钢构坝空间桁架结构单元体及拱式钢构坝制造技术

本发明专利技术涉及一种钢构坝空间桁架结构单元体及拱式钢构坝，单元体为六面空间桁架结构体，其前、后端面为“田”字形结构，其他侧面“日”字形结构；前端面中心节点Ｏ与其他节点之间设有连杆，前端面的四个中间节点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ分别与后端面四个顶点之间设有支撑连杆，后端面中心节点Ｏ’与后端面四个顶点之间设有支撑连杆。钢构坝为所述空间桁架结构单元体组合而成的具有曲面迎水面的空间桁架结构，并在曲面迎水面上固定有挡水板，钢构坝的坝底与钢筋混凝土承台固定、两侧分别与两岸钢筋混凝土结构筑成的台阶式承台固定。本发明专利技术的钢构坝主要依靠两岸拱端的反力作用维持稳定，超载能力强，安全度高，节省工程投资。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利水电工程的坝结构改进技术，特别涉及一种钢构坝空间桁架结构 单元体及拱式钢构坝。
技术介绍
目前，水利水电工程中的挡水建筑物主要重力坝、土石坝和拱坝三大坝型。这三种 坝型的水利工程都具有投资大，施工周期长，施工难度大，对环境影响比较大的特点。针对 不同的建筑物型式，下面具体分析一下存在的不足。 重力坝的工作特点是依靠坝体自重产生的抗滑力来满足坝体稳定要求，依靠坝体 自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力。这就决定了重力坝要有足够大的坝 体断面尺寸，导致筑坝材料(砂石料、水泥、钢筋)用量大，由于坝体积庞大，使得筑坝材料 混凝土的强度不能充分发挥，使得建成后的坝体应力较低。而且，由于坝体断面大，坝体与 地基接触面积大，导致坝底扬压力大，对坝体自身的稳定又相当不利；同时，为避免坝体产 生不均勻沉降，必需对坝基进行固结灌浆处理，导致地基处理费用高。土石坝是土石材料构成的坝，可以利用当地材料筑坝。同样，土石坝也要有足够的 坝体断面才能维持稳定。而土石坝的安全是取决于坝体的边坡和坝基的稳定。因此，在结构 设计时，要充分考虑设置良好的防渗和排水设施以控制渗流；保证坝体、坝基的稳定。但是， 由于土石坝的坝身不宜过流，在枢纽布置时，需要设置专门的泄洪设施，才能保证工程的安 全运行，增加了工程投资；同时，也增加了施工期导流、度汛的难度和投资。而重力坝、土石坝的施工是在河流上进行的，受水文、气象、地形、地质等因素影响 很大，施工时必须要进行施工导流，才能保证工程施工的顺利进行；而且在冬季、夏季或冰 冻、降雪、雨天施工时，必须采取相应的措施，避免气候影响，保证施工质量和施工进度。如， 混凝土在冬季、夏季施工时均要采取相应的温控措施，避免坝体出现危害性裂缝，增加了施 工的难度和投资。土石料的施工冬季、雨季施工也要采取相应的防冻、雨季施工的工程措 施，保证坝体填筑施工质量。另外，水工建筑物的修建往往是位于交通不便的山区，施工的准备工作量相当大， 不仅要修建场内外交通道路(铁路、公路、水路)，布置为施工服务的辅助企业(如混凝土骨 料开采加工系统、土石料场和土石料加工系统、混凝土拌和及制冷系统、机械修配系统、汽 车修配厂、钢筋加工厂、预制构件厂、风、水、电、通信、照明系统等)，而且要修建办公和生活 用房。这些设施的修建，将增大工程的投资。
技术实现思路
为了克服重力坝、土石坝的断面尺寸大，材料强度不能充分发挥，施工周期长，施 工难度大，投资大，材料用量大，对环境影响大的缺点，本专利技术提供一种钢构坝空间桁架结 构单元体及拱式钢构坝。技术方案一种钢构坝空间桁架结构单元体，其特征是包括近似直平行六面体或近似梯形 六面体的空间桁架结构体，所述的空间桁架结构体的前、后端面为近似“田”字形桁架结构， 左侧面、右侧面、上表面、下表面为近似“日”字形桁架结构；前端面中心节点0(主节点，即 前端面中的竖向和水平向连杆的交接点)与该空间桁架结构体的所有其他节点之间设有 支撑连杆，前端面的四个中间节点A、B、C、D分别与其对应的后端面四个顶点之间分别设有 支撑连杆，后端面中心节点0’(即后端面中的竖向和水平向连杆的交接点)与后端面四个 顶点之间设有支撑连杆，在空间桁架结构体的上、下表面或左、右侧面各节点设有连接固定 结构，该空间桁架结构单元体左侧面、右侧面、上表面、下表面的各连杆分别为其相邻空间 桁架结构单元体的公共支撑连杆，边界上单元体的边界连接面的各连杆为该单元自身支撑 连杆。上述的近似梯形六面体，其纵截面例如可以为直角梯形或等腰梯形。任一水平或斜向梁连杆与竖向或近似竖向的柱连杆之间的节点连接固定结构采 用球节点连接结构，或者采用连接耳固定连接；所述连接耳为对称的板式连接耳，两对称连 接耳一端分别固定在其对应的竖向或近似竖向柱连杆(即竖向连杆)侧面的两侧边上，两 对称连接耳另一端与水平或斜向梁连杆(水平连杆)的端面对接，并在两对称连接耳与水 平或倾斜两连杆侧壁之间固定有连接片。上述竖向的柱连杆表示竖直方向立柱连杆，近似竖向柱连杆表示略微倾斜的竖向 柱连杆，略微倾斜的竖向柱连杆可以满足上下单元体在组合后其前端面或后端面为的竖向 柱连杆之间存在折线结构，从下层单元体到上层单元体之间的渐变角度并不太大。而上述 的斜向连杆则表示不在同一高度的两连杆之间通过连接耳进行连接的连杆。另外还可以在两平行连接耳之间固定支撑板。至少一个支撑板垂直固定在两平行 连接耳之间。支撑板一端连接柱连杆，另一端连接梁连杆支撑板分别与两连接耳垂直固定。 采用铰接耳的方式可以在一个节点同时无干扰地连接多个连杆。所述似直平行六面体的空间桁架结构的前端面后后端面为平行结构，近似梯形六 面体的空间桁架结构的前端面和后端面为非平行结构。钢构坝空间桁架结构单元体的各连杆可以采用方钢或工字钢及其他型钢甚至圆 形型钢固定连接。例如桁架单元框架的竖向柱连杆和水平梁连杆采用方钢连接，斜向连杆 采用工字钢连接。其中特定型号的方钢或工字钢等型材可以事先在加工厂制作，也可以在 现场焊接。该空间桁架结构单元体不应看做为独立的单个单元体，而是在左、右、上、下方向 上分别固定连接相同的单元体的组合体中一个普通代表单元体，即空间桁架结构单元体的 左侧面、右侧面、上表面、下表面的各连杆分别为其相邻空间桁架结构单元体的公共支撑连 杆。从而各个节点可以存在不同类型连接关系的四类连接点，即空间桁架结构单元体的前 端面中心0节点和后端面四个顶点的节点结构相同；前端面四个顶点和后端面中心0’的节 点结构相同；前端面上下水平梁连杆的中点A、c和后端面左右柱连杆的中点B’、D’的节点 结构相同；前端面左右柱连杆的中点A’、C’和后端面上下水平梁的中点B、D的节点结构相 同。各个节点通过连接耳的具体连接结构关系如下前端面的中心点0是前端面中心柱连杆C5、C8焊接点附近位置，由于0点连接的 节点较多，在该中心柱连杆C5的后侧面、左侧面、右侧面上固定一个加宽的六棱柱固定支撑体，该六棱柱支撑体的前侧面与中心柱连杆C5的前侧面重合，该六棱柱的剩余五个侧面即左侧面、左后侧面、后侧面、右后侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，每对连接耳分别 固定连接有斜上、水平、斜下连杆。具体地，六棱柱左、后、右侧面的连接耳分别通过水平梁 连杆与B、O’、D各节点固定连接，即MHB1、MVB2、MHB2连杆；六棱柱左、后、右侧面的连接耳 分别通过斜上连杆与E、A’、H各节点固定连接，即UFX1、MB1、UFX2连杆；六棱柱左、后、右侧 面的连接耳分别通过斜下连杆与F、C’、G各节点固定连接，即UFX3、MB2、UFX4连杆；六棱柱 左后、右后侧面的连接耳分别通过水平梁连杆与B’、D’各节点固定连接，即MX1、MX2 ；六棱 柱左后、右后侧面的连接耳分别通过斜上连杆与Ε’、H’节点固定连接，即X1、X2连杆；六棱 柱左后、右后侧面的连接耳分别通过斜下连杆与F’、G’节点固定连接，即UFX3、UFX4连杆。 另外，E’、F’、G’、H’各节点具有与O节点一样的连接结构。前端面的中心点0’是后端面中心柱连杆C2的中心近似位置，中心柱连杆C2的左 侧面、后侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，其中心柱C2的左侧面和右侧面固定的平 行连接耳分别固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢构坝空间桁架结构单元体，其特征是：包括近似直平行六面体或近似梯形六面体的空间桁架结构体，所述的空间桁架结构体的前、后端面为近似“田”字形桁架结构，左侧面、右侧面、上表面、下表面为近似“日”字形桁架结构；前端面中心节点Ｏ与该空间桁架结构体的所有其他节点之间设有支撑连杆，前端面的四个中间节点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ分别与其对应的后端面四个顶点之间分别设有支撑连杆，后端面中心节点Ｏ’与后端面四个顶点之间设有支撑连杆，在空间桁架结构体的上、下表面或左、右侧面各节点设有连接固定结构，该空间桁架结构单元体左侧面、右侧面、上表面、下表面的各连杆分别为其相邻空间桁架结构单元体的公共支撑连杆，边界上单元体的边界连接面的各连杆为该单元自身支撑连杆。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏群，张国新，刘尚蔚，魏鲁双，杨小荟，
申请(专利权)人：河南奥斯派克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]