本發(fā)明涉及一種面板自動水平的預應力鋼-石膏組合桁架梁，或涉及一種面板自動水平的預應力鋼-混凝土組合桁架梁，尤其是面板因可整體偏轉而自水平的預應力鋼-石膏/混凝土組合桁架梁，特別是呈三角形橫截面的組合桁架梁，其因支座變位而造成結構整體偏轉，但其面板具有可自動呈水平狀態(tài)的體系，用于建造梁橋或建筑的承載結構，屬于橋梁工程或建筑工程領域。

背景技術：

現(xiàn)有技術中，三角形桁架梁應用廣泛，無論是上承式還是下承式，其橫向偏轉是這類橋關注的焦點，特別是上承式三角形桁架。當偏心荷載作用較大或者支座變位時，其整體結構偏轉或局部截面扭轉較大，面板結構也隨之產生較大變形，影響橋梁承載的正常使用狀態(tài)?；诖耍姘宓慕Y構應設計為適應三角形桁架支座變位引起的偏轉影響的自平衡體系，不影響正常使用狀態(tài)。然而，現(xiàn)有技術中并沒有這樣的面板結構體系。

控制自平衡過程需要考慮的三大安全要素，包括：滑動機制、平衡控制幅度和控制速度。限位裝置在橋梁結構或建筑結構中用于控制結構整體變位，即變形幅度；在相對滑動面之間設置表面阻尼，如阻尼墊或阻尼涂料，可方便控制滑動幅度和速度。

一般桁架梁橋的兩個縱梁采用鋼桿件或采用預應力混凝土桿件，鋼管混凝土組合結構一般主要用于橋梁或建筑結構的承壓構件中，其在工程運用中存在的最大問題為相對于縱向剛度，其橫向剛度小，作為梁構件時其內部混凝土極容易開裂而使得整個結構承載能力急劇下降，致使抗彎承載力下降。眾多案例表明，灌注混凝土后混凝土凝結收縮，混凝土與鋼管壁脫空現(xiàn)象屢見不鮮?；炷寥驊Φ睦碚摖顟B(tài)并未形成。為解決這一問題，選擇石膏替代混凝土，并采用預應力鋼-石膏組合結構體系來實現(xiàn)鋼管-石膏組合梁，以協(xié)同承受抗彎承載力。

選擇石膏主要基于石膏的材料特性。石膏在建筑結構工程和裝飾工程中廣泛運用,在gb/t9776-2008《建筑石膏》規(guī)范中有相應規(guī)定。其中，建筑石膏的密度一般為2500-2800kg/m³，與普通混凝土的密度等級2000-2800kg/m³相近。石膏材料具有凝結硬化快、硬化時體積微膨脹、孔隙率大等特性。為解決石膏凝結過快硬化問題，故在石膏粉中加入適量緩凝劑，可使緩凝時間達2小時，使得石膏漿能通過壓漿機注入鋼管內部。當采用高強石膏時，如α型高強度石膏，其抗壓強度可達40mpa以上，達到普通混凝土抗壓強度，甚至在烘干后，其抗壓強度能達到500mpa，超過部分鋼材強度。

另外，鋼管-石膏組合梁截面的鋼管將石膏封閉在內部空間，克服了石膏耐水性、抗?jié)B性和抗凍性等缺點，也防止了薄壁鋼管發(fā)生局部屈曲。石膏硬化時體積微膨脹，大大改善了鋼管與石膏之間的脫空情況。預應力鋼管-石膏組合結構體系使石膏處于三向受壓，這種技術使得鋼管-石膏組合梁能夠協(xié)同承擔外部荷載作用，且充分發(fā)揮預應力受拉承載性能，提高了結構承載力。

然而，現(xiàn)有技術中還從來沒有出現(xiàn)過以預應力鋼管-石膏組合結構作為桿件元素的橋梁或建筑結構承載桁架。事實上，現(xiàn)有技術中，本領域的技術人員形成了鋼管混凝土組合結構的思維慣性，難以突破傳統(tǒng)技術上的偏見想到以預應力鋼管-石膏組合結構構成的桁架梁，更難以想到面板結構適應因支座變位引起整體偏轉的預應力鋼管-石膏組合結構構成橋梁承載或建筑結構中三角形桁架結構。

特別是，即使想到以預應力鋼管-石膏組合結構作為橋梁承載桁架的元素，在施工工藝等方面也需要克服重重技術難關才能實現(xiàn)本發(fā)明，并不是顯而易見的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種面板自動水平的預應力鋼-石膏/混凝土組合桁架梁，用于解決梁橋或建筑結構中上承式三角形桁架梁面板結構體系發(fā)生偏轉后自水平的問題，其構造美觀、通行便利、受力合理、施工方便，是新型市政橋梁或建筑結構的承載部件。

為此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種組合式承載桁架梁，其特征在于，其包括：

縱向鋼管組合梁，其兩端被支撐在承載鉸支座上；

承載面支撐縱梁，其設置在所述縱向鋼管組合梁上方的橫向兩側；

承載面支撐構架，其支撐所述承載面支撐縱梁；

自水平面板，其可以自動水平地坐落在所述承載面支撐構架上；以及

偏轉調整限位連桿，其一端鉸接在所述承載面支撐構架或所述承載面支撐縱梁上，另外一端鉸接在調整鉸支座上。

優(yōu)選地，所述鋼管組合梁為預應力鋼管-石膏組合梁，或者預應力鋼管-輕質高強混凝土組合梁；和/或，所述承載面支撐縱梁為箱形縱梁或方形鋼管縱梁。

優(yōu)選地，沿著所述縱向鋼管組合梁的長度方向，所述承載面支撐構架包括多個橫向倒三角形支撐架，其下頂點與所述縱向鋼管組合梁相連，兩個上頂點分別與所述承載面支撐縱梁相連，每個橫向倒三角形支撐架包括兩個斜向橫梁和一個弧形梁，該弧形梁呈凹形，該弧形梁的兩端分別與所述斜向橫梁的頂端相連。

優(yōu)選地，所述弧形梁的凹面上沿桁架梁的縱向設有相互間隔的多個圓柱體滾軸，自水平面板的底面可滑動或輥動地與這些圓柱體滾軸相接觸；所述弧形梁的凹面上設有與所述自水平面板的底面相接觸部位的表面阻尼裝置和/或橫縱向限位裝置(優(yōu)選地圓柱體滾軸為弧形梁的縱向次梁)；或者，所述自水平面板的一個側邊緣鉸接在在所述承載面支撐構架或所述承載面支撐縱梁上。

優(yōu)選地，所述承載面支撐構架在所述斜向橫梁的外側安裝有鏤空櫻花圖案面板；所述承載面支撐構架呈倒三角形或菱形。

優(yōu)選地，所述縱向預應力鋼管-石膏組合梁的橫截面積大于所述承載面支撐縱梁的橫截面積；在鋼管內充滿地設有摻入緩凝劑的石膏漿或者輕質高強混凝土；以及在鋼管內設有張拉預應力筋。

優(yōu)選地，所述偏轉調整限位連桿上設有雙向長度調節(jié)器。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，根據(jù)本發(fā)明的所述組合式承載桁架梁用于橋梁工程或建筑工程。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種組合式承載桁架梁的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：在預制場焊接好三角形桁架，包括縱向預應力鋼管、箱形鋼縱梁、弧形梁及斜向橫梁；安裝縱向預應力鋼管的預應力筋及端部錨頭，張拉預應力筋至設計值；采用壓力機從鋼管錨固端灌注摻入緩凝劑的石膏漿，形成內部無氣泡的鋼管；待石膏終凝后，整體吊裝至施工現(xiàn)場，將三角形組合桁架鉸接在支撐鉸支座上；再將偏轉調整限位連桿的一端鉸接在所述承載面支撐構架或所述承載面支撐縱梁上，另外一端鉸接在調整鉸支座上；架設圓柱體滾軸、弧形梁中的限位裝置和表面阻尼；然后鋪設自水平面板。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種組合式承載桁架梁的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：在施工現(xiàn)場無偏轉狀態(tài)下組裝桁架結構，預應力鋼管截面安裝在縱向可轉動的支承鉸支座上，與連桿相連的縱梁端部放置于設有斜向調整支座一側；安裝鏤空櫻花圖案面板；使用千斤頂使得桁架結構體系偏轉就位，保持橋面板水平位置；迅速用連桿連接縱向主梁端部和斜向鉸支座；預應力鋼管中的預應力筋張拉就位；然后，從預應力鋼管的端部灌注輕質混凝土。

根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)有技術中一直存在但始終沒有得到解決的橋梁橫向偏轉問題得到了解決。

根據(jù)本發(fā)明，即使偏心荷載作用較大或者支座發(fā)生了變位，其整體結構偏轉或局部截面扭轉較大，面板結構也隨之產生較大變形，也可以很容易地把橋梁承載結構調回正常的使用狀態(tài)。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于建造梁橋或建筑結構的面板體系自水平的預應力鋼-石膏組合三角形桁架梁的立體圖。

圖2為如圖1所示的預應力鋼-石膏組合三角形桁架梁在一端觀測時的立體圖。

圖3為如圖1所示的預應力鋼-石膏組合桁架梁的面板結構與弧形梁之間自水平及控制機制的示意圖。

圖4為如圖1所示的預應力鋼管-石膏組合桁架梁的橫截面結構示意圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明另外一個實施例的用于建造梁橋的帶偏轉結構的預應力鋼-混組合桁架梁的立體圖。

圖6為如圖5所示的帶偏轉結構的預應力鋼-混組合桁架梁的在一端觀測的立體圖。

圖7為如圖5所示的預應力鋼管混凝土組合桁架梁的橫截面結構示意圖。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖1-4所示，預應力鋼-石膏組合桁架梁主要包括：面板體系1、縱向預應力鋼管-石膏組合梁2、箱形鋼縱梁3、弧形梁4、斜向橫梁5、圓柱體滾軸6、鉸支座7及其連桿8。根據(jù)本實施例的施工方法，其具體步驟為，在預制場焊接好三角形桁架縱、橫梁，包括縱向預應力鋼管-石膏組合梁2的鋼管、箱形鋼縱梁3、弧形梁4及斜向橫梁5。三角形鋼桁架焊接后，安裝縱向預應力鋼管-石膏組合梁2的預應力筋及端部錨頭，張拉預應力筋至設計值，從鋼管錨固端采用壓力機灌注摻入緩凝劑的石膏漿，形成內部無氣泡的鋼管。待石膏終凝后整體吊裝三角形組合桁架至現(xiàn)場。采用支座7及連桿8安裝固定三角桁架梁后，架設圓柱體滾軸6、弧形梁4中的限位裝置、表面阻尼c和可轉角度a、以及面板體系1。

圖4中，在鋼管210內設置預應力筋230，并且灌注充滿石膏220。

本發(fā)明第一實施例提供了一種面板自水平的預應力鋼-石膏組合三角形桁架梁，用于建造橋梁或建筑結構的預制件、現(xiàn)場組裝或組焊部件，主要包括面板體系、縱向預應力鋼管-石膏組合梁、箱形鋼縱梁、弧形梁、斜向橫梁、圓柱滾軸、鉸支座及其連桿。該組合桁架梁為上承式結構體系，面板結構表面位置高于支座位置。其特點是能夠在三角形桁架存在一定范圍內的整體橫向偏轉角度，面板結構在自重作用下，弧形梁與面板之間形成橫向相對轉角，保持面板結構荷載作用面始終保持水平位置，同時通過限位裝置及橫向表面阻尼限定面板變位幅度和速度。面板結構下部與鉸支座相連采用縱向預應力鋼管-石膏組合梁，主要承擔桁架中受壓、受拉和受彎等耦合作用，能夠提高截面橫向剛度、改善承受外部橫向荷載能力、改善鋼管與填充料脫空情況以及有效預防預應力筋的腐蝕問題?；⌒瘟号c斜向橫梁形成穩(wěn)定的三角形結構，與基礎相連。調整鉸支座和連桿用于模擬三角形桁架偏轉情況，該類型結構體系可用于公路、公園、園林、游樂場等。

一種面板自水平的預應力鋼-石膏組合三角形桁架梁，其特征在于：主要包括面板體系1，縱向預應力鋼管-石膏組合梁2、箱形鋼縱梁3、弧形梁4、斜向橫梁5、圓柱體滾軸6、鉸支座7及其連桿8。在模擬偏轉的鉸支座7及其連桿8變位引起的偏轉條件下，面板體系1在自平衡作用下處于水平位置，可適應一定范圍的上承式桁架整體偏轉角。

縱向預應力鋼管-石膏組合梁2為本三角形桁架的主要受力構件，鋼管內灌注摻入適量緩凝劑的石膏漿并張拉預應力筋，以提高組合梁橫向剛度、改善承受外部橫向荷載能力、改善鋼管與其內填充物脫空情況以及增強預應力筋的耐腐蝕性?？v向預應力鋼管-石膏組合梁2與箱形鋼縱梁3為三角形桁架縱梁體系，主要承受縱向受壓、受拉及受彎荷載作用?；⌒瘟?與面板體系1通過圓柱體滾軸6提供面板體系滑動機制，弧形梁4上設置有橫縱向限位裝置及弧形梁4及面板底部5接觸部位設置表面阻尼控制面板自平衡幅度與速度。弧形梁4與斜向橫梁5形成穩(wěn)定的三角形桁架結構，以提供結構的整體剛度。圓柱體滾軸6可設置為為弧形梁4的縱向次梁，提高結構整體剛度。鉸支座7及其連桿8用于提供三角形桁架邊界條件，也可以用于模擬三角形桁架整體偏轉變位情況。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例，如圖5-7所示，預應力鋼-混組合桁架梁主要包括：鋼橋面板體系21、縱向預應力鋼管混凝土組合梁22、方形鋼管縱梁23、斜向橫梁24、鏤空櫻花圖案面板25、鉸支座26及其連桿27，其中，縱向預應力鋼管-混凝土組合梁22在鋼管內灌注輕質混凝土，能減小自重、提高鋼管橫向剛度，以防止鋼管局部屈曲、有效傳遞預應力筋與鋼管之間的內力、以及預防預應力筋的腐蝕；預應力張拉錨頭設置在支座端部，用以承受上部結構荷載向下傳遞的拉力，同時預應力筋與鋼管混凝土形成一種內力自平衡狀態(tài)；兩斜向橫梁24和橋面板21的橫梁形成一個橫向穩(wěn)定的三角形桁架，上部兩斜向橫梁24可根據(jù)上部利用空間而調整橋面板21的位置，并保證與橋面下三角形桁架結構形成穩(wěn)定的受力結構，以增大結構剛度。鏤空櫻花圖案面板25提供橫梁之間的橫向聯(lián)系，以增大結構整體剛度，防止斜向剪切變形。本橋鉸支座26設置在該橋兩端，具有完全橫向平轉和一定的縱向豎轉能力，并在一根縱向主梁端部設置斜向連桿27，該連桿27用以承擔結構橫向荷載及保證結構的穩(wěn)定性。

圖7中，在鋼管221內設置預應力筋223，并且灌注充滿輕質混凝土222。

根據(jù)該實施例，鏤空櫻花圖案25的設置強調了與環(huán)境的協(xié)調，即：在日光及月光照射下，橋面1上及橋底形成櫻花圖案，極大增添了視覺美感。

根據(jù)本實施例，采用預應力鋼管-輕質混凝土結構梁，充分發(fā)揮了三種材料力學特性，減小了結構撓度且可預防預應力筋腐蝕問題；采用斜向桁架形式，突出了空間感；強調了與環(huán)境的協(xié)調性。根據(jù)本實施例的施工方法，可在施工現(xiàn)場無偏轉狀態(tài)下組裝桁架結構的各桿件，包括橋面板橫梁，其中，預應力鋼管混凝土組合主梁中鋼管截面安裝在縱橋向可轉動的鉸支座上，與連桿相連的縱梁端部放置于同側另一斜向支座位置處，鏤空櫻花圖案面板安裝完成之后，在桁架結構體系偏轉角較小一側使用千斤頂偏轉就位，保持橋面板水平位置，迅速用連桿連接縱向主梁端部和斜向鉸支座。預應力筋張拉就位，完成張拉，并從端部灌注輕質混凝土。

在本發(fā)明中，所謂“輕質高強混凝土組合梁”中，所謂“輕質”混凝土的密度等級一般為300-1800kg/m³，小于普通混凝土的密度等級2000-2800kg/m³。所謂“高強”，一般將強度等級為c60以上的混凝土認定為高強混凝土。

根據(jù)本發(fā)明，也可以采用“預應力鋼-石膏組合梁”，石膏的膨脹特性得到應用。

現(xiàn)有技術中，橋梁結構中一般采用鋼-混組合截面，如箱型、工字形、槽型等截面梁；部分橋梁中也采用預應力鋼-混凝土組合梁橋。建筑結構中也采用過型鋼-石膏。但本發(fā)明的“預應力鋼管-石膏”組合截面，尚未找到相關研究及報道。

根據(jù)本發(fā)明中，采用弧形梁和斜向主梁形成三角形桁架，面板體系可與弧形梁相互橫向滑動。

本發(fā)明中，面板5可以是鏤空櫻花圖案，也可為其他面板圖案，可以用于桁架斜向橫梁中，例如為了美觀；當然也可撤除面板。

本發(fā)明的實施例中，三角形桁架在整體偏轉情況下面板自水平，各種變型實施例均符合本發(fā)明的構思。傳統(tǒng)技術中，單跨梁與橋墩之間均設置四個支座；本發(fā)明的該主桁結構中也采用了四個支座。

帶偏轉機構的預應力鋼-混組合桁架梁，用于建造橋梁的預制件、現(xiàn)場組裝或阻焊部件，主要包括鋼橋面體系、縱向預應力鋼管-輕質高強混凝土組合梁、方形鋼管縱梁、斜向橫梁、鏤空櫻花圖案面板、鉸支座及其連桿。該組合桁架梁可根據(jù)上部利用空間、橋面板位置和寬度，靈活設置整體橫向偏轉角度?？v向預應力鋼管-輕質高強混凝土組合梁能夠提高橫向剛度、改善承受外部橫向荷載能力、以及有效預防預應力筋的腐蝕問題。橋面板體系與斜向橫梁形成穩(wěn)定的三角形結構，與基礎相連。鏤空櫻花圖案面板參與結構的整體受力，可提高結構承載能力及增添視覺美感，可用于公園、園林、游樂場等。

一種帶偏轉機構的預應力鋼-混組合桁架梁，其特征在于：主要包括鋼橋面體系21，縱向預應力鋼管-輕質高強混凝土組合梁22、方形鋼管縱梁23、斜向橫梁24、鏤空櫻花圖案面板25、鉸支座26及其連桿27。根據(jù)上部結構使用空間需求，保證在鋼橋面板體系21處于水平位置的條件下，該桁架梁可根據(jù)橋面板寬度，靈活設置整體偏轉角度，突出空間感。正常使用狀態(tài)下縱向預應力鋼管-輕質高強混凝土組合梁22鋼管內灌注輕質高強混凝土并張拉預應力筋，以提高組合梁橫向剛度、改善承受外部橫向荷載能力、以及增強預應力筋的耐腐蝕性。

橋面板體系21與斜向橫梁24形成穩(wěn)定的三角形結構，以提高結構的整體剛度。鏤空櫻花圖案面板25參與結構的整體受力，以提高結構的承載能力，同時增添視覺美感。連桿27與鉸支座26參與結構的整體受力和保證結構的整體穩(wěn)定性。