專利名稱：裝配結構的抗拉抗壓構件及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種裝配結構的抗拉抗壓構件及其制作方法，特別是涉及一種 應用于橋梁裝配的抗拉抗壓構件及其制作方法。
背景技術：
人類使用多種類型的橋梁來跨越小溪、河流、峽谷等等，己經有數(shù)百年歷 史。目前，主要被投入使用的橋梁有三種基本類型——梁橋、懸索橋和拱橋。 梁橋被認為是梁式橋并簡支在一系列支座上。懸索橋中使用的纜索處于拉伸狀 態(tài)，且在它們的尾端的橋墩或支座上施加了拉力。拱式受壓構件應用于拱橋， 且外推尾端的橋墩。拱橋設計類似其它的設計，但是抗壓構件和抗拉構件是同 時存在于結構中的。此外，這三種基本類型的橋，經過改變或綜合之后，能形 成不同的建筑設計。其中的一個變體是斜拉橋。目前，這種橋在日本和歐洲很 流行。斜拉橋的大梁延伸于豎立的混凝土塔之間。此塔從通行的橋面板垂直向 上架立，且用于支撐一批間隔開的纜索。纜索的一端固定在塔上，相反的一端 固定在橋面板上，從而給橋面板施加了一定支撐力。目前應用在斜拉橋中的纜索是由鋼股線組成的，其上覆蓋薄的保護涂料， 且纜索上被施加了已知的預應力。據(jù)報道，目前使用的纜索容易疲勞破壞，這 是由于風和交通荷載引起的振動而導致。另外，處于重力荷載下的纜索易下垂。此外，在裝配結構中，特別是橋梁，建筑材料大部分是在鋼材和混凝土之 間選擇?；炷潦堑湫偷淖畋阋说挠行Р牧希揖哂泻芎玫目箟簭姸刃阅?。另 一方面，鋼材相對混凝土更加昂貴，但具有較強的抗拉強度。由于這些特性， 混凝土是典型的抗壓構件，而鋼材是典型的抗拉構件。混凝土的缺點是它的抗拉強度較低，而這說明了配筋構件給混凝土提供補充的必要性，特別是鋼制構件。因此，自從19世紀末以來，配筋混凝土就開始應用于橋梁中了。另一種給混凝土配筋的方法是在混凝土澆注之前拉伸配筋構件，為的是提 高混凝土的抗拉強度。拉伸力和配筋構件具有一定相關性，且混凝土構件具有 對應于平衡拉力的預壓應力。配筋混凝土構件具有增強的抵抗拉力的能力，直 到施加的外力超過了預應力的數(shù)值。因此，應用預應力配筋構件可以增強混凝 土的抗拉強度。不管怎樣，在如橋梁一樣的裝配結構中，仍然有必要在考慮經 濟因素同時，進一步增強混凝土構件抗拉強度。雖然，現(xiàn)有混凝土構件具有較好的抗壓強度，但是，對于許多建筑物，特 別是橋梁而言，尋找比單獨使用混凝土具有更好的抗壓強度性能的抗壓構件仍 然是有必要的。發(fā)明內容本發(fā)明的第一目的是提供一種抗拉強度更高，在承受風荷載和振動時不易 疲勞破壞，也不易下垂的用于橋梁裝配結構的抗拉構件及其制作方法。本發(fā)明的第二個目的是提供一種抗壓強度更高的抗壓構件。本發(fā)明的第一個目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的其包括細長的空心圓柱 形管件，所述細長空心圓柱形管件中，軸向設有從管件的一端延伸到另一端的 加強筋，且在加強筋上施加預應力；管件內腔中灌注有將所述加強筋緊緊包裹的 混凝土。由于此構件中的混凝土外包管件，有利于維持施加在加強筋上的拉伸 力。當加強筋的拉伸力被釋放出來，拉伸構件將會處于受壓狀態(tài)?；炷猎诠芗惹恢杏不?，可以確保它和管壁、加強筋有好的粘結力。這 樣，可以維持施加在加強筋上面的拉應力。管壁的作用是保護混凝土和限制混凝土橫向膨脹變形。所述管件中的混凝土不宜延伸出管外。所述管件優(yōu)選鋼管，也可以是其它金屬管或非金屬管，例如纖維增強塑料(FRP)管；所述FRP使用的纖維可以是碳纖維、芳族聚酸胺纖維或玻璃纖維。 所述加強筋可以是鋼筋，也可以是用其它金屬材料或復合材料例如纖維增 強塑料制成的筋。本發(fā)明的第二個目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的其包括細長的拱形空心 圓柱形管件，管件內腔中灌注有混凝土。本發(fā)明之混凝土被鋼材外包或是被其它可應用于橋梁建筑工業(yè)的材料外 包。主要是利用了高強預應力加強筋和具有較高抗拉強度的管體。本發(fā)明之裝配結構的抗拉構件制作方法，包括以下步驟(1) 提供一個空心的預先成型的和預定長度的細長管件，所述管件構成抗拉 抗壓構件最外面的部分；(2) 將加強筋軸向布置于所述細長管件中，所述加強筋具有可施加反作用力 的終端，目的是使加強筋軸向延伸于所述細長管件中；(3) 施加拉力在所述加強筋的末端；(4) 將混凝土灌注于管件中，直到它將其中的加強筋全部緊緊包覆；(5) 保證混凝土在管件中硬化，確保它和管件內壁和加強筋有良好的粘結力；(6) 在加強筋的末端釋放張拉力，以在混凝土的作用下維持加強筋的拉力； 當拉力被釋放后，切除加強筋的末端。本發(fā)明之抗拉和抗壓構件抗拉抗壓強度高，在承受風荷載和振動時不易疲 勞破壞，也不易下垂，特別適用于橋梁裝配，更可以取代目前斜拉橋中的纜索， 延長斜拉橋的使用壽命。


圖1是應用了本發(fā)明抗拉和抗壓構件的拱橋的主視圖；圖2是圖1的2-2線橫斷面圖；圖3是圖1中圓3圈住部分的放大圖；圖4是圖3的4-4橫斷面放大圖；圖5是未灌入混凝土的管件的主視圖(其中局部為縱向剖視)；圖6是類似于圖5的抗拉構件示意圖，展現(xiàn)了一根穿過構件管件的纜索和纜 索的拉力施加方法；圖7是圖6的7-7橫斷面圖；圖8是類似于圖6的示意圖(但混凝土加入到了管件內腔)； 圖9是類似于圖8的示意圖(但混凝土充滿了管件內腔)； 圖10是圖9的10-IO橫斷面圖；圖11是另一種可供抗拉構件使用的結構形態(tài)橫斷面圖； 圖12是應用了本發(fā)明抗拉構件的斜拉橋的局部主視圖； 圖13是圖1中圓13圈住部分的局部放大圖； 圖14是圖1中圓14圈住部分的局部放大圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。參照圖1，組成拱橋10的抗拉和抗壓構件應用了本發(fā)明的基本原理。組成 橋10的有一對拱式抗壓構件12,和一對細長的隔開的平行抗拉構件14?？箟?構件12和抗拉構件14是由較短的構件串接起來的連續(xù)體?？箟簶嫾?2和抗拉 構件14的尾部錨固于橋墩16。由圖1和圖3可見，抗壓構件12與抗拉構件14是通過聯(lián)接裝置18連接起 來的。聯(lián)接裝置18具有一對聯(lián)結件20，其中一個固定于抗拉構件14，另一個固定于抗壓構件12。更具體地說，每個聯(lián)結件20具有一對拱式托架22，所述 托架22通過鉸鏈26聯(lián)結在一起。此外，拱式托架22的螺紋狀內表面28，可與 抗壓構件12和抗拉構件14的螺紋狀外表面30結合。拱式托架22與抗壓構件 12和抗拉構件14外表面處于鄰接關系。如圖4所示，側翼24與加固板32協(xié)調 連接起來。加固板32的下端具有可穿透的孔，對應于側翼24可穿透孔34。拱 式托架22通過保護螺栓，和可以穿透的孔34，以及加固板32的下端的可穿透 的孔，與抗壓構件12和抗拉構件14相連接。在螺栓36的固定下，拱式托架22 不會脫開。由于螺紋內表面28和螺紋外表面30相連接，拱式托架22沿著抗壓 構件12和抗拉構件14方向不會發(fā)生軸向位移。加固板32具有一對可穿透的孔，聯(lián)接頭38延伸穿入這對孔與加固板32連 接。更具體的說，聯(lián)接頭38具有一對細長的分離開的臂部40。臂部40的可穿 透孔42與加固板32的上端孔是搭配對應關系，而連接器44是穿透這兩孔而連 接聯(lián)接頭38和加固板32。連接器44可以是插銷，或其它連接方式，如鉚釘。 連接頭38是固定在纜索46上的，纜索46是典型的多股纜索，且覆蓋了一層保 護材料，如環(huán)氧樹脂。拱式托架22、加固板32和聯(lián)結頭38用于抗壓構件12和抗拉構件14的連 接。同樣有效的方式，C型夾具48位于側翼24的可穿透孔中。夾具48的凹槽 50的形狀，與纜索的形狀相應。夾具48是剛性的，用于夾住與抗壓構件12和 抗拉構件14的螺紋外表面30相鄰的拱式托架22。在使用中，纜索46穿過可穿 透孔34，擱在凹槽50上。連接裝置18就是這樣連接抗壓構件12和抗拉構件 14的。如圖2所示，平行隔離開的橫向構件52鋪展于抗拉構件14之間。橫向構件 52和抗壓構件12在橫截面中形成三角形，抗壓構件12在拱的頂端連接在一起。橫向構件52沿著抗拉構件14布置在每個連接裝置18的附近，抗拉構件14的 連接機構是公知技術。連結橫向構件52的是橋面板54，作為拱橋10供車輛和 行人可通行的是表面56。從橋面板54兩邊向上架立的是護欄58。護欄58可延 伸超出由抗壓構件12構成的拱的范圍，正如圖1所示。過渡坡道60是作為最 初通行面62到橋面板的通行面56的過渡段。在實踐中，抗拉構件14和抗壓構件12組裝長度比使用的總長度要小。 如圖5所示，管件64是形成抗壓構件12和抗拉構件14的組成部分。如圖 5和圖10所示，管件64是空心圓柱形管，具有外壁66。然而，管件64的其它 構造也是協(xié)調搭配的。作為管件64的材料更適宜為鋼材或纖維增強塑料(FRP)。 顯而易見，外壁66不必要有充足的厚度，實際上取決于使用，三毫米是可行的。 在形成抗拉構件14時，加強筋68布置于管件64的內部。更可取地，如圖7所 示，加強筋68處于管件64內部空間的中心位置。加強筋68可以是高強鋼加強 筋或FRP，而FRP使用的纖維可以是碳纖維、芳族聚酸胺纖維或玻璃纖維。連接 加強筋68的兩個端部70的是一對緊握夾具72。其中， 一個夾具是固定不動的， 而另一個夾具連接張力裝置，如圖7的箭頭所示。另一可行方式，是兩個緊握 夾具72可以連接張力裝置，從而使張力分配到加強筋68上。當通過緊握夾具 72和張力裝置施加拉力于加強筋68上時，混凝土74灌入管件64的內部，且包 圍加強筋68,直到混凝土 74距離管件64的尾端76為一預定長度。為確?；炷?土74不會超出預定長度， 一對尾蓋安裝在尾端76,直到混凝土74養(yǎng)護至固化。 在管件64中，灌入的混凝土 74包圍加強筋68(參見圖10),維持張拉力在加強 筋68上，直到混凝土固化。加強筋68在混凝土74的影響下，軸向移動會受到 約束。因此，通過加強筋68張力的釋放，抗拉構件14中施加了預壓應力。這 樣，抗拉構件14集中了這些優(yōu)點，分別是預應力混凝土增強的抗拉強度和管件64限制混凝土74橫向膨脹引起的增強的抗拉強度。因此，加強筋68是很重要 的；如圖9所示，它并不從管件64的尾端76突出。加強筋68的種類和大小、管件64的材質及管壁厚度和混凝土 74的種類都 是可以調整的，主要取決于抗拉構件應用目標和所需承受荷載的特征。這一點， 根據(jù)公知技術常識，就可以理解。此外，加強筋68的數(shù)量和類型也是可以調整 的。如圖11，本實施例是使用13根加強筋68,布置在管件64中。加強筋68 的數(shù)量，主要取決于抗拉構件的應用目標和所需承受荷載的特征。應用于拱橋10的抗壓構件12，類似于抗拉構件14的構成方式。然而，在 抗壓構件12中，管件64中沒有具有張力的加強筋68。只是簡單地將混凝土74 灌入管件64的內腔?？箟簶嫾?2具有的優(yōu)點是，在管壁的約束下，混凝土具 有更強的抗壓強度。管件64可以限制混凝土74的橫向膨脹。管件64本身不會 攜帶任何軸向力。由于混凝土的橫向膨脹，在管的圓周方向有環(huán)向應力，致使 混凝土的橫向膨脹能被有效的約束。如圖1、圖13和圖14所示，抗壓構件12和抗拉構件14是由許多較短的短 構件連成一串的。圖13闡明了抗壓構件12串連起來的方式。如圖13所示，混 凝土74沒有完全延伸到管件64的尾端，而終止于尾端76之前。每個抗拉構件 12的尾端放置了一個鋼性插入物78。如圖13所示，鋼性插入物78連接一個個 抗壓構件12到另一個?？箟簶嫾?2的尾端76之間存在一定距離。因此，管件 64并不攜帶任何軸向力。剛性插入物78也可以替換為一種高強硅酸鹽材料。剛 性插入物78的作用是從一個抗壓構件12傳遞壓力到另一個構件。如圖1和圖14所示，抗拉構件14是由短構件連接成串。由圖14可見，為 將兩個抗拉構件14連接在一起，混凝土 74并沒有觸及管件64的尾端76。連接 件80附屬在加強筋68的尾端82。連接件80的作用是連接螺紋桿84和尾端82。一種螺紋桿84是逆時針螺紋，而反向的螺紋桿84是順時針螺紋。反向的螺紋 桿84和拉線螺絲86連接在一起。拉線螺絲86可以施加拉力于加強筋68。當拉 線螺絲86安裝之后，預定數(shù)量的拉力施加在加強筋68上，水泥漿88澆注在連 接件80、螺紋桿84和拉線螺絲86的周圍，裝配成一整體。因此，抗壓構件12 和抗拉構件14都是連接成一串的。這樣，抗壓構件12和抗拉構件14可以用于裝配結構，如拱橋，且根據(jù)承 受的荷載特征，可以更經濟地應用抗壓構件和抗拉構件于此種結構。除拱橋之 外，抗拉構件14也可應用于其它橋梁和建筑結構。在斜拉橋90中，抗拉構件 14的一種特殊的用途就是替代傳統(tǒng)的斜拉索，如圖12所示。在這項應用中，抗 拉構件14的作用是拉住橋面板。在這里，抗拉構件14的一個端部固定橋面板 54，相反的一端連接在眾多豎立的混凝土塔92之一。其中，圖11的抗拉構件 14具有多股加強筋68，其應用更加廣泛。當抗拉構件14替代傳統(tǒng)的斜拉索應 用于斜拉橋時，由于加強筋68有混凝土保護，這會減少加強筋由于振動引起的 疲勞。此外，抗拉構件14不易應力松弛，而應力松弛這種現(xiàn)象在目前的斜拉索 中卻是很常見的。
權利要求
1、一種裝配結構的抗拉構件，其特征在于，包括細長的空心圓柱形管件，所述細長空心圓柱形管件內腔中，軸向設有從管件的一端延伸到另一端的預應力加強筋，管件內腔中灌注有將所述加強筋緊緊包裹的混凝土。
2、 如權利要求1所述裝配結構的抗拉構件，其特征在于，所述細長空心 圓柱形管件為鋼管。
3、 如權利要求1所述裝配結構的抗拉構件，其特征在于，所述細長空心圓 柱形管件為纖維增強塑料管。
4、 如權利要求1-3之一所述裝配結構的抗拉構件，其特征在于，所述加強 筋為鋼筋。
5、 如權利要求1-3之一所述裝配結構的抗拉構件，其特征在于，所述加強 筋為用復合材料制成的筋。
6、 如權利要求5所述裝配結構的抗拉構件，其特征在于，所述用復合材料制成的筋為纖維增強塑料筋。
7、 一種裝配結構的抗壓構件，其特征在于，包括細長的空心圓柱形管件， 所述細長空心圓柱形管件內腔中，灌注有混凝土。
8、 如權利要求7所述裝配結構的抗壓構件，其特征在于，所述細長空心圓 柱形管件為鋼管。
9、 如權利要求7所述裝配結構的抗壓構件，其特征在于，所述細長空心圓柱形管件為纖維增強塑料管。
10、 如權利要求1-6之一所述裝配結構的抗拉構件的制作方法，其特征在 于，包括以下步驟(1) 提供一個空心的預先成型的和預定長度的細長管件，所述管件構成抗拉抗壓構件最外面的部分；(2) 將加強筋軸向布置于所述細長管件中，所述加強筋具有可施加反作用力 的終端，目的是使加強筋軸向延伸于所述細長管件中；(3) 施加拉力在所述加強筋的末端；(4) 將混凝土灌注于管件中，直到它將其中的加強筋全部緊緊包覆；(5) 保證混凝土在管件中硬化，確保它和管件內壁和加強筋有良好的粘結力；(6) 在加強筋的末端釋放張拉力，以在混凝土的作用下維持加強筋的拉力； 當拉力被釋放后，切除加強筋的末端。
全文摘要
裝配結構的抗拉抗壓構件及其制作方法，其抗拉構件包括細長的空心圓柱形管件，所述細長空心圓柱形管件內腔中，軸向設有從管件的一端延伸到另一端的加強筋，且在加強筋上施加預應力；管件內腔中灌注有將所述加強筋緊緊包裹的混凝土；其抗壓構件包括細長的拱形空心圓柱形管件，管內腔中灌注有混凝土。本發(fā)明還包括抗拉抗壓構件的制作方法。本發(fā)明之抗拉和抗壓構件抗拉抗壓強度高，在承受風荷載和振動時不易疲勞破壞，也不易下垂，特別適用于橋梁裝配，更可以取代目前斜拉橋中的纜索，延長斜拉橋的使用壽命。
文檔編號E01D19/00GK101215820SQ20081003047
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權日2008年1月15日
發(fā)明者段永弼, 馬厄·K·泰卓斯 申請人:湖南大學