一种适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁及其施工方法与流程

本发明属于城市轨道交通桥梁技术领域，具体涉及一种适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁及其施工方法。

背景技术：

作为轨道交通的一种新型技术，悬挂式单轨的轨道梁不仅是承重构件，还兼有走行和导向轨道的作用。由于轨道梁钢薄壁截面底部开口，其抗扭刚度较小，因此列车运行的安全性、舒适性难以保证；另外，车辆系统对列车荷载作用下的轨道梁变形有严格要求，受轨道梁截面刚度限制，轨道梁适用的跨度范围也严重受限，在桥梁需要跨越一些较大的路口等控制性节点处，必须寻求新的结构形式以适应桥跨结构大跨度的需求。

根据目前对国内外悬挂式轨道交通的调研，各国均以常规跨度、常规桥跨形式为主，鲜少30m以上的跨度出现。如何在满足轨道梁的刚度、变形以及保证行车安全舒适的前提下，尽可能地提高桥梁结构的跨越能力，同时兼顾景观，已经成为悬挂式轨道交通亟需考虑解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有悬挂式轨道交通桥梁结构形式单一，跨越能力受限等问题。

为此，本发明提供了一种适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁，包括空间曲面网架和轨道梁，所述轨道梁贯穿设置于空间曲面网架内，且所述空间曲面网架内部设有轨道梁悬挂组件，所述轨道梁顶部通过该轨道梁悬挂组件与空间曲面网架连接，所述轨道梁两端下方设有引桥桥墩，所述空间曲面网架上位于梁端支墩位置设有门架拱圈，所述门架拱圈通过墩身立柱与引桥桥墩连接。

进一步的，所述空间曲面网架为由若干个网架螺旋杆构成近似椭圆的网格结构，且网架螺旋杆在网格节点处焊接。

进一步的，所述门架拱圈与空间曲面网架的轴线垂直布置。

进一步的，所述门架拱圈由多道沿空间曲面网架轴向等间距分布的环状骨架构成，且环状骨架与空间曲面网架交汇于网格节点处。

进一步的，所述轨道梁悬挂组件包括上弦杆，以及位于轨道梁顶部且沿轨道梁轴向等间距布置的多个刚性吊点耳板；所述上弦杆连接于空间曲面网架内表面，且上弦杆与轨道梁轴线平行布置，所述上弦杆与刚性吊点耳板栓接。

进一步的，所述轨道梁为曲线轨道梁时，位于其曲线段，所述上弦杆上设置横梁，曲线轨道梁通过该横梁与上弦杆连接。

进一步的，所述空间曲面网架靠近其下缘设有下弦杆。

进一步的，所述轨道梁为下缘开口的薄壁截面结构。

另外，本发明还提供了上述适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁的施工方法，包括如下步骤：

1)现场施工基础及引桥桥墩；

2)工厂预制轨道梁、空间曲面网架、轨道梁悬挂组件和门架拱圈；其中，空间曲面网架由网架螺旋杆全焊成整体，轨道梁悬挂组件包括上弦杆和刚性吊点耳板，上弦杆全焊于空间曲面网架上，刚性吊点耳板焊接于轨道梁顶部且沿轨道梁轴向等间距布置，门架拱圈焊接于空间曲面网架两端；

3)安装支座，将组装焊接完成后的轨道梁和空间曲面网架运至施工现场，吊装拼接，将空间曲面网架上的上弦杆与轨道梁上的刚性吊点耳板栓接，并将空间曲面网架上的门架拱圈通过墩身立柱与引桥桥墩连接后即完成架设。

进一步的，轨道梁为曲线轨道梁，在施工现场吊装拼接时，对于轨道梁的曲线段通过调节轨道梁与上弦杆固定点的横向位置来适应曲线；而对于大曲线半径，在上弦杆上设横梁，轨道梁的曲线段通过横梁与上弦杆连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁通过空间曲面网架加强后，悬挂式单轨的跨越能力显著提高，可以满足桥梁需要跨越一些较大的路口等控制性节点处对桥跨结构大跨度的需求，且外形美观，更能适应城市景观的需求。

(2)本发明提供的这种适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁将原本分离的轨道梁通过刚性吊点与空间曲面网架连为整体，通过环状骨架形成的门架拱圈，将荷载直接传递给墩身立柱及下部结构，受力更为明确，同时刚性吊点的存在使轨道梁被划分成为数个等间距分布的小跨度，从而解决了因悬挂式单轨截面较小而引起的抗扭刚度受限等问题，大大提高了乘车的整体舒适度，也放宽了传统桥跨结构对轨道梁尺寸及构造的要求，使轨道梁形式有更多变化的可能。

(3)本发明提供的这种适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁中空间曲面网架结构外形看似复杂，实际每节间均可简化为几大类标准化构件，便于统一加工制造，且各杆件采用焊接的连接方式，弱化螺栓连接，有效避免了行车过程中螺栓脱落对行车安全造成风险。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁的三维示意图；

图2是本发明适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁的立面示意图；

图3是本发明适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁的平面示意图；

图4是本发明适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁的正面示意图。

附图标记说明：1、轨道梁；2、空间曲面网架；3、上弦杆；4、下弦杆；5、墩身立柱；6、引桥桥墩；7、刚性吊点耳板；8、网架螺旋杆；9、环状骨架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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装置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，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁，包括空间曲面网架2和轨道梁1，所述轨道梁1贯穿设置于空间曲面网架2内，且所述空间曲面网架2内部设有轨道梁悬挂组件，所述轨道梁1顶部通过该轨道梁悬挂组件与空间曲面网架2连接，所述轨道梁1两端下方设有引桥桥墩6，所述空间曲面网架2上位于梁端支墩位置设有门架拱圈，所述门架拱圈通过墩身立柱5与引桥桥墩6连接。在本实施例中，将原本分离的轨道梁1通过轨道梁悬挂组件与空间曲面网架2连为整体，通过空间曲面网架2加强后，使得悬挂式单轨的跨越能力显著提高，从而可以满足桥梁需要跨越一些较大的路口等控制性节点处对桥跨结构大跨度的需求；而对于其受力，通过轨道梁悬挂组件的设置，将轨道梁1承受的荷载通过轨道梁悬挂组件传递至空间曲面网架2，再经由门架拱圈传力至墩身立柱5及引桥桥墩6，受力更为明确。

细化空间曲面网架2的结构，如图2、图3和图4所示，所述空间曲面网架2为由若干个网架螺旋杆8构成近似椭圆的网格结构，且网架螺旋杆8在网格节点处焊接；本实施例中采用该空间曲面网架2替换常规钢桁梁的腹杆、上平联及下平联，外形结构更加简洁，充分利用网架结构的强度，使其参与整体受力，该空间曲面网架2的结构虽看似钢构件多且复杂，但实际每个节间均可简化为几大类标准化构件，便于统一加工制造，且网架螺旋杆8之间采用焊接的连接方式，弱化了螺栓连接，有效避免了行车过程中螺栓脱落对行车安全造成风险。

具体的，所述轨道梁悬挂组件包括上弦杆3，以及位于轨道梁1顶部且沿轨道梁1轴向等间距布置的多个刚性吊点耳板7；所述上弦杆3连接于空间曲面网架2内表面，且上弦杆3与轨道梁1轴线平行布置，所述上弦杆3与刚性吊点耳板7栓接。本实施例中，在空间曲面网架2顶部将轨道梁1与上弦杆3固定，上弦杆3既提供轮轨走行功能，又作为组合式上弦杆参与钢桁梁整体受力，减小空间曲面网架2的结构变形；同时轨道梁1由上部等间距分布的数个刚性吊点耳板7悬挂，与常规跨度桥梁结构相比，相当于被划分成很多跨跨度很小的轨道梁，从而解决了因悬挂式单轨截面较小而引起的抗扭刚度受限等问题，大大提高了乘车的整体舒适度，也放宽了传统桥跨结构对轨道梁1尺寸及构造的要求，使轨道梁1形式有更多变化的可能，由此，轨道梁1可采用下缘开口的薄壁截面结构。

优化的，在所述空间曲面网架2靠近其下缘设置下弦杆4，有助于减小空间曲面网架2的结构变形，以便进一步实现更大跨度。

细化门架拱圈的结构，如图2和图3所示，所述门架拱圈由多道沿空间曲面网架2轴向等间距分布的环状骨架9构成，所述环状骨架9与空间曲面网架2的轴线垂直布置，且环状骨架9与空间曲面网架2交汇于网格节点处，通过环状骨架9的设置改善梁端集中受力状态，同时也可作为边跨梁的支撑点。

另外，该适用于悬挂式单轨的空间网架钢桁梁的实现依赖于构件的工厂标准化生产，在实施前对构成该空间网架钢桁梁的钢构件进行分类，在工厂统一加工制造，其具体施工过程如下：

(1)现场施工基础及引桥桥墩6，此施工过程为现有技术，此处不再赘述。

(2)工厂预制轨道梁1、空间曲面网架2、轨道梁悬挂组件和门架拱圈。其中，空间曲面网架2由网架螺旋杆8全焊成整体；轨道梁悬挂组件包括上弦杆3和刚性吊点耳板7，上弦杆3全焊于空间曲面网架2上，刚性吊点耳板7焊接于轨道梁1顶部且沿轨道梁1轴向等间距布置；门架拱圈焊接于空间曲面网架2两端，门架拱圈有多道环状骨架9构成。当然，轨道梁1和空间曲面网架2的组装焊接可根据现场吊装能力，分段运输，现场施焊。

(3)安装支座，将组装焊接完成后的轨道梁1和空间曲面网架2运至施工现场，吊装拼接，将空间曲面网架2上的上弦杆3与轨道梁1上的刚性吊点耳板7栓接，并将空间曲面网架2上的门架拱圈通过墩身立柱5与引桥桥墩6连接后即完成架设。

进一步的，对于轨道梁1为曲线轨道梁，在施工现场吊装拼接时，对于轨道梁1的曲线段通过调节轨道梁1与上弦杆3固定点的横向位置来适应曲线；而对于大曲线半径，可在上弦杆3上设横梁，轨道梁1的曲线段通过横梁与上弦杆3连接。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

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