胁。 [0004] 在连续梁桥加固时,既不能占用桥面空间,影响通行,又不能过多的增加施工量,因此,亟需一种连续梁‑斜拉索加固体系及其施工方法来解决。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种连续梁‑斜拉索加固体系及其施工方法,以解决上述问题。 [0006] 为实现上述目的,本发明提供了如下方案: [0007] 一种连续梁‑斜拉索加固体系,包括若干箱梁和用于所述箱梁支撑的桥墩,所述桥墩上固接有若干抱箍,若干所述抱箍的两侧分别设有抱箍连接件,所述抱箍连接件与若干所述抱箍的同侧固接,两所述抱箍连接件的顶部固接有钢桥塔,所述钢桥塔的顶端固接有 若干斜拉支撑部的一端,所述斜拉支撑部的另一端与所述箱梁固接;所述箱梁内设置有用 于抑制裂缝的抗裂部。 [0008] 优选的,所述斜拉支撑部包括斜拉索,所述斜拉索的一端与所述钢桥塔的顶端固接,所述斜拉索的另一端与所述箱梁固接。 [0009] 优选的,所述抱箍包括左抱箍和右抱箍,所述左抱箍和所述右抱箍结构完全相同,所述左抱箍的两端分别设有拼接耳,所述左抱箍的中部设有抱箍耳; [0011] 所述左抱箍的所述拼接耳和所述右抱箍的所述拼接耳固接; [0012] 所述左抱箍的所述抱箍耳和所述右抱箍的所述抱箍耳通过若干剪力连接件与相对应的所述抱箍连接件固接。 [0013] 优选的,所述抱箍连接件包括内侧凸块,所述内侧凸块用于嵌入到与所述抱箍耳内,所述内侧凸块与所述抱箍耳相匹配,所述抱箍耳通过若干所述剪力连接件与所述内侧 凸块固接,所述内侧凸块远离所述抱箍耳的一侧固接有若干外侧凸块,若干所述外侧凸块 沿所述内侧凸块长度方向间隔设置,相邻两所述外侧凸块之间固接有桁架结构。 [0014] 优选的,所述外侧凸块横截面积大于所述内侧凸块横截面积。 [0015] 优选的,所述内侧凸块和若干所述外侧凸块为一体成型结构。 [0016] 优选的,所述剪力连接件包括高强钢筋、螺栓和钢垫片,所述内侧凸块嵌入到相对应的所述抱箍耳后,所述高强钢筋贯穿相对应的所述内侧凸块和所述抱箍耳,使所述抱箍耳与所述内侧凸块固接,所述螺栓螺纹紧固在所述高强钢筋的端部,所述钢垫片设置在所 述螺栓与所述抱箍耳之间,所述钢垫片用于防止所述螺栓预紧力形成的应力集中对所述抱 箍耳的破坏。 [0017] 优选的,所述抗裂部包括体外预应力束,所述体外预应力束设置在所述箱梁内,所述体外预应力束沿所述箱梁长度方向呈连续弯折结构,所述体外预应力束通过转向块实现弯折,若干所述转向块固接在所述箱梁的内壁。 [0018] 优选的,所述斜拉索远离所述钢桥塔的一端固接有三角反力桁架的顶端,所述三角反力桁架的底端两侧分别固接有钢绞线的顶端,所述钢绞线的底端与所述箱梁的底部固 接,所述三角反力桁架设置在所述箱梁内。 [0019] 一种连续梁‑斜拉索加固体系的施工方法,基于上述的一种连续梁‑斜拉索加固体系,包括如下步骤: [0020] S1、将若干所述抱箍固接在所述桥墩上; [0021] S2、将两个所述抱箍连接件分别固接在若干所述抱箍的两侧; [0022] S3、将两个所述抱箍连接件顶部与所述钢桥塔底部固接; [0023] S4、在所述钢桥塔和所述箱梁之间张拉若干斜拉支撑部,所述斜拉支撑部用于提升桥面,减小下挠病害; [0024] S5、在所述箱梁内安装抗裂部,用于抑制裂缝开展。 [0025] 与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果: [0026] 使用时,承台通过若干桩基与地面固接,桥墩固定安装在承台上,箱梁搭设在桥墩上,随着时间的推移,箱梁在重力作用下产生挠度和裂缝,本发明通过在桥墩上固接多个抱箍,通过多个抱箍的两侧分别固接抱箍连接件,将钢桥塔固接在两个抱箍连接件上,随后由钢桥塔的顶端向箱梁甩下多个斜拉支撑部,通过斜拉支撑部提升箱梁,同时在箱梁内设置抗裂部,抑制箱梁的裂缝发展,本发明利用抱箍承担钢桥塔的竖向反力,一方面无需占用桥面空间安放钢桥塔,不影响通行,另一方面无需将钢桥塔安放于地面,无需在原有承台两侧新建用于安放钢桥塔的承台,本发明整个施工过程既不占用桥面空间,并且施工量小,能够长期有效减轻连续梁桥使用时所产生的下挠,抑制裂缝的开展。 附图说明 [0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图: [0028] 图1为本发明的连续梁‑斜拉索加固体系正视图; [0029] 图2为本发明的连续梁‑斜拉索加固体系侧视图 [0030] 图3为本发明的单个抱箍立体结构示意图; [0031] 图4为本发明的单个抱箍的俯视图; [0032] 图5为本发明的抱箍、抱箍连接件的配合关系示意图; [0033] 图6为本发明的三角垫块的连接关系示意图; [0034] 图7为本发明的抱箍与桥墩的摩擦力及抱箍连接件的受力示意图; [0035] 图8为本发明的抱箍连接件结构示意图; [0036] 图9为本发明的剪力连接件的结构示意图; [0037] 图10为本发明的剪力连接件与抱箍耳的连接关系示意图; [0038] 图11为本发明的体外预应力束和转向块的分布示意图; [0039] 图12为本发明的多个抱箍设置方式示意图; [0040] 图13为本发明的Fi与αi示意图; [0041] 其中,1、桥墩;2、箱梁;3、桩基;4、承台;5、抱箍;5.1、左抱箍;5.2、右抱箍;5.3、拼接耳;5.4、抱箍耳;6、抱箍连接件;6.1、内侧凸块;6.2、外侧凸块;6.3、桁架结构;7、钢桥塔;8、斜拉索;9、三角反力桁架;10、钢绞线;11、剪力连接件;11.1、螺栓;11.2、钢垫片;12、体外预应力束;13、转向块。 具体实施方式[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。 [0043] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0044] 参照图1至图13,本发明公开了一种连续梁‑斜拉索加固体系,包括若干箱梁2和用于箱梁2支撑的桥墩1,桥墩1上固接有若干抱箍5,若干抱箍5的两侧分别设有抱箍连接件6,抱箍连接件6与若干抱箍5的同侧固接,两抱箍连接件6的顶部固接有钢桥塔7,钢桥塔7的顶端固接有若干斜拉支撑部的一端,斜拉支撑部的另一端与箱梁2固接;箱梁2内设置有用于抑制裂缝的抗裂部。 [0045] 使用时,承台4通过若干桩基3与地面固接,桥墩1固定安装在承台4上,箱梁2搭设在桥墩1上,随着时间的推移,箱梁2在重力作用下产生挠度和裂缝,本发明通过在桥墩1上固接多个抱箍5,通过多个抱箍5的两侧分别固接抱箍连接件6,将钢桥塔7固接在两个抱箍 连接件6上,随后由钢桥塔7的顶端向箱梁2甩下多个斜拉支撑部,通过斜拉支撑部提升箱梁 2,同时在箱梁2内设置抗裂部,抑制箱梁2的裂缝发展,本发明利用抱箍5承担钢桥塔7的竖向反力,一方面无需占用桥面空间安放钢桥塔7,不影响通行,另一方面无需将钢桥塔7安放于地面,无需在原有承台4两侧新建用于安放钢桥塔7的承台,本发明整个施工过程既不占 用桥面空间,并且施工量小,能够长期有效减轻连续梁桥使用时所产生的下挠,抑制裂缝的开展。 [0046] 抱箍5的内表面与桥墩1的外表面尺寸相适应,抱箍5通过摩擦力与桥墩1固定。 [0047] 钢桥塔7焊接于抱箍连接件6的上部,通过焊接将抱箍连接件6与钢桥塔7连成整体。 [0048] 进一步优化方案,斜拉支撑部包括斜拉索8,斜拉索8的一端与钢桥塔7的顶端固接,斜拉索8的另一端与箱梁2固接。 [0050] 进一步优化方案,抱箍5包括左抱箍5.1和右抱箍5.2,左抱箍5.1和右抱箍5.2结构完全相同,左抱箍5.1的两端分别设有拼接耳5.3,左抱箍5.1的中部设有抱箍耳5.4; [0051] 左抱箍5.1和右抱箍5.2设置在桥墩1的两侧,左抱箍5.1和右抱箍5.2拼接固定后,通过摩擦力与桥墩1固接; [0052] 左抱箍5.1的拼接耳5.3和右抱箍5.2的拼接耳5.3固接; [0053] 左抱箍5.1的抱箍耳5.4和右抱箍5.2的抱箍耳5.4通过若干剪力连接件11与相对应的抱箍连接件6固接。 [0054] 进一步优化方案,抱箍连接件6包括内侧凸块6.1,内侧凸块6.1用于嵌入到与抱箍耳5.4内,内侧凸块6.1与抱箍耳5.4相匹配,抱箍耳5.4通过若干剪力连接件11与内侧凸块 6.1固接,内侧凸块6.1远离抱箍耳5.4的一侧固接有若干外侧凸块6.2,若干外侧凸块6.2沿内侧凸块6.1长度方向间隔设置,相邻两外侧凸块6.2之间固接有桁架结构6.3。 [0055] 进一步优化方案,外侧凸块6.2横截面积大于内侧凸块6.1横截面积。 [0056] 进一步优化方案,内侧凸块6.1和若干外侧凸块6.2为一体成型结构。 [0057] 抱箍5由左抱箍5.1和右抱箍5.2组成,左抱箍5.1和右抱箍5.2结构相同,左抱箍5.1和右抱箍5.2的端部均设置有用于拼接的拼接耳5.3,拼接耳5.3上开设有螺栓孔(图中 未画出),螺栓孔用于高强螺栓穿过,进而使螺栓通过螺栓孔将左抱箍5.1与右抱箍5.2紧固在桥墩1上,通过螺栓预紧力将抱箍5固定在桥墩1上。 [0058] 左抱箍5.1和右抱箍5.2的中部均设置有抱箍耳5.4,同一个抱箍5的两个抱箍耳5.4由两条相互平行的竖向限位板组成。 [0059] 抱箍5内表面通过螺栓夹紧力与桥墩1侧壁产生压力,通过二者之间的摩擦力使抱箍5固定在桥墩1上,通过抱箍耳5.4承受竖向荷载;抱箍5形状与桥墩1相适应,使其内表面正好贴合桥墩1外表面。 [0060] 抱箍耳5.4既起着承担竖向力的作用,同时也能约束抱箍连接件6在其他方向的位移,间接地提高钢桥塔7的稳定性。 [0061] 对于承载力方面,单个抱箍5承受竖向荷载的能力有限,因此采用抱箍连接件6将竖向的多个抱箍5连接起来,钢桥塔7反力传递到抱箍连接件6顶部,抱箍连接件6将反力传 递给多个抱箍5共同承担,如图7所示,箭头向上为摩擦力,箭头向下为抱箍连接件7顶部传递而来的反力。 [0062] 抱箍连接件6包括内侧凸块6.1和外侧凸块6.2,内侧凸块6.1和外侧凸块6.2为一体结构,且其横截面为“凸”字形,内侧凸块6.1的横截面小于外侧凸块6.2的横截面,内侧凸块6.1的大小与抱箍耳5.4相适应,内侧凸块6.1用于卡设在多个抱箍5的抱箍耳5.4内,即两条相互平行的竖向限位板之间,抱箍连接件6通过剪力连接件11与抱箍耳5.4连接起来,将 两个或多个抱箍5连成整体。 [0063] 抱箍连接件6.2的外侧部分横截面积较大,主要是为了适应焊接在其顶部的钢桥塔横截面积; [0064] 抱箍连接件6的内侧凸块6.1和外侧凸块6.2的长度方向上为实体部分和桁架结构相间分布,内侧凸块6.1用于卡设在抱箍5的抱箍耳5.4内,其大小尺寸与抱箍耳5.4的两条 相互平行的竖向限位板构成的空间相适应,并通过剪力连接件11承担竖向剪力,桁架结构 6.3则设置在相邻的两个外侧凸块6.2之间,桁架结构6.3未卡设在抱箍耳5.4内,在满足承 载力要求的前提下尽可能减轻抱箍连接件6的重力。 [0065] 以抱箍5的数量为两个为例,如图8所示,抱箍连接件6的两端为内侧凸块6.1和两个外侧凸块6.2组成的实体部分,中间为桁架结构6.3,内侧凸块6.1用于卡设在两个抱箍5 的抱箍耳5.4内,中间的桁架结构6.3位于两个抱箍5之间,钢桥塔7焊接在外侧位于顶端的 凸块6.2的顶部。 [0066] 进一步优化方案,剪力连接件11包括高强钢筋、螺栓11.1和钢垫片11.2,内侧凸块6.1嵌入到相对应的抱箍耳5.4后,高强钢筋贯穿相对应的内侧凸块6.1和抱箍耳5.4,使抱 箍耳5.4与内侧凸块6.1固接,螺栓11.1螺纹紧固在高强钢筋的端部,钢垫片11.2设置在螺 栓11.1与抱箍耳5.4之间,钢垫片11.2用于防止螺栓11.1预紧力形成的应力集中对抱箍耳 5.4的破坏。 [0067] 剪力连接件11为高强钢筋,使用时高强钢筋穿过抱箍耳5.4、以及卡设在抱箍耳5.4内的内侧凸块6.1,高强钢筋的两端设置有外螺纹,并通过螺栓11.1紧固,螺栓11.1通过端部的外螺纹施加预紧力,固定剪力连接件11。 [0068] 抱箍耳5.4与螺栓11.1之间还设置有钢垫片11.2,为了防止螺栓预紧力形成的应力集中对抱箍耳的破坏。抱箍5与抱箍连接件6之间通过多个剪力连接件11连接在一起。 [0069] 本发明所使用的高强钢筋是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材,其横截面为圆形,有时为带有圆角的方形,包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋等。钢筋按按力学性能分Ⅰ级钢筋(235/370级)、Ⅱ级钢筋(335/510级)、Ⅲ级钢筋(370/570)和Ⅳ级钢筋(540/ 835),后两种钢筋即为高强钢筋。 [0070] 高强钢筋的直径D,根据极限状态设计方法,确定方式如下: [0071] 每根高强钢筋有两个剪切面,若每个抱箍两侧共连接m个高强钢,则其每个剪切面的剪力大小Fs=〔1.2(G1+G2)+1.4∑Fi×cosαi〕/(2m),其中1.2为静载系数,G1为钢桥塔重量,G2为抱箍连接件的两侧的总重量;1.4为活载系数,Fi为钢桥塔上任一根斜拉索的拉力,αi为该根斜拉索与竖直方向的夹角; [0072] 则高强钢筋所受剪应力: [0073] τ=Fs×S/(I×b)=4×Fs/(3×A)=4×Fs/(3×πD2×0.25)≦τm [0074] 其中,S为高强钢筋的截面净距,I为高强钢筋的截面惯性矩,b为横截面在中性轴上的宽度,A为高强钢筋的横截面积,τm为高强钢筋的材料最大切应力,解上式可得高强钢筋直径D下限。 [0075] 进一步优化方案,抗裂部包括体外预应力束12,体外预应力束12设置在箱梁2内,体外预应力束12沿箱梁2长度方向呈连续弯折结构,体外预应力束12通过转向块13实现弯 折,若干转向块13固接在箱梁2的内壁。 [0076] 箱梁2内设置有体外预应力束12和转向块13,如图11所示,箱梁2内部配合体外预应力束12,可进一步抑制裂缝的开展,体外预应力束12通过转向块13实现转向,可根据箱梁 2所受弯矩的正负分布情况,决定体外预应力束12的施力位置。体外预应力束12和转向块13的设置为现有比较成熟的技术,其参数、构造要求可参数现有技术,均不影响本发明的实 施。 [0077] 进一步优化方案,斜拉索8远离钢桥塔7的一端固接有三角反力桁架9的顶端,三角反力桁架9的底端两侧分别固接有钢绞线10的顶端,钢绞线10的底端与箱梁2的底部固接, 三角反力桁架9设置在箱梁2内。 [0078] 斜拉索8与箱梁2的连接也可采用三角垫块的方式产生反力,三角垫块包括三角反力桁架9,三角反力桁架9的两个底角通过钢绞线10连接于箱梁2内底面两侧,三角反力桁架 9的上顶角连接斜拉索8,通过三角垫块将斜拉索8的拉力作用于箱梁2底部两侧,通过斜拉 索8拉力的竖向分力,对箱梁2施加向上的提升力,减小箱梁2的下挠病害。 [0079] 本发明设置多个抱箍5主要是出于承载能力要求,抱箍5距离设置的构造要求首先符合承载能力,即多个抱箍5的总承载能力应满足要求;其次应满足最下部的抱箍5距地面 的高度要求,一般应满足高度高于2.5m;上下相邻抱箍5之间的距离为(H‑n×h‑s)/(n‑1),均匀布置,其中,H为桥墩1高度,n为抱箍5个数,h为抱箍5高度,s为最下层的抱箍5的底面距地面的高度,如图12所示。 [0080] 本发明的抱箍5数量可根据实际工程情况适当增减,抱箍5数量确定方式可参照以下公式: [0081] P×ε×n≧〔∑Fi×cosαi+∑G〕 [0082] 其中:P为单个抱箍5所承受的总螺栓预紧力,ε为抱箍5与桥墩1之间的摩擦系数,n为抱箍5个数,Fi为钢桥塔上任一根斜拉索8的拉力,αi为该根斜拉索8与竖直方向的夹角,如图13所示,∑G为桥塔重量+抱箍5总重量+抱箍连接件6重量+剪力连接件11重量,解出可得n抱箍5个数下限。 [0083] 一种连续梁‑斜拉索加固体系的施工方法,基于上述的一种连续梁‑斜拉索加固体系,包括如下步骤: [0084] S1、将若干抱箍5固接在桥墩1上; [0085] 将多个抱箍5的左抱箍5.1、右抱箍5.2吊装到位,并采用螺栓将左抱箍5.1与右抱箍5.2紧固在桥墩1上,完成多个抱箍5的固定; [0086] S2、将两个抱箍连接件6分别固接在若干抱箍5的两侧; [0087] 将抱箍连接件6的内侧凸块6.1卡设在多个抱箍5的抱箍耳5.4内,采用剪力连接件11将抱箍连接件6与抱箍5固定在一起; [0088] S3、将两个抱箍连接件6顶部与钢桥塔7底部固接; [0089] 将钢桥塔7底部与抱箍连接件6的外侧凸块6.2的顶部焊接,固定钢桥塔7; [0090] S4、在钢桥塔7和箱梁2之间张拉若干斜拉支撑部,斜拉支撑部用于提升桥面,减小下挠病害; [0091] 张拉斜拉索8,在钢桥塔7顶部与箱梁2中部锚固多条斜拉索8,用于提升桥面,减小下挠病害; [0092] S5、在箱梁2内安装抗裂部,用于抑制裂缝开展。 [0093] 通过转向块13与体外预应力束12,施加预应力,抑制裂缝开展。 [0094] 本发明的连续梁‑斜拉索体系旨在加固桥梁,减小病害,在原连续梁桥初始建成时,并不包括抱箍5等结构,后期在使用年限内出现了病害,本发明主要用于加固,即在桥墩 1上增设抱箍5等,形成全新的结构体系,钢桥塔7牵引若干斜拉索8,斜拉索8提升桥面以此减轻桥梁的下挠及抑制裂缝的开展。 [0095] 本发明的有益效果为: [0096] 1)本发明利用抱箍连接件6将多个抱箍5连接起来,提高了抱箍5的总体承载能力,抱箍5数量可根据实际工程情况增减。 [0097] 2)本发明的加固体系,利用抱箍5承担钢桥塔7的竖向反力,一方面无需占用桥面空间安放加固装置(钢桥塔7),不影响通行,另一方面无需将加固装置(钢桥塔7)安放于地 面,无需在原有承台4两侧新建用于安放钢桥塔7的承台,本发明直接作用于原有桥墩1以及桥墩1之下的承台4,减小了施工量。 [0098] 3)本发明的抱箍5提供竖向承载能力,抱箍连接件6将多个抱箍5连接成整体,整合其竖向承载能力,并承受钢桥塔7提供的竖向反力,钢桥塔7通过斜拉索8轻微提起箱梁,减小其下挠,体外预应力束12通过施加预应力,减小其裂缝开展。 [0099] 本发明中,抱箍5、抱箍连接件6的材质优选为钢材。 [0100] 本发明未详尽之处,均可参见现有技术。 [0101] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。 |