一种车行索道桥的主索内穿拼装式钢横梁

技术领域

本发明涉及索道桥工程建设领域，尤其涉及一种车行索道桥的主索内穿拼装式钢横梁。

背景技术

根据《现代索道桥》(黄绍金，刘伯生著，人民交通出版社，2004)介绍：在索道桥桥面结构中，钢横梁是桥面索与稳定索之间的重要联系构件，它不仅可以增强桥梁的横向稳定性，还起到分布桥面荷载的作用。横梁可做成倒八字形，或做成一字形，其横断面可以是钢板与槽钢焊接形成的组合箱形截面，也可以是H型钢截面。为便于运输，常将钢横梁分为一个中部和两个端部三段制作。横梁架设时首先用钢销将它们连成一个整体，横梁端部通过滑轮悬挂在稳定索上，横梁中部节段完全位于桥面索的下面，即桥面索从横梁顶面之上穿过。然后，采用一岸展放或者两岸向跨中展放横梁构件。最后，铺设桥面板时再用高强度螺栓和横梁专用桥面板把桥面索和横梁扣连在一起。

对于这种桥面系构造，当桥面板恒载和车辆活载作用在两个横梁节间的桥面上时，作用力首先传给桥面索。这时桥面索犹如支撑在两个横梁之间的一段悬索，它的垂度因荷载的作用而增加，从而使两个横梁节间的桥面低于相邻横梁顶面的桥面。这样，当车辆从横梁节间桥面驶过横梁时，该处的桥面起到了类似市政道路上的减速条的作用，车辆颠簸感非常明显，行车很不平顺。

还有，在这种桥面系构造中桥面索与横梁的连接较弱，距离荷载较远的横梁对荷载调配作用较小，从而使横梁的内力较小，桥面索的内力分布也不均匀。

如果在钢横梁中部节段的腹板预留孔洞，桥面索直接从横梁腹板穿过，那么，这做法将使横梁的架设变得困难一些，不能使用目前常用的、也非常方便的悬挂展放架设法进行横梁架设；并且运营阶段在桥面活载作用下钢腹板对钢索的切割效应明显，这将严重影响钢索的使用寿命。

另外，现行《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)第6.1条第2款规定：对于主要受力结构应采用高强度螺栓摩擦型连接。显然，既有索道桥的钢横梁构件使用钢销钉连接的做法不符合上述规范的要求。钢横梁作为桥梁的主要受力结构且承受车辆动力荷载，如果建造永久性索道桥，其组成部件就不应该使用销钉连接。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种车行索道桥的主索内穿拼装式钢横梁，构造简单，可以实现工厂化预制，现场组装的方式进行安装，施工方便。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种车行索道桥的主索内穿拼装式钢横梁，包括两个横梁边节段以及长度相同的横梁中节上段和横梁中节下段，所述横梁中节上段通过高强度螺栓固定在所述横梁中节下段的上表面上，两个所述横梁边节段对称设在所述横梁中节下段的两端，所述横梁中节下段的两端以及所述横梁中节上段的两端分别通过高强度螺栓与两个所述横梁边节段的端部固定连接，两个所述横梁边节段相互远离的一端上均固定设有滚筒组件，所述横梁中节上段的底部沿长度方向均匀设有多个索孔。

本发明的有益效果是：本发明采用拼装式结构，不仅构造简单，可以工厂化焊接预制、现场高强度螺栓连接装配，而且仍然可以沿用目前常用的悬挂展放架设法进行安装，施工方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，两个所述横梁边节段的长度相同，所述横梁边节段和所述横梁中节下段的长度比为1∶(1.5-2)。

采用上述进一步方案的有益效果是：横梁中节下段与横梁中节上段固定连接，横梁中节上段通过钢索悬挂，横梁中节下段与横梁中节上段足够的长度能确保桥面索与横梁之间更为紧密牢固的连接。

进一步，所述横梁中节上段与所述横梁中节下段的质量比小于等于1∶2。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以大幅度减小横梁中节上段的质量，从而更加便于分步骤安装。

进一步，所述横梁边节段相互朝向的一端、所述横梁中节上段的两端以及所述横梁中节下段的两端均固定设有端板，所述端板上均设有用于供所述高强度螺栓穿过的连接孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：端板的设置便于通过高强度螺栓进行固定连接。

进一步，所述横梁中节上段与所述横梁中节下段均采用钢板焊接工字形截面，所述横梁中节上段的下翼缘板和所述横梁中节下段的上翼缘板的截面大小相同，所述横梁中节上段的下翼缘板和所述横梁中节下段的上翼缘板贴合通过高强度螺栓固定连接，所述通孔设在所述横梁中节上段的下翼缘板和所述横梁中节下段的上翼缘板。

采用上述进一步方案的有益效果是：横梁中节上段的下翼缘板和横梁中节下段的上翼缘板的截面大小相同，其上对应设置有用于安装高强度螺栓的通孔，在安装时，只需要将横梁中节上段的下翼缘板和横梁中节下段的上翼缘板的边缘对齐，其上的通孔即可一一对应连通，便于高强度螺栓的安装。

进一步，所述索孔的顶缘到所述横梁中节上段的上翼缘板顶面之间的距离与桥面板的厚度相同。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于桥面板的安装。

进一步，所述横梁中节下段的上翼缘板和下翼缘板之间的腹板上通过焊接设有加劲肋。

采用上述进一步方案的有益效果是：加劲肋的设置提高了横梁中节下段的稳定性。

进一步，所述横梁边节段采用钢板焊接工字形截面，所述横梁边节段的上翼缘板和下翼缘板之间的腹板上通过焊接设有加劲肋。

采用上述进一步方案的有益效果是：横梁边节段上加劲肋的设置提高了横梁边节段的稳定性。

进一步，两个所述横梁边节段的高度由相互远离的一端至相互靠近的一端依次增大，使得两个所述横梁边节段与所述横梁中节上段以及所述横梁中节下段连接成整体后形成倒梯形结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：由于整个结构的中部通过钢绳悬挂设置，中段底部没有支撑，倒梯形结构能确保整个结构的稳定性和荷载传递路径的可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的横梁中节上段的局部结构主视图；

图3为本发明图2中的A-A面剖视图；

图4为本发明图2中的B-B面截面图；

图5为本发明图2中的C-C面截面图；

图6为本发明中的横梁中节下段的局部结构俯视图；

图7为本发明中的横梁中节下段的局部结构主视图；

图8为本发明图7中的D-D面剖视图；

图9为本发明图7中的E-E面截面图；

图10为本发明图7中的F-F面截面图；

图11为本发明中的横梁边节段的主视图；

图12为本发明中的横梁边节段的俯视图；

图13为本发明图12中的G-G面剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、横梁边节段；2、横梁中节上段；3、横梁中节下段；4、高强度螺栓；5、滚筒组件；6、索孔；7、端板；8、连接孔；9、加劲肋；10、通孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本实施例适用于一字形钢横梁构造。以一座主跨径为438m的索道桥为设计实例，设计荷载汽车-80，挂-80级，全桥仅通行1辆重车，不叠加人群荷载。

如图1至图13所示，本实施例包括两个横梁边节段1以及位于两个所述横梁边节段1之间的中间段，所述横梁边节段1-中间段-横梁边节段1的长度依次为，3520mm、6000mm和3520mm。所述中间段包括长度相同的横梁中节上段2和横梁中节下段3，所述横梁中节上段2和所述横梁中节下段3呈上下叠合状态，在本实施例中，所述横梁中节上段2和横梁中节下段3的长度均为6000mm，即所述横梁边节段1和所述横梁中节下段3的长度比为1：(1.5-2)，横梁中节下段3与横梁中节上段2固定连接，横梁中节上段2通过钢索悬挂，横梁中节下段3与横梁中节上段2足够的长度能确保桥面索与横梁之间更为紧密牢固的连接。所述横梁中节上段2通过高强度螺栓4固定在所述横梁中节下段3的上表面上，两个所述横梁边节段1对称设在所述横梁中节下段3的两端，所述横梁中节下段3的两端以及所述横梁中节上段2的两端分别通过高强度螺栓4与两个所述横梁边节段1的端部固定连接，两个所述横梁边节段1相互远离的一端上均通过焊接设置滚筒组件5，所述横梁中节上段2的底部沿长度方向均匀设有多个索孔6，所述横梁中节上段2的长度是按容纳21组(每组2根)钢丝绳(型号：38 6×19W-FC 1700 B)以220mm间距均匀对称地分列于桥面中心线两侧的尺寸要求拟定的。

如图1所示，本实施例为了减轻吊装质量，把中间段分成上、下2层构件-横梁中节上段2与横梁中节下段3，它们的的截面高度这样确定：将桥面索孔6布置于横梁中节上段2的底部，由索孔6的高度(40mm)加上桥面板厚度(85mm)就得到横梁中节上段2的截面高度(125mm)；中间段截面总高度(590mm)减去横梁中节上段2的截面高度就得到横梁中节下段3的截面高度(465mm)。

如图1、图11所示，在本实施例中，两个所述横梁边节段1的高度由相互远离的一端至相互靠近的一端依次增大，使得两个所述横梁边节段1与所述横梁中节上段2以及所述横梁中节下段3连接后整体形成倒梯形结构，由于整个结构的中部通过钢绳悬挂设置，中段底部没有支撑，倒梯形结构能确保整个结构中部的稳定性。在本实施例中，横梁组装成整体后的长度为13040mm，端部截面高度为400mm，中部区段的截面高度为590mm。

如图3、图8、图13所示，优选的，所述横梁边节段1相互朝向的一端、所述横梁中节上段2的两端以及所述横梁中节下段3的两端均通过焊接设置端板7，所述端板7上均设有用于供所述高强度螺栓4穿过的连接孔8，端板7的设置便于通过高强度螺栓4进行固定连接。需要说明的，所述钢板焊接工字形截面包括平行设置的上翼缘板和下翼缘板，以及位于两者之间的腹板。如图3、图4、图5、图8、图9、图10所示，所述横梁中节上段2与所述横梁中节下段3均采用钢板焊接工字形截面，所述横梁中节上段2的下翼缘板和所述横梁中节下段3的上翼缘板的截面大小相同，所述横梁中节上段2的下翼缘板和所述横梁中节下段3的上翼缘板贴合通过高强度螺栓4固定连接，所述通孔10设在所述横梁中节上段2的下翼缘板和所述横梁中节下段3的上翼缘板。横梁中节上段2的下翼缘板和横梁中节下段3的上翼缘板的截面大小相同，其上对应设置有用于安装高强度螺栓4的通孔10，在安装时，只需要将横梁中节上段2的下翼缘板和横梁中节下段3的上翼缘板的边缘对齐，其上的通孔10即可一一对应连通，便于高强度螺栓4的安装。

在本实施例中，如图13所示，所述横梁边节段1采用钢板焊接工字形截面，所述横梁边节段1的上翼缘板和下翼缘板之间的腹板上通过焊接设有加劲肋9，横梁边节段1上加劲肋9的设置提高了横梁边节段1的稳定性。所述索孔6的顶缘到所述横梁中节上段2的上翼缘板顶面之间的距离与桥面板的厚度相同，便于桥面板的安装。所述横梁中节下段3的上翼缘板和下翼缘板之间的腹板上通过焊接设有加劲肋9，加劲肋9的设置提高了横梁中节下段3的稳定性。本实施例中所示钢板焊接工字形截面均采用Q345钢板在工厂焊接成的工字形截面，钢构件出厂前均进行防锈处理。

在工地架设横梁时首先采用高强度螺栓4组装钢横梁的横梁中节下段3和两个横梁边节段1成为半横梁构件。然后采用索道桥传统的横梁安装方法架设该半横梁构件，即在主索下部排放半横梁构件；通过人工配合吊车，逐根从下往上提升半横梁构件，钢横梁端部的滚筒组件5的销轴拔出，将横桥向左右各12根的稳定索分为3组套入滚筒槽内，半钢横梁构件就被悬挂到稳定索上。将整座桥梁的所有半横梁构件用此法全部与稳定索连接好。接着，根据每根横梁的设计位置，将靠岸的首根半横梁构件用钢丝绳与桥台固定好，依次按照设计间距排列半横梁构件，并用限位细钢丝绳连接并固定好。再接着，通过卷扬机将连接好的所有半横梁构件采用一岸展放或者两岸向跨中展放的方法准确地安装到设计的桥跨位置。最后，在桥面索上布置跳板作为施工平台，安装质量较小的横梁中节上段2，通过高强度螺栓4连接形成具有整体承载能力的钢横梁构件。

在本实施例中，每根钢横梁组装需要48套高强度螺栓4连接副(其中横梁中节上段2和横梁中节下段3之间连接需要32套，横梁边节段1与横梁中节上段2、横梁中节下段3之间连接需要16套)，每套包括：一个钢结构用高强度大六角头螺栓4(螺栓GB/T 1228 16×55)，一个钢结构用高强度大六角头螺母(螺母GB/T 1229 M16)，两个钢结构用高强度垫圈(螺母GB/T 1230 16)。

实施例二

本实施例适用于倒八字形钢横梁构造。以一座主跨径为438m的索道桥为设计实例，设计荷载汽车-80，挂-80级，全桥仅通行1辆重车，不叠加人群荷载。

具体的，在实施例一的基础上，根据设计需要，本实施例横梁边节段1的上翼缘板进一步向上翘起，从而使横梁端部节段在桥梁横截面内形成对称的倒八字形构造。同时，横梁边节段1的腹板和滚筒组件5的构造做出一些适应性的调整。

本发明的有益效果是，桥面索从钢横梁腹板内部穿过，不仅可以省去传统索道桥的横梁专用桥面板，还可以采用索道桥传统的横梁安装方法安装钢横梁，即首先组装钢横梁的横梁中节下段3、横梁边节段1成为半横梁构件，从而降低了构件的吊装重量，方便了现场装配施工；其次将半横梁构件悬挂在稳定索上；再次，采用一岸展放或者两岸向跨中展放半横梁构件；最后在桥面索上布置跳板作为施工平台，安装质量较小的横梁中节上段2，最终形成具有整体承载能力的钢横梁构件，通过钢横梁上的索孔来约束主索，使横桥向各根钢索受力的分布更为均匀，这种情况更符合索道桥计算模式的“主索均匀受力”假定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统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。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。