[发明专利]组合桁架梁腹杆和使用组合桁架梁腹杆的组合桁架梁节点连接结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2009年4月20日申请的申请号为10-2009-0034087的韩国专利申请的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种将作结构用途的钢管用作腹杆的组合桁架梁腹杆和使用所述组合桁架梁腹杆的组合桁架梁节点连接结构，其允许用作腹杆的钢管的外径保持为目标桥梁整个跨度上的单一值。

背景技术

组合桁架梁腹杆起到将梁自身重量产生的重力方向的垂直力、覆盖层负荷和如车辆负荷等移动负荷转化为节点区域的轴向力并将其传递到桥梁支座上的结构作用。

移动负荷在腹杆处产生的轴向力大小在桥梁的整个跨度上不变，但由梁自身重量、路缘石和路面的覆盖层负荷在腹杆处产生的轴向力大小则随腹杆和桥梁支座间的距离缩小而增大。

因此，设计和建造桥梁时，在桥梁的整个跨度上通常将用作组合桁架梁腹杆的钢管尺寸(例如，外径和厚度)设为3-5种不同类型。

组合桁架梁中使用的弦杆(上弦杆和下弦杆)通过节点与腹杆耦合。在弦杆完全用混凝土制成而仅有腹杆由钢制成的组合桁架梁中，通常使用带腹杆直接埋在弦杆内的刚性连接的节点结构。

在以刚性连接处理腹杆和弦杆的节点结构中，弦杆处产生的弯曲力矩部分传递到腹杆上。此时，传递到腹杆上的弯曲力矩大小随用作腹杆的钢管直径增大而增大。

此时，应将钢管设计为同时抗轴向力和弯曲力矩。此处，随着钢管直径增大，弯曲力矩产生的压力增大，因此需要使用直径更大的钢管。

发明内容

工厂内用轧制卷材大量生产的现成钢管通常用于组合桁架梁腹杆。然而，有时可使用通过直接轧制作结构用的钢板制成的预制钢管。

预制钢管有利于设计者可根据需要选择钢板的强度、厚度和直径，但预制钢管比现成钢管贵很多，并且预制钢管不确保质量一致。

现成钢管比预制钢管便宜，但其尺寸(强度、直径和厚度)已设定，因此设计者在选择钢管尺寸上受到限制。同样，为了优化用于腹杆和连接结构的钢材量，目标桥梁的整个跨度应分为3-5个区域，各区域应使用不同尺寸的钢管。

如果用于腹杆的钢管尺寸在目标桥梁的整个跨度上变化，腹杆遇到弦杆的桁架节点区域处的连接结构应相应变化。因此，随着钢管种类增加，制作和装配腹杆和连接结构所需的成本增加。

另外，如果将钢管设计为适于施加到各钢管上的局部力，位于跨度中心的钢管直径与位于桥梁支座附近的钢管直径明显不同，这有损外观。如果减小钢管的直径差以改善外观，考虑到压力，所用钢管的数量比实际所需数量多，这有损经济性。

同时，传统组合桁架梁中，其设计为仅由钢管抵抗施加到腹杆上的局部力(即，轴向力和力矩)，因此在钢管直径随施加到钢管上的局部力增大而增大方面有结构限制。

如果用于腹杆的钢管直径增大，腹杆遇到弦杆处的节点尺寸应相应增大。然而，如果节点尺寸增大，用作弦杆的混凝土体积也增加，用于在节点区域相互连接腹杆的钢制连接结构尺寸也增大，因此消耗的钢材量增加，这有损经济性。

因此，用于组合桁架梁的腹杆通常设计为500mm或更小直径。有时，一起使用引起向上力的外部未粘结预应力筋，以减小腹杆的直径。然而，如果跨度距离超过110m，基于结构计算的所需钢管长度大大增加，几乎不可应用于组合桁架梁。

本发明涉及研制一种腹杆结构，其中仅一个尺寸的预制钢管用于目标桥梁整个跨度上的组合桁架梁腹杆，并且用于腹杆的钢材量也可优化为基于结构计算的所需值，从而节约制作腹杆和连接结构的成本，也减少用于购买钢管的程序和成本。

本发明还涉及研制一种腹杆结构，其中尽管组合桁架梁的跨度距离超过110m，但用于腹杆的钢管直径限制在500mm内，并且可抵抗施加到腹杆上的轴向力和力矩，从而甚至允许将组合桁架梁的可用跨度距离扩大到200m。

本发明一方面提供了一种组合桁架梁腹杆，其中附加结构钢置于钢管内，于是附加结构钢和钢管于腹杆一端在结构上形成一体，以便钢管和置于钢管内的结构钢可共用施加到腹杆上、设计者预定大小的局部力。

换言之，设计者可控制目标组合桁架梁整个跨度上的钢管抵抗的局部力的大小，因此相同尺寸的钢管可用于整座桥梁。另外，置于钢管内的结构钢可抵抗其他超过钢管抵抗能力的局部力。

通过调节置于钢管内的结构钢尺寸可克服局部力根据腹杆的位置变化。