论述桁架结构的形式,使用范围以及构造特点

论述桁架结构的形式,使用范围以及构造特点

[摘要]：世纪旗云工具箱钢结构平面桁架模块可进行多种结构形式桁架的设

计计算，自动组合各种荷载，程序最终提供各个杆件内力结果，并根据用户提供的杆件截面可选项选出最合理的杆件截面。

桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。

桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。其主要结构特点在于，各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。 桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。

桁式组合拱桥是由两个悬臂桁架支承一个桥梁拱组成，它除保持桁式拱结构的用料省、跨越能力大、竖向刚度大等特点外，更具有桁梁的特性和可以采用无支架悬臂安装的方法施工，使桁式组合拱桥具有一定的竞争能力。我国贵州省建造桁式组合拱桥数量最多，国内较知名的有以下几座：(1)贵州省剑河大桥，桥梁跨径为150m，桥面宽为11m，建于1985年；(2)四川省牛佛大桥，桥梁跨径为160m，桥面宽为11m，建于1990年；(3)贵州省江界河大桥，桥梁跨径为330m，桥面宽为12m，建于1995年。以下介绍剑河大桥的施工方法，大桥总体布置. （一）桁式组合拱桥构造特点

为了减轻自重，保证截面的强度和整体刚度，桁式组合拱桥的上下弦杆和腹杆及实腹段的截面，一般均采用闭合箱形截面，并按照吊装顺序，分次拼装组合而成。为了增强构件的整体性，在所有箱形杆件内均设有隔板加强，隔板间距为4m至5m。

1.上弦杆剑河大桥的上弦杆截面如图10—34所示。上弦杆可一次浇筑成闭合箱形截面，两片桁架的上弦杆件在预制时均为82cm×112cm箱形，上缘留明槽，可布置预应力钢筋，内侧预埋钢筋(或钢板)以便与顶底板连接。外侧预埋钢板，以便与跳梁连接。悬拼就位后，于两箱上弦间再加盖顶板和底板，在顶板上铺钢筋网，现浇8cm砼桥面，组成120cm×682cm三室箱形截面.作为上弦整体受力截面。为了加强上弦截面的整体性，上弦的上绦还增加了横向预应力钢筋。横向顶应力钢筋用625mm钢筋，每隔2m(顺桥向)设置一根，在顶底板安装就位后进行张拉。

2.下弦杆下弦杆可一次性浇筑成闭合箱形截面箱形截面。

3.腹杆

斜腹杆截面为70cm×90cm箱形截面，箱壁厚为14cm，满足预应力钢筋布置所需要的厚度。竖杆截面为90cm×70cm，壁厚为10cm。

(二)桁式组合拱桥施工

桁式组合拱桥能迅速得到发展，除结构受力的合理性带来材料的节省外，其主要原因是它可采用无支架悬臂安装进行施工，这是最突出的优点。安装时常采用钢结构人字桅杆吊机作为吊运工具，避免了缆索和塔架等安装设备，给施工带来方便。

剑河大桥墩台均为明挖基础，墩身和台身均在支架上现浇现浇施工。以下主要介绍主孔的上部结构施工。 1.上部构件预制

主孔桁片的构件分段，主要根据吊机的起重能力和起重冒的有效伸臂范围确定。将主孔桁片分为9段，每段桁片再按悬拼次序及工艺要求分为单杆和三角形单片及梯形单片。分段名称按拱脚至拱顶称为脚段、二段、三段、四段、实腹段。脚段和二段分成下弦杆、斜杆、上弦杆、竖杆各7件。三段分成由下弦杆、斜杆及竖杆组成的三角形桁片和上弦杆单杆共4件。四段由上弦杆和下弦杆及临时杆组成梯形单片。实腹段为2件。全桥共分为42个预制单元，上弦和下弦的顶底板共142块。

主孔构件分别在两岸预制，南岸称为剑河岸，北岸称为南嘉岸。南索岸在桥下河滩上预制脚段、二段、三段、四段，在桥下河滩上进行整体放样，分段卧式预制。实腹段在河滩上立式预制。剑河岸除脚段在河滩预制场上顶制外，二段、三段、四段均在边孔和主孔的已成桥面上预制。 2.人字桅杆吊扰

人字桅杆吊机其特点是设备简单，制作与安装容易，操作方便，起重能力大，适应性强，工作速度低，振动小，吊装运转安全可靠。但因桅杆较高，整体移动不灵活。剑河大桥人字桅杆吊机起重力可达800kN。吊机由起重系统和稳定变幅系统两大部分组成。 (1)起重系统

①起重臂：由两肢主弦组成人字桅杆，主弦杆采用4肢角钢组成。吊机两胶备长30m，备用4根125×125×12等边角钢作为主弦杆，中间截面为1000mm×1000mm，长18m。两端变截面段各长5m，端部截面为400mm×600mm。节间长度均为10mm。斜撑和横撑均采用63×63×5等边角钢制成，顶部有一特制顶帽，可系主副两组起重滑轮。底部设特制的连接段和底座，用M—100螺栓与底座连接，使桅杆可

以灵活俯仰。每侧底座设22个434螺孔，使据杆能可靠地与安装点构筑物牢固连接。

⑨卷扬机：主吊钩和副吊钩各用一部牵引力50kN电动促速卷扬机牵引。 ②滑轮组：两副吊钩均各用一副滑轮组，主钩采用一个1000kN六门滑车和一个200kN

二门滑车并联作为定滑车，用Ф24.5mm钢丝绳作为起重索。别钩按单钩起吊力400kN设计，用一个承载力500kN六门滑车作为定滑车，用Ф215mm钢丝绳作为起重索。

(2)稳定和变幅系统

①背索：背索系人字桅杆的重要稳定和变幅系统，用一部牵引力50kN电动但速卷扬机配滑轮组牵引变幅，用一个1000kN六门滑车与一个200kN二门滑车并联作为定滑车，用4215mm钢丝绳作为变幅索。

②侧浪风：桅杆顶部两侧各设一组浪风索，以平衡构件横向所产生的水平力。浪风索祝水平力之大小经计算决定。浪风索采用Ф15.5mm，钢丝绳，用承载力为30kN或50kN链条滑车或电动撞速卷扬机牵引。

②前浪风：为防止桅杆在前倾角很大时承载，以及整体移动时向后倾倒，在桅杆前方设一根浪风索以策安全。

④地锚；背索地锚与桅杆安装点的距离，由桅杆受力分析决定。当桅杆吊装重量大，前倾角小时，背索受力很大，地锚需要很强固。一船在桥台和中墩上埋放锚环，利用构件自锚。浪风索地锚一般受力不大，在两侧挖坑埋设即可。前浪风索可锚固在对岸预埋设的锚环上。 3.悬拼施工 (1)构件就位与稳定

构件吊运至安装位置，其平面位置一律用横浪风索控制。横浪风索用牵引力为30kN或50kN电动樱速卷扬帆牵引，使用卷扬机上的点动微调装置进行平面位置控制，高程一律用起置绳微动控制。单杆拼装就位后的稳定，各段下弦杆的纵向和高程用专设的临时钢丝束张拉固定，待斜杆就位及预应力束张拉后即可撤除。横向用一组浪风索稳定，待两边下弦及斜杆就位，安装横向联结系后撤除竖杆，按计算的支撑点高度设刚性连杆与斜杆联结，构成临时稳定体系.待上弦杆全部就位、张拉预应力束和横向联结系安装完成后撤除。一般上弦杆只设一组横向浪风索。

(2)构件安装捐度控制

对中精度以拼接时不影响预应力钢筋的连接为准，一般定为5mm。安装高程除按设计计算的包括预拱度值在内的施工安装标高控制以外，考虑到非弹性挠度的影

响，将安装高程略为提高，其值一般定为10mm。设计预拱度，拱顶为150mm，其余各段按直线分配。 (3)悬拼程序 创河大桥主孔悬拼。

①脚段采用单杆安装，即将下弦杆、斜杆、竖杆、上弦杆单独进行安装。先将上下游两片下弦杆脱模翻身后，在预制场进行组装，然后垂直起吊就位。斜杆单根安装，并张拉斜杆预应力钢筋，再安装另一根斜杆使其形成三角形框架。安装竖杆并单根安装上弦杆，张拉上弦杆预应力钢筋，再安装另一根上弦杆，使其形成框架。之后安装上下弦顶底板，安装人行道梁。 ②移动吊机，用上述同样顺序悬臂安装二段。

②移动吊机，悬臂安装三段。由下弦杆、斜杆、竖杆组成的三角形单片脱模翻身后，垂直起吊就位，并张拉上弦杆预应力钢筋。安装另一片三角形构件，使其形成三角形框架。单根安装上弦杆，并张拉上弦杆预应力钢筋。安装另一根上弦杆，使其形成框架。安装上下弦顶底板，安装人行道跳梁。

④移动吊机，悬臂安装四段。由下弦杆和上弦杆及临时杆件组成的梯形单片脱模翻身后，垂直起吊就位，然后张拉上弦杆预应力钢筋。 再安装另一片梯形单片，使其形成框架。

⑥两岸安装完四段后，吊机移至前端，用两部思机插吊实腹段框架，全桥合拢安装四段上下弦顶底板及实腹段顶底板。

⑥放张上弦杆内预应力钢筋，完成结构的体系转换。上部结构从悬臂安装脚段开始，直至实腹段合拢，上部结构的受力体系为悬臂桁架的梁式体系.上弦杆在施工中的拉力由预应力钢筋承受。桁架合拢后，在主孔的第二和第三节间结合处，把接缝处预应力钢筋全部放张，然后重新分段张拉永存顶应力钢筋。放张施工工艺。上弦杆预应力钢筋是逐根放张，这使主孔的拱架逐步形成，各杆件的内力不发生剧烈变化，保证放张过程中各杆件的稳定性。放张的过程为将断缝处螺帽旋向前方锚固，放松断缝以后区段钢筋，取下断续处的连接套筒，使前后两段钢筋分离，张拉断缝以后区段钢筋，使其达到设计的拉力。