大跨度梁体结构及设计方法技术

本发明专利技术涉及一种新型的大跨度梁体结构及其设计方法，该梁体结构是由多个杆件通过螺栓相互连接而成的，其特征在于，所述的杆件是等长度及相同截面的，每个杆件上具有ｍ个连接点，它们将所述杆件长度分成ｍ－１个线段，各个杆件上对应线段相等，位于梁体上方的线段依次地大于下方的线段，且位于梁体上方相邻线段的差依次地大于位于下方相邻线段的差，每个梁体单元中所有杆件分成等量的前杆件组及后杆件组，其中一个杆件组中的每个杆件上的ｍ个连接点中的每个连接点分别与另一杆件组中ｍ个依次排列的不同杆件上的对应连接点相连接。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大跨度梁体结构及其设计方法，尤其是涉及一种主要用于建筑及桥梁的可伸缩并能快速安装到位的大跨度梁体结构及其设计方法。众所周知，大跨度梁体的应用范围是很广泛的，它可用于建筑方面，如室内体育馆的顶梁，大跨度无柱式组装厂房，如大型飞机组装车间或大跨度无柱式化库的顶梁;它也可用于桥梁方面，如用作拱形公路桥或铁路桥的梁体;还可以用于各种隧道工程，如作地下隧道或矿井隧道的预制结构梁架。现有技术中的梁体一般包括钢筋水泥梁及钢结构梁，其中钢结构梁可作成较大跨度，它是由钢架彼此铆接，拴接或焊接构成的。这种大跨度钢梁的不足之处在于安装速度慢，一般需在现场将分段组装好的钢结构架或单体的基本构件用螺拴或铆钉等连接成整体的梁体;此外，这种钢梁组装后是不能伸缩的，如一个大跨度钢梁分几段组装，然后再运到现场总体组装，由于钢梁段不能缩短，因而体积大，给运输及吊装带来不便;再从国防上考虑，在战争中往往需要迅速架设大跨度桥梁，以便争取时间取得胜利，为此使用传统的大跨度钢梁是不能满足要求的。因此，本专利技术的目的在于提供一种新型的大跨度梁体结构及其设计方法，该梁体结构可以克服传统大跨度钢梁的上述种种缺点，它在组装后可以根据需要进行伸长或缩短，能作到一次施工到位，以使得建筑或桥梁工程的工期大为缩短及降低了成本，并且这种大跨度梁体的运输及吊装简便，其跨度可超过传统的大跨度钢梁，不但可用于永久性的建筑及桥梁，而且还可用于临时性的建筑及桥梁，实现快速的安装。本专利技术的上述任务是这样来实现的采用一种大跨度梁体结构，它是由多个杆件通过螺栓相互连接而成的，其特征在于，该梁体结构至少由一个单元组成，构成梁体单元的每个所述杆件是等长度及相同截面的，在每个所述杆件上具有m个螺栓连接点，这些连接点将每个所述杆件的长度分成m-1个线段，各个所述杆件上的对应线段相等，并且位于梁体上方的线段依次地大于下方的线段，及位于梁体上方相邻线段的差依次地大于位于下方相邻线段的差，每个梁体单元是这样连接的，即将该单元中所有杆件分成等量的前杆件组及后杆件组，其中一个杆件组(前或后杆件组)中的每个杆件的上m个连接点中的每个连接点分别与另一杆件组(后或前杆件组)中m个依次排列的不同杆件上的对应连接点相连接。并且本专利技术还提供了这种大跨度梁体结构的设计方法，该方法分下列的步骤Ⅰ)首先根据工程要求确定梁体跨度及梁体高度;Ⅱ)根据所需实际坡度或拱型梁底高度(尤其对于桥梁)选定曲率;Ⅲ)根据实际负荷选择杆件材料及截面大小，根据梁体稳定性要求选择连接点数目，再通过应力计算最后确定出杆件的数目，长度及螺栓的材料与直径。为了对本专利技术的大跨度梁体的各种构型及优点作更深入的了解，下面将借助于附图对本专利技术的优选实施例作详细说明。其附图为附图说明图1根据本专利技术的大跨度梁体结构一个优选实施例的局部示意图，用以说明本专利技术的原理;图2上述梁体结构中杆件连接点的设置与梁本曲率之间的关系曲线;图3到5本专利技术的大跨度梁体结构的另一优选实施例，其中图3表示该梁体结构完全收缩的状态，图4表示该梁体张开的一个中间位置，图5表示梁体安装到位时的状态;图6根据本专利技术的梁体设计过程中选择参数的图。图1是本专利技术的大跨度梁体结构的一个优选实施例的示意图，图中仅表示出该梁体结构中一个梁体单元中的一部分，其中用双线表示的杆件1，2，3，4…为前杆件，用单线表示的杆件1′，2′，3′，4′…为后杆件，实际上前后杆件都是等长度相同截面的杆件，这样的多个杆件是利用螺栓在各个连接点上相互连接形成一个梁体单元的。在每个杆件上具有m个螺栓连接点，图示的例中m＝4，即自上至下的a，b，c，d四个连接点，这些连接点就是杆件上用来穿过螺栓的孔，它们将杆件分成m-1＝3个线段，由上至下各段线分别长为H3，H2，H1，各个杆件上这些对应的线段相等，而位于梁体上方的线段大于下方的线段即H3＞H2＞H1，并且位于梁体上方相邻线段的差依次地大于位于下方相邻线段的差，即C2＝H3-H2＞C1＝H2-H1，每个梁体单元是这样连接的，即将单元中所有杆件分成等量的前杆件组1，2，3，4，…及后杆件组1′。2′，3′，4′…，其中一个杆件组中的每个杆件上的m个连接点中的每个连接点分别地与另一个杆件组中m个依次排列的不同杆件的对应连接点相连接，例如，前杆件组中杆件3上的各个连接点a3，b3，c3，d3分别地与后杆件组中依次排列的不同杆件1′，2′，3′，4′中的各相应的连接点a1′，b2′，c3′，d4′相连接。由上述的特征构成的梁体结构单元的顶部各点a1，a2，a3，a4…的轨迹及下部各点d1，d2，d3，d4…的轨迹均为拱形或弧形，如图1中虚线所示，这样就使梁体的抗压强度增强了，因而可以作成大跨度的梁体。此外，由图1可以看到，其中点划线r经过点a1及c2，这时由a1，b1，c2组成的三角形△a1b1c2与a1，b2，c2组成的三角形△a1b1c2相对于线段r形成轴对称，并且点d2与d3也相对于r形成轴对称，由此可见，当杆件1与3′所夹的顶角α减小或扩大时，这种轴对称关系依然保持，因此这种梁体结构是可以收缩和扩展的。图2表示杆件连接点的设置变化与梁体曲率之间的关系曲线，其横座标X＝C2-C1(C2＝H3-H2，C1＝H2-H1)增加时，则该拱形梁体的曲率(一般指梁体上弧线的曲率)K也增加;当H3＝H2＝H1时，有C2-C1＝0，这时K＝0，说明该梁体此时为水平梁体。上述梁体结构中的杆件的截面形状可以是矩形，槽形和角形的，其材料视用途而定可以是钢材，高强度轻质合金，如铝合金，或用高强度的人造材料，如高强度玻璃钢。所述杆件中的连接点m应大于或等于3，从理论上讲，其上限没有限制，但由实际试验表明，连接点取3至5为佳。图3至图5表示本专利技术的大跨度梁体结构的另一优选实施例，它是用作一个能伸缩的并可快速安装的拱型桥梁的一个梁体单元，该拱型桥梁是由多个这种梁体单元并列构成的。图3是该桥梁体单元收缩到最短距离时的状况，由该图可以看到，该梁体单元的基本结构与图1中的相同。另外还在梁体的两端设有端部连接件A，B，为了便于收缩及展开，这些端部连接件仅与两端的某个杆件固定在一起，而在安装到位后，端部的另外一些杆件也固定到该端部连接件A，B上，以增加强度。这个梁体单元中的杆件是由钢材、如槽钢作成的。在每个杆件的顶部均设有可转动的顶板P，它们也是用其下端的连接点与杆件上部的连接点借助于螺栓相互连接的。它们可由矩形截面的钢材或槽钢或角钢制作，其长度略大于该梁体单元安装到位后(见图5)两个相邻杆件顶部连接点之间的距离。前杆件的顶板朝一个方向(如图中顺时针方向)转动，后杆件的顶板则向另一方向(图中所示的逆时针方向)转动，以便在安装到位后由这些顶板形成该梁体的与负载接触的顶面。图4是该桥梁体单元在吊装过程中张开到的一个中间状态，由该图可见，如果吊装时对底部的E及F点施以向上的力时，该桥梁体单元会在自重的作用下自行张开;因而在吊装过程中底部的两端两侧处应设有拉索，该拉索可用一棘轮机构逐渐放开。当该桥梁单元伸展到额定跨度时，将所有的连接点上的螺栓拧紧及在相邻的下连接点之间设置拉杆，并将其两端的连接件A，B固定到桥头的墩基C，D上，如图5所示。必须指出，对于固定永久桥梁，每个连接点(包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大跨度梁体结构，它是由多个杆件通过螺栓相互连接而成的，其特征在于：该梁体结构至少由一个单元组成，构成梁体单元的每个所述杆件是等长度及相同截面的，在每个所述杆件上具有ｍ个螺栓连接点，这些连接点将每个所述杆件的长度分成ｍ－１个线段（Ｈ↓［３］，Ｈ↓［２］，Ｈ↓［１］），各个所述杆件上的对应线段相等，并且位于梁体上方的线段依次地大于下方的线段（Ｈ↓［３］＞Ｈ↓［２］＞Ｈ↓［１］），及位于梁体上方相邻线段的差依次地大于位于下方相邻线段的差（Ｈ↓［３］－Ｈ↓［２］＞Ｈ↓［２］－Ｈ↓［１］），每个梁体单元是这样连接的，即将该单元中所有杆件分成等量的前杆件组（１，２，３，４，……）及后杆件组（１′，２′，３′，４′，……），其中一个杆件组（前或后杆件组）中的每个杆件上的ｍ个连接点中的每个连接点分别与另一杆件组（后或前杆件组）中ｍ个依次排列的不同杆件上的对应连接点相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于汉荣，
申请(专利权)人：于汉荣，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]