專利名稱：大跨度后張的鋼筋混凝土桁架及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)大跨度桁架，其上緣和下緣上有混凝土包殼，混凝土包殼中加有鋼筋，在下緣和還可選擇在上緣的混凝土包殼中有后張的鋼筋。本發(fā)明還涉及一種制造上述桁架的方法，此法中，首先架設(shè)輕結(jié)構(gòu)鋼桁架，并設(shè)置臨時(shí)的鋼腳手架和撐桿，以支承模板。鋼筋和鋼筋束置于模板中，并澆灌混凝土，以包裹桁架的上、下緣。鋼筋是后張的，使之具有最大承載能力。本發(fā)明的桁架可用于在大跨度上作用有重載的情況下，如橋梁、有看臺(tái)的大型運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、會(huì)議大廳等，特別有利的是當(dāng)桁架跨越繁忙的交通干線或水路，桁架包括單跨或使用一個(gè)或多個(gè)中間支承的兩跨或兩跨以上的連續(xù)桁架。
采用的桁架在結(jié)構(gòu)上有多種型式和配置，通常有上緣和下緣，上、下緣之間用一些垂直的或斜的撐桿剛性連接，在桁架上連接在一起的端部被支承，從而在下緣中產(chǎn)生拉力，而在上緣中產(chǎn)生壓力，在另一種情況下，連續(xù)桁架除兩端外，還支承在中點(diǎn)，因此除了在下緣外，上緣亦產(chǎn)生拉力，這取決于桁架和支點(diǎn)間的關(guān)系。眾所周知，將桁架構(gòu)件包裹或包復(fù)在混凝土中，是為了增加桁架的強(qiáng)度，絕緣、耐火和達(dá)到其他的目的。以前的桁架結(jié)構(gòu)，沒有在桁架架設(shè)后再用混凝土包裹上緣和下緣這種做法，此時(shí)，桁架可被設(shè)計(jì)成是比較輕的鋼桁架，用它來支承澆灌用來包裹桁架上、下緣的混凝土的模板，在下緣和也可選上緣中設(shè)有預(yù)應(yīng)力鋼筋，這些鋼筋是后張的，使桁架具有最大承載能力。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種鋼結(jié)構(gòu)的大跨度桁架，上緣和下緣有鋼筋混凝土外包殼，下緣和也可選上緣和下緣有預(yù)應(yīng)力鋼筋，此鋼筋是后張的，使桁架有最佳承載能力。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提出一種制造大跨度桁架的方法，此法中，首先架設(shè)較輕的鋼桁架，用它來支承模板，以便能澆灌包圍桁架上、下緣的混凝土，鋼筋和加固物一起在澆灌混凝土前放置于模板中，以加強(qiáng)桁架，鋼筋混凝土中有鋼筋，采用傳統(tǒng)的后加拉力的技術(shù)，使鋼筋后張，由此顯著提高桁架的強(qiáng)度和剛度。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供達(dá)到上述目的桁架和方法，其中，當(dāng)桁架只在其兩端支承時(shí)，僅下緣有可后張的鋼筋;當(dāng)桁架是連續(xù)的并除兩端支承之外設(shè)中間支承時(shí)，下緣和上緣均有可后張的預(yù)應(yīng)力鋼筋。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種大跨度桁架和它的制造方法，其中桁架是鋼結(jié)構(gòu)，上緣和下緣用混凝土包裹，下緣和也可包括上緣中設(shè)有可后張的鋼筋，它們可被后張，使桁架有最大承載能力，此桁架尤其適用于作大跨度桁架，如用在橋梁、有看臺(tái)的大型運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、會(huì)議大廳和其他建筑物等結(jié)構(gòu)中，在這些場(chǎng)合，大跨度桁架比較有利。
這些和其他的一些目的和優(yōu)點(diǎn)可參見附圖和從下文的內(nèi)容和權(quán)利要求中，對(duì)結(jié)構(gòu)和施工所作的更為完整的說明中看出，附圖中同一種零件用相同的編號(hào)。


圖1縱剖面示意圖，表示基本的輕質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)桁架，它具有曲線狀下緣和直的上緣，兩者之間用垂直的或斜的撐桿連接;
圖2類似于圖1的視圖，表示已包裹混凝土的上緣和下緣;
圖3多個(gè)桁架的橫截面圖，表示通過腳手架裝在有關(guān)桁架上的模板，腳手架用撐桿固定在桁架上;
圖4比例放大的圖2之4－4橫剖面圖，表示有鋼筋混凝土包裹上下緣的桁架結(jié)構(gòu)，上緣混凝土中加有鋼筋，下緣有加強(qiáng)的鋼筋束，加強(qiáng)鋼筋是后張的，使桁架有最大的承載能力;
圖5類似于圖2的縱剖面圖，但表示一種結(jié)構(gòu)，其中的連續(xù)桁架至少在中心有一個(gè)支點(diǎn)，并表示由于連續(xù)桁架有一個(gè)或多個(gè)中間支承，可以在上緣中產(chǎn)生拉力，所以其中的上緣也有后張的預(yù)應(yīng)力鋼筋。
圖1表示傳統(tǒng)的桁架10，并描述了制成本發(fā)明大跨度后張的鋼筋混凝土桁架方法中的第一步。桁架10是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，它包括上緣12、下緣14，它在標(biāo)號(hào)16處與上緣12的端頭剛性連接、垂直支柱18和斜撐桿20。桁架10的構(gòu)件是比較輕的工字鋼或其它適用的形狀，構(gòu)件之間采用各種固定方法相互剛性連接，如用螺栓或焊接。桁架10的長(zhǎng)度以及具體形狀可以變化。例如，上緣12和下緣14可以是直的、彎的或斜的，這要取決于設(shè)施的要求。
圖2表示具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的桁架22，與桁架10基本相同，不同處是上緣12現(xiàn)在已被混凝土24包裹，下緣同樣也被混凝土26包裹，示意表示的承載支承28位于桁架外端。
圖3表示若干個(gè)彼此隔開平行的桁架橫截面。固定在桁架10上的腳手架30在上緣12之下與之相隔一定距離，腳手架32在下緣14下面一定距離處，腳手架用撐桿34支承，撐桿34連接在桁架10的撐桿18和20上，或用任何能有效支承腳支承30和32的適當(dāng)方式固定在桁架上。腳手架30支承著上緣12的模板36，腳手架32支承下緣14的模板38，模板36和38可示意表示為向上開口對(duì)稱的“U”形模具，模板中可澆灌混凝土24和26，使混凝土包裹上緣12和下緣14。
圖4表示完成后的桁架22，此時(shí)，上緣12已被混凝土24包裹，混凝土24中沒有鋼筋40。下緣14由加鋼筋42和鋼筋束44的混凝土26包裹，鋼筋束44在混凝土26硬化后，用傳統(tǒng)的后加拉力技術(shù)進(jìn)行后張。
圖5表示的桁架46類似于桁架22，其區(qū)別只是，在桁架46中，只有上緣48的一部分用混凝土50包裹，以及下緣52的全部用混凝土54包裹。在這一結(jié)構(gòu)中，包裹上緣48一部分的混凝土50，還在標(biāo)號(hào)56處向斜下方伸，包裹住斜撐桿58。此外，如圖5所示，設(shè)有一個(gè)中間支承62，它和端部支承62共同支撐桁架，一個(gè)或多個(gè)中間支承60可在上緣中產(chǎn)生拉力。因此，在上緣48和撐桿58的混凝土中鋼筋束被用圖4所示同樣的方式所包裹，鋼筋束貫通混凝土包殼50和56的全長(zhǎng)，此鋼筋束還延伸到外包混凝土54的末端，所以上緣和下緣外包混凝土中的鋼筋束，在桁架端頭采用一傳統(tǒng)的后張的。另一種方案是，只在上緣的一部分，而不在任何撐桿上，外包混凝土，在這種情況下，當(dāng)在大跨度桁架中采用一個(gè)或多個(gè)中間支承時(shí)，可對(duì)包裹在混凝土中沒有一直延伸到上緣端頭的鋼筋束單獨(dú)后張，以增加上緣的抗拉強(qiáng)度。
如上所述，首先架設(shè)起輕結(jié)構(gòu)的鋼桁架10，用來支承模板，模板用來盛裝和支承澆灌八模板中以包裹上緣和下緣的混凝土包殼。混凝土包殼中加鋼筋和加入后張的鋼筋束，當(dāng)鋼筋處于受力狀態(tài)時(shí)，使桁架的強(qiáng)度明顯增加，例如鋼筋的極限強(qiáng)度為270000psi，與普通的結(jié)構(gòu)鋼相比，普通結(jié)構(gòu)鋼的極限屈服強(qiáng)度在36000至50000psi范圍內(nèi)。鋼筋的后張還減小了在大跨度桁架受重載荷時(shí)產(chǎn)生的撓度。包裹下緣和上緣的混凝土，增加了構(gòu)件的結(jié)構(gòu)剛度，上緣還起桁架主要壓縮構(gòu)件的作用。這種桁架結(jié)構(gòu)在顯著降低成本的情況下，提供最大和最佳的載荷承受能力，這是由于利用了結(jié)構(gòu)重量輕的優(yōu)點(diǎn)達(dá)到的，它易于架設(shè)，從而方便地提供了一個(gè)高架的模板支架，用于澆灌上緣和下緣的鋼筋混凝土。通過使用的輕質(zhì)鋼桁架支承模板，不再需要暫時(shí)的或永久的支柱，從而免除了昂貴的技術(shù)裝備，這種設(shè)施還有阻塞交通和妨礙視線的缺點(diǎn)，這一點(diǎn)在建設(shè)橇梁、立體交叉和涉及交通的其他類似設(shè)施中尤為重要。
此外，采用鋼桁架支承模板，可使泵出的混凝土沿鋼桁架的上緣和下緣到位，從而可免除架設(shè)大重量大跨度桁架的巨大開支。雖然在下緣中或也在上緣中埋置后張的鋼筋的費(fèi)用大約是結(jié)構(gòu)鋼費(fèi)用的兩倍，但它將提供大約五倍的強(qiáng)度?；炷撂峁┝髓旒苌?、下緣所需的剛性和耐火的外殼，由于與結(jié)構(gòu)鋼相比，混凝土是一種廉價(jià)材料，故可以降低費(fèi)用。然而，混凝土靜重大，使之對(duì)于大跨度桁架難以預(yù)制和架設(shè)，例如在高架天花板、陸路交通或水路交通中的情況。
如圖4所示，桁架可用來做支架、混凝土樓蓋64和天花板結(jié)構(gòu)66、金屬的外殼等。臨時(shí)的腳手架30、34和32可留在原地作為框架，以懸掛制成的天花板結(jié)構(gòu)，并提供一個(gè)工作臺(tái)支架和操作人員的通道，以便進(jìn)行線路、管道系統(tǒng)、照明設(shè)備的安裝、維護(hù)、更換、修理等工作。如圖5所示，在端頭之間有兩跨或多跨的連續(xù)桁架，能有效地利用如圖5所示褶曲形或長(zhǎng)形承載區(qū)的混凝土包殼和后張，在長(zhǎng)形中，混凝土包殼不沿斜撐桿延伸，但上緣一部分的混凝土包殼區(qū)是用同樣方式后張的。因此，桁架上緣的混凝土包殼可從桁架的端部到端部延伸，或終止在端部以前，或向下沿?fù)螚U延伸，而后張只在上緣中需要的部位進(jìn)行。此外，鋼桁架的形狀可不同于圖中所表示的結(jié)構(gòu)形狀，而且，同樣的原理可應(yīng)用于3、4或5跨的多跨度中，這些改變?nèi)Q于所涉及設(shè)施的要求。
上面只舉例說明了本發(fā)明的原則。此外，由于技術(shù)熟練者易于想到各種修改和變化，所以本發(fā)明不限于所表示和所介紹的具體結(jié)構(gòu)，因此，可在本發(fā)明范圍內(nèi)作出各種適當(dāng)?shù)男薷暮筒捎玫刃铩?br> 權(quán)利要求
1.大跨度桁架包括細(xì)長(zhǎng)的下緣、與下緣有間距的細(xì)長(zhǎng)的上緣、多根垂直的和斜的撐桿，撐桿連接上緣和下緣以構(gòu)成剛性桁架，上、下緣和撐桿是鋼的，混凝土包殼包裹著此上緣和下緣，混凝土包殼包裹著整個(gè)上緣、下緣和含有的鋼筋，鋼筋束被包裹在圍繞下緣的混凝土包殼內(nèi)，鋼筋束被后張，以提高下緣和桁架的強(qiáng)度。
2.按照權(quán)利要求1所述之桁架，其特征為鋼筋束包括多根互相隔開的鋼筋，鋼筋埋置在混凝土包殼中，并被后張。
3.按照權(quán)利要求1所述之桁架，還包括在包裹桁架上緣的混凝土包殼中的鋼筋束，當(dāng)桁架支承在其端部和一個(gè)中間點(diǎn)時(shí)，鋼筋束被后張，以提高上緣的強(qiáng)度。
4.按照權(quán)利要求3所述之桁架，其特征為上緣混凝土包殼的延伸范圍小于上緣的全長(zhǎng)，以提高上緣中通過中間支點(diǎn)所規(guī)定的區(qū)域的強(qiáng)度。
5.按照權(quán)利要求3所述之桁架，其特征為上緣混凝土包殼的延伸范圍小于上緣的全長(zhǎng)，并沿斜撐桿延伸，與包裹下緣的包殼匯合和連接，后張的鋼筋束，沿包裹上緣的混凝土包殼和包裹斜撐桿的混凝土包殼延伸，以提高桁架強(qiáng)度。
6.制成大跨度桁架的方法包括以下步驟架設(shè)輕質(zhì)鋼桁架;將腳手架和撐桿固定在鋼桁架上;將與桁架上、下緣有關(guān)的混凝土模板裝在腳手架上;將鋼筋置于模板中;將鋼筋束置入，它們縱向地貫通桁架下緣的長(zhǎng)度;在模板中澆灌混凝土，以包裹桁架上、下緣，允許混凝土硬化，并后張鋼筋。
7.按照權(quán)利要求6所述方法的步驟還包括，在將混凝土澆灌到與上緣有關(guān)的模板中去之前，將鋼筋束放在與上緣有關(guān)的模板中，并在包裹上緣的混凝土硬化后，后張?jiān)谏暇壷械匿摻钍?br> 8.按照權(quán)利要求7所述方法的步驟還包括，拆除模板，并在進(jìn)行各種與桁架有關(guān)的工作時(shí)，利用腳手架和撐桿去支承屋頂、天花板或人員。
全文摘要
本質(zhì)上為傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的大跨度桁架，其上緣和下緣具有混凝土包殼，混凝土包殼加有鋼筋，在下緣和還可選擇在上緣的混凝土包殼中，有后張預(yù)應(yīng)力鋼筋。本發(fā)明還涉及一種制造上述桁架的方法，此法中，首先架設(shè)輕結(jié)構(gòu)鋼桁架，并設(shè)置臨時(shí)的鋼腳手架和撐桿，以支承模板。鋼筋和預(yù)應(yīng)力的鋼筋置于模板中，并澆灌混凝土，以包裹桁架的上、下緣。預(yù)應(yīng)力鋼筋是后張的，使之具有最大的承載能力。
文檔編號(hào)E04C3/02GK1100770SQ9311810
公開日1995年3月29日 申請(qǐng)日期1993年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月25日
發(fā)明者阿爾弗萊德·A·伊 申請(qǐng)人:阿爾弗萊德·A·伊