一種模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型屬于工程領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)急橋梁，具體涉及一種輕質(zhì)、高承載、模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的制式應(yīng)急橋梁裝備多數(shù)為金屬結(jié)構(gòu)，其中包括為數(shù)較多的鋼結(jié)構(gòu)和為數(shù)較少的鋁合金結(jié)構(gòu)。雖然鋼材具有強(qiáng)度高、塑性和韌性好、各向受力均勻以及設(shè)計(jì)計(jì)算理論成熟等優(yōu)點(diǎn)，但是鋼制橋梁存在自重大、機(jī)動(dòng)性差、運(yùn)輸車輛多和作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺陷，難以滿足現(xiàn)階段應(yīng)機(jī)動(dòng)保障任務(wù)不斷增強(qiáng)的苛刻需求。如搶險(xiǎn)器材中較為常用的裝配式公路鋼橋，由一系列預(yù)制鋼桁架片和其它拼裝構(gòu)件組裝而成，其單片桁架片的重量約為270kg，自重荷載幾乎占整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)荷載的約1/4，嚴(yán)重影響了該應(yīng)急橋梁的承載效率。由于自重較大、拼裝連接件數(shù)量較多，致使整個(gè)橋梁的機(jī)動(dòng)性能差和作業(yè)任務(wù)大，嚴(yán)重降低了橋梁的拼裝和架設(shè)效率，不利于應(yīng)急搶修快速保障作業(yè)。
[0003]無(wú)論從戰(zhàn)時(shí)角度還是非戰(zhàn)爭(zhēng)救援行動(dòng)角度講，都迫切需要我們尋求新型的應(yīng)急橋梁裝備。結(jié)構(gòu)輕型化、高強(qiáng)化和模塊化是應(yīng)急橋梁裝備未來(lái)發(fā)展的主要方向，新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、新材料的應(yīng)用以及新技術(shù)工藝的采用是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕型化的必由之路。輕質(zhì)的復(fù)合材料具有比強(qiáng)度比模量高、可設(shè)計(jì)性好、運(yùn)輸架設(shè)輕便和耐腐蝕性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，其已在民用固定橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用，比如已建橋梁的加固補(bǔ)強(qiáng)和新建結(jié)構(gòu)的建造。若將這種輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料應(yīng)用于應(yīng)急移動(dòng)式橋梁器材，可在保證承載能力的前提下降低橋梁自重，提高機(jī)動(dòng)性能和架設(shè)速度。
[0004]應(yīng)急橋梁的自重、跨度、結(jié)構(gòu)形式與架設(shè)方法等因素之間往往相互影響和制約，所以在應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)中需要將材料、結(jié)構(gòu)形式與架設(shè)技術(shù)作為一個(gè)相互影響的整體。鑒于平面和空間桁架的傳力機(jī)理較為明確、桿件傳力路徑相對(duì)單一，是一種承載效率較高的結(jié)構(gòu)形式。而纖維增強(qiáng)樹脂基拉擠復(fù)合材料纖維含量高，材料利用率高，具有優(yōu)異的單向力學(xué)性能。若將纖維增強(qiáng)樹脂基拉擠型材與桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，則可充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到大幅減重的目的。另外，合理的選材和組合設(shè)計(jì)同樣能夠提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，其中若將復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料在結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，可充分發(fā)揮不同材料的利用效率，達(dá)到繼續(xù)減重的目的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型的目的是針對(duì)目前制式應(yīng)急橋梁裝備中鋼橋的一些不足，如自重大、機(jī)動(dòng)性差、運(yùn)輸車輛多和作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、拼裝架設(shè)效率低等，將材料、結(jié)構(gòu)形式與架設(shè)技術(shù)作為一個(gè)相互影響的整體，提供一種輕質(zhì)、高承載、模塊化的復(fù)合材料-鋁組合空間桁架橋。
[0006]技術(shù)方案:本實(shí)用新型提供的一種模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋，包括兩個(gè)平行設(shè)置的三角桁架以及固定于兩個(gè)三角桁架頂部的鋁合金橋面板;所述三角桁架包括下弦桿、一組斜腹桿、一組互相平行的垂向豎桿和一組斜向豎桿;所述下弦桿間隔相同距離的每個(gè)垂直平面上分別連接有一個(gè)垂向豎桿和兩個(gè)斜向豎桿，兩個(gè)斜向豎桿分別設(shè)于垂向豎桿兩側(cè);所述一組斜腹桿分別連接垂向豎桿頂部和相鄰垂向豎桿底部;兩個(gè)平行設(shè)置的三角桁架頂部通過(guò)一組加強(qiáng)橫梁連接相鄰斜向豎桿、底部通過(guò)一組橫向連桿連接下弦桿，橫向連桿的一端通過(guò)斜向連桿連接相鄰橫向連桿的遠(yuǎn)端;所述橫向連桿、斜向連桿均為纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料連桿或鋁合金材料連桿，所述下弦桿、斜腹桿、垂向豎桿和斜向豎桿均為纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料連桿。
[0007]兩個(gè)三角桁梁之間通過(guò)上部加強(qiáng)橫梁、下部橫向連桿和斜向連桿進(jìn)行連接可以大大增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗扭能力。
[0008]作為改進(jìn)，所述加強(qiáng)橫梁為工字型鋼梁或槽型鋼梁。
[0009]作為另一種改進(jìn)，所述橫向連桿和斜向連桿采用鉸接或固結(jié)方式與下弦桿連接；加強(qiáng)橫梁與鋁合金橋面板采用固結(jié)連接。
[0010]作為另一種改進(jìn)，所述下弦桿通過(guò)基于預(yù)緊力齒連接復(fù)合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)與橫向連桿、斜向連桿、下弦桿、斜腹桿、垂向豎桿和斜向豎桿連接;所述預(yù)緊力齒連接復(fù)合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)包括水平金屬管、焊接于水平金屬管頂部的豎直金屬管、焊接于水平金屬管頂部且均勻分布于豎直金屬管周圍的傾斜金屬管、與水平金屬管連接且設(shè)置于水平面上的橫向連桿金屬管和斜向連桿金屬管;所述水平金屬管、豎直金屬管和傾斜金屬管內(nèi)壁均設(shè)有金屬管齒，所述復(fù)合材料管上分別設(shè)有與金屬管齒配合的復(fù)合材料管齒;所述復(fù)合材料管通過(guò)復(fù)合材料管齒和金屬管齒固定于水平金屬管、豎直金屬管和傾斜金屬管內(nèi)。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述傾斜金屬管與豎直金屬管的夾角為。
[0012]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述豎直金屬管和傾斜金屬管與水平金屬管之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)板連接。
[0013]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述水平金屬管、豎直金屬管和傾斜金屬管分別由兩個(gè)半圓弧管通過(guò)螺栓連接而成。
[0014]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬管齒和復(fù)合材料管齒分別為互相配合的一組圓弧狀凸起和凹陷；或者所述金屬管齒和復(fù)合材料管齒分別為一組相互配合的鋸齒狀結(jié)構(gòu)；或者金屬管齒和復(fù)合材料管齒分別為一組互相配合的點(diǎn)狀凸起和凹陷。
[0015]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述鋁合金橋面板端部設(shè)有金屬傳力頂塊，鋁合金橋面板在其與下部復(fù)合材料桿件交叉位置設(shè)有起連接過(guò)渡作用的附屬金屬連接座。
[0016]有益效果:本實(shí)用新型提供的模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的優(yōu)勢(shì):
[0017]1、本實(shí)用新型組合空間桁架橋采用雙車轍式結(jié)構(gòu)構(gòu)型，其中每個(gè)車轍采用板-桁組合結(jié)構(gòu)的倒三角截面形式桁梁，即將桁架上弦與橋面板部分共同作用形成車轍桁，這種橋跨形式綜合了T型梁和傳統(tǒng)桁架的優(yōu)點(diǎn)，可以發(fā)揮結(jié)構(gòu)各部分材料的性能，有利于節(jié)省材料從而減輕橋跨結(jié)構(gòu)重量；
[0018]2、本實(shí)用新型組合空間桁架橋采用上部加強(qiáng)橫梁以及下部橫向和斜向連桿將兩個(gè)三角桁梁聯(lián)系起來(lái)，增強(qiáng)了橋跨結(jié)構(gòu)的截面整體性和在豎向偏心荷載下的抗扭性能；
[0019]3、本實(shí)用新型組合空間桁架橋在單個(gè)車轍三角桁梁的橋面板和下弦之間沿縱向間隔設(shè)置了垂向豎桿，改善了橋面板的受力狀態(tài)并減輕了橋面板的重量，另外還增強(qiáng)了雙車轍整體結(jié)構(gòu)的抗彎和抗扭剛度。
[0020]4、本實(shí)用新型組合空間桁架橋?qū)⑤p質(zhì)高強(qiáng)的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料拉擠型材應(yīng)用于除橋面板之外的所有桁桿單元，可以大幅度降低橋跨結(jié)構(gòu)的自重，極大地提高了該組合空間桁架橋的承載效率。
[0021]5、本實(shí)用新型組合空間桁架橋采用模塊化設(shè)計(jì)構(gòu)型，全橋結(jié)構(gòu)由若干個(gè)6米長(zhǎng)的模塊化橋節(jié)單元組成，模塊化橋節(jié)之間采用單雙耳接頭進(jìn)行連接。另外，可通過(guò)選用不同模塊化橋節(jié)單元的數(shù)量來(lái)適應(yīng)不同跨徑的障礙，擴(kuò)大了該空間桁架橋的使用范圍。
[0022]6、本實(shí)用新型組合空間桁架橋結(jié)構(gòu)重量輕、模塊化程度高、連接方便，整個(gè)橋跨可借助輕型吊車完成快速拼裝和架設(shè)，也可采用重型直升機(jī)完成整體橋跨的吊運(yùn)和架設(shè)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋的主視圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋的右視圖；
[0026]圖4為本實(shí)用新型模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋的俯視圖；
[0027]圖5為基于預(yù)緊力齒連接復(fù)合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6為鋁合金橋面板端部的局部放大圖；
[0029]圖7為多個(gè)本實(shí)用新型模塊化復(fù)合材料-金屬組合空間桁架橋拼接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖8為金屬管齒和復(fù)合材料管齒分別為互相配合的一組圓弧狀凸起和凹陷的局部放大圖；
[0031 ]圖9為金屬管齒和復(fù)合材料管齒分別為一組相互配合的鋸齒狀結(jié)構(gòu)的局部放大圖；
[0032]圖10為金屬管齒和復(fù)合材料管齒分別為一組互相配合的點(diǎn)狀凸起和凹陷的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不以【具體實(shí)施方式】為限，而是