專利名稱：鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體及拱式鋼構(gòu)壩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水利水電工程的壩結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)，特別涉及一種鋼構(gòu)壩空間桁架 結(jié)構(gòu)單元體及拱式鋼構(gòu)壩。
二、背景技術(shù)目前，水利水電工程中的擋水建筑物主要重力壩、土石壩和拱壩三大壩型。這三種 壩型的水利工程都具有投資大，施工周期長，施工難度大，對環(huán)境影響比較大的特點(diǎn)。針對 不同的建筑物型式，下面具體分析一下存在的不足。重力壩的工作特點(diǎn)是依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足壩體穩(wěn)定要求，依靠壩體 自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力。這就決定了重力壩要有足夠大的壩 體斷面尺寸，導(dǎo)致筑壩材料(砂石料、水泥、鋼筋)用量大，由于壩體積龐大，使得筑壩材料 混凝土的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，使得建成后的壩體應(yīng)力較低。而且，由于壩體斷面大，壩體與 地基接觸面積大，導(dǎo)致壩底揚(yáng)壓力大，對壩體自身的穩(wěn)定又相當(dāng)不利；同時(shí)，為避免壩體產(chǎn) 生不均勻沉降，必需對壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，導(dǎo)致地基處理費(fèi)用高。土石壩是土石材料構(gòu)成的壩，可以利用當(dāng)?shù)夭牧现巍Ｍ瑯?，土石壩也要有足夠?壩體斷面才能維持穩(wěn)定。而土石壩的安全是取決于壩體的邊坡和壩基的穩(wěn)定。因此，在結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮設(shè)置良好的防滲和排水設(shè)施以控制滲流；保證壩體、壩基的穩(wěn)定。但是， 由于土石壩的壩身不宜過流，在樞紐布置時(shí)，需要設(shè)置專門的泄洪設(shè)施，才能保證工程的安 全運(yùn)行，增加了工程投資；同時(shí)，也增加了施工期導(dǎo)流、度汛的難度和投資。而重力壩、土石壩的施工是在河流上進(jìn)行的，受水文、氣象、地形、地質(zhì)等因素影響 很大，施工時(shí)必須要進(jìn)行施工導(dǎo)流，才能保證工程施工的順利進(jìn)行；而且在冬季、夏季或冰 凍、降雪、雨天施工時(shí)，必須采取相應(yīng)的措施，避免氣候影響，保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。如， 混凝土在冬季、夏季施工時(shí)均要采取相應(yīng)的溫控措施，避免壩體出現(xiàn)危害性裂縫，增加了施 工的難度和投資。土石料的施工冬季、雨季施工也要采取相應(yīng)的防凍、雨季施工的工程措 施，保證壩體填筑施工質(zhì)量。另外，水工建筑物的修建往往是位于交通不便的山區(qū)，施工的準(zhǔn)備工作量相當(dāng)大， 不僅要修建場內(nèi)外交通道路(鐵路、公路、水路)，布置為施工服務(wù)的輔助企業(yè)(如混凝土骨 料開采加工系統(tǒng)、土石料場和土石料加工系統(tǒng)、混凝土拌和及制冷系統(tǒng)、機(jī)械修配系統(tǒng)、汽 車修配廠、鋼筋加工廠、預(yù)制構(gòu)件廠、風(fēng)、水、電、通信、照明系統(tǒng)等)，而且要修建辦公和生活 用房。這些設(shè)施的修建，將增大工程的投資。
三、實(shí)用新型內(nèi)容為了克服重力壩、土石壩的斷面尺寸大，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，施工周期長，施 工難度大，投資大，材料用量大，對環(huán)境影響大的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種鋼構(gòu)壩空間桁 架結(jié)構(gòu)單元體及拱式鋼構(gòu)壩。技術(shù)方案[0009]一種鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體，其特征是包括近似直平行六面體或近似梯形 六面體的空間桁架結(jié)構(gòu)體，所述的空間桁架結(jié)構(gòu)體的前、后端面為近似“田”字形桁架結(jié)構(gòu)， 左側(cè)面、右側(cè)面、上表面、下表面為近似“日”字形桁架結(jié)構(gòu)；前端面中心節(jié)點(diǎn)0(主節(jié)點(diǎn)，即 前端面中的豎向和水平向連桿的交接點(diǎn))與該空間桁架結(jié)構(gòu)體的所有其他節(jié)點(diǎn)之間設(shè)有 支撐連桿，前端面的四個(gè)中間節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別與其對應(yīng)的后端面四個(gè)頂點(diǎn)之間分別設(shè)有 支撐連桿，后端面中心節(jié)點(diǎn)0’(即后端面中的豎向和水平向連桿的交接點(diǎn))與后端面四個(gè) 頂點(diǎn)之間設(shè)有支撐連桿，在空間桁架結(jié)構(gòu)體的上、下表面或左、右側(cè)面各節(jié)點(diǎn)設(shè)有連接固定 結(jié)構(gòu)，該空間桁架結(jié)構(gòu)單元體左側(cè)面、右側(cè)面、上表面、下表面的各連桿分別為其相鄰空間 桁架結(jié)構(gòu)單元體的公共支撐連桿，邊界上單元體的邊界連接面的各連桿為該單元自身支撐 連桿。上述的近似梯形六面體，其縱截面例如可以為直角梯形或等腰梯形。任一水平或斜向梁連桿與豎向或近似豎向的柱連桿之間的節(jié)點(diǎn)連接固定結(jié)構(gòu)采 用球節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)，或者采用連接耳固定連接；所述連接耳為對稱的板式連接耳，兩對稱連 接耳一端分別固定在其對應(yīng)的豎向或近似豎向柱連桿(即豎向連桿)側(cè)面的兩側(cè)邊上，兩 對稱連接耳另一端與水平或斜向梁連桿(水平連桿)的端面對接，并在兩對稱連接耳與水 平或傾斜兩連桿側(cè)壁之間固定有連接片。上述豎向的柱連桿表示豎直方向立柱連桿，近似豎向柱連桿表示略微傾斜的豎向 柱連桿，略微傾斜的豎向柱連桿可以滿足上下單元體在組合后其前端面或后端面為的豎向 柱連桿之間存在折線結(jié)構(gòu)，從下層單元體到上層單元體之間的漸變角度并不太大。而上述 的斜向連桿則表示不在同一高度的兩連桿之間通過連接耳進(jìn)行連接的連桿。另外還可以在兩平行連接耳之間固定支撐板。至少一個(gè)支撐板垂直固定在兩平行 連接耳之間。支撐板一端連接柱連桿，另一端連接梁連桿支撐板分別與兩連接耳垂直固 定。采用鉸接耳的方式可以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)無干擾地連接多個(gè)連桿。所述似直平行六面體的空間桁架結(jié)構(gòu)的前端面后后端面為平行結(jié)構(gòu)，近似梯形六 面體的空間桁架結(jié)構(gòu)的前端面和后端面為非平行結(jié)構(gòu)。鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的各連桿可以采用方鋼或工字鋼及其他型鋼甚至圓 形型鋼固定連接。例如桁架單元框架的豎向柱連桿和水平梁連桿采用方鋼連接，斜向連桿 采用工字鋼連接。其中特定型號的方鋼或工字鋼等型材可以事先在加工廠制作，也可以在 現(xiàn)場焊接。該空間桁架結(jié)構(gòu)單元體不應(yīng)看做為獨(dú)立的單個(gè)單元體，而是在左、右、上、下方向 上分別固定連接相同的單元體的組合體中一個(gè)普通代表單元體，即空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的 左側(cè)面、右側(cè)面、上表面、下表面的各連桿分別為其相鄰空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的公共支撐連 桿。從而各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以存在不同類型連接關(guān)系的四類連接點(diǎn)，即空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的前 端面中心0節(jié)點(diǎn)和后端面四個(gè)頂點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)相同；前端面四個(gè)頂點(diǎn)和后端面中心0’的節(jié) 點(diǎn)結(jié)構(gòu)相同；前端面上下水平梁連桿的中點(diǎn)A、c和后端面左右柱連桿的中點(diǎn)B’、D’的節(jié)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)相同；前端面左右柱連桿的中點(diǎn)A’、C’和后端面上下水平梁的中點(diǎn)B、D的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)相 同。各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過連接耳的具體連接結(jié)構(gòu)關(guān)系如下前端面的中心點(diǎn)0是前端面中心柱連桿C5、C8焊接點(diǎn)附近位置，由于0點(diǎn)連接的 節(jié)點(diǎn)較多，在該中心柱連桿C5的后側(cè)面、左側(cè)面、右側(cè)面上固定一個(gè)加寬的六棱柱固定支撐體，該六棱柱支撐體的前側(cè)面與中心柱連桿C5的前側(cè)面重合，該六棱柱的剩余五個(gè)側(cè)面 即左側(cè)面、左后側(cè)面、后側(cè)面、右后側(cè)面、右側(cè)面分別固定有平行的連接耳，每對連接耳分別 固定連接有斜上、水平、斜下連桿。具體地，六棱柱左、后、右側(cè)面的連接耳分別通過水平梁 連桿與B、0’、D各節(jié)點(diǎn)固定連接，即MHB1、MVB2、MHB2連桿；六棱柱左、后、右側(cè)面的連接耳 分別通過斜上連桿與E、A’、H各節(jié)點(diǎn)固定連接，即UFX1、MB1、UFX2連桿；六棱柱左、后、右側(cè) 面的連接耳分別通過斜下連桿與F、C’、G各節(jié)點(diǎn)固定連接，即UFX3、MB2、UFX4連桿；六棱柱 左后、右后側(cè)面的連接耳分別通過水平梁連桿與B’、D’各節(jié)點(diǎn)固定連接，即MX1、MX2 ；六棱 柱左后、右后側(cè)面的連接耳分別通過斜上連桿與Ε’、H’節(jié)點(diǎn)固定連接，即X1、X2連桿；六棱 柱左后、右后側(cè)面的連接耳分別通過斜下連桿與F’、G’節(jié)點(diǎn)固定連接，即UFX3、UFX4連桿。 另外，E’、F’、G’、H’各節(jié)點(diǎn)具有與0節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié)構(gòu)。前端面的中心點(diǎn)0’是后端面中心柱連桿C2的中心近似位置，中心柱連桿C2的左 側(cè)面、后側(cè)面、右側(cè)面分別固定有平行的連接耳，其中心柱C2的左側(cè)面和右側(cè)面固定的平 行連接耳分別固定連接有斜上、水平、斜下連桿，中心柱C2的后側(cè)面固定的平行連接耳固 定連接水平連桿。具體地，中心柱C2的左側(cè)面、右側(cè)面上固定的平行連接耳分別通過斜上 連桿與E’、H’節(jié)點(diǎn)固定連接，即UBX1、UBX2 ；中心柱C2的左側(cè)面、右側(cè)面上固定的平行連接 耳分別通過斜下連桿與F’、G’節(jié)點(diǎn)固定連接，即DBX1、DBX2 ；中心柱C2的后側(cè)面上固定的 平行連接耳通過水平梁連桿與0節(jié)點(diǎn)固定連接，即MVB2。另外，E、F、G、H各節(jié)點(diǎn)具有與0’ 節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié)構(gòu)由于與后端面的側(cè)邊柱連桿Cl中心點(diǎn)B’固定的節(jié)點(diǎn)較多，在該側(cè)邊柱連桿Cl的 前側(cè)面、左側(cè)面、右側(cè)面上固定一個(gè)加寬的六棱柱固定支撐體，該六棱柱支撐體的后側(cè)面與 側(cè)邊柱連桿C5的后側(cè)面重合，該六棱柱的剩余五個(gè)側(cè)面即左側(cè)面、左前側(cè)面、前側(cè)面、右前 側(cè)面、右側(cè)面分別固定有平行的連接耳，每對連接耳固定連接有水平連桿。具體地，該六棱 柱的剩余五個(gè)側(cè)面即左側(cè)面、左前側(cè)面、前側(cè)面、右前側(cè)面、右側(cè)面分別固定的水平梁連桿 與相鄰水平面的各節(jié)點(diǎn)固定連接，即連桿腿831、]\ 11、]\^81、]\ 2、]\1冊3，其中MHB31、MX11為 與相鄰單元體固定的連桿，MVBl是相鄰單元體的公共連桿，MX2、MHB3為本單元內(nèi)連桿。另 外，A、C、D’各節(jié)點(diǎn)與具有與B’節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié)構(gòu)。前端面的側(cè)邊柱連桿C4上端頂點(diǎn)E，該柱連桿C4的左側(cè)面、后側(cè)面、右側(cè)面分別固 定有平行的連接耳，其柱連桿C4的后側(cè)面固定的平行連接耳分別固定連接有斜上、水平、 斜下連桿，柱連桿C4的左側(cè)面、右側(cè)面固定的平行連接耳分別固定連接水平連桿。具體地， 柱連桿C4的左側(cè)面、右側(cè)面固定的平行連接耳分別通過水平梁連桿與同一平面內(nèi)相鄰節(jié) 點(diǎn)固定連接，即MHB11、MHB1，其中MHBll為與相鄰單元體固定的連桿，MHBl為本單元體內(nèi) 固定連桿；柱連桿C4的后側(cè)面固定的平行連接耳分別通過斜上、水平、斜下連桿與E’、B’、 F’各節(jié)點(diǎn)固定連接，即LB2、MVBU LB1，該LB2、MVBU LBl為本單元體與相鄰單元體的公共 連桿。另外，A’、F、D’各節(jié)點(diǎn)具有與E節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié)構(gòu)。一種由所述空間桁架結(jié)構(gòu)單元體組合的拱式鋼構(gòu)壩，含有壩底鋼筋混凝土承臺(tái)及 預(yù)埋固定件、兩岸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筑成的臺(tái)階式承臺(tái)及預(yù)埋件，根據(jù)鋼構(gòu)壩設(shè)計(jì)的整體實(shí) 際形狀、壩底寬度、壩體高度、壩體最大寬度和設(shè)計(jì)要求選擇各層空間桁架結(jié)構(gòu)單元體、兩 岸臺(tái)階個(gè)數(shù)、臺(tái)階水平面寬度及臺(tái)階高度進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，最底層的空間桁架結(jié)構(gòu)單元體 的柱連桿下端的通過固定腳板與壩底鋼筋混凝土承臺(tái)中預(yù)埋件固定，相鄰空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的左、右相鄰側(cè)面和上、下相鄰端面具有公共的支撐連桿及節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)，包含在壩體 中的空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的左、右側(cè)面和上、下端面彼此之間通過公共支撐連桿及節(jié)點(diǎn)連 接結(jié)構(gòu)相互連接固定，每層拱式空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的組合體兩端的柱連桿下端的連接腳 板與臺(tái)階承臺(tái)的水平面預(yù)埋件固定連接，各層拱式空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的組合體形成拱形 層疊連接結(jié)構(gòu)的組合鋼構(gòu)壩體，在鋼構(gòu)壩體迎水面固定有擋水板，各空間桁架結(jié)構(gòu)單元體 及擋水板固定連接組成具有曲面迎水面的空間桁架結(jié)構(gòu)壩體。所述空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的后端背水面為近似垂直面，空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的縱截面 由底部向頂部逐漸收斂過渡。所述擋水板固定在空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的迎水面上，擋水板通過栓接或者焊接固 定在空間桁架單元迎水面上，相鄰擋水板之間設(shè)置止水密封，例如相鄰擋水板之間通過密 封橡膠固定密封。所述壩底混凝土承臺(tái)和兩側(cè)臺(tái)階混凝土承臺(tái)的下部分別通過錨桿固定在基巖深 處。壩體后端背水面上還固定連接有輔助支架，在輔助支架或壩體內(nèi)設(shè)有發(fā)電廠房設(shè) 施、電梯井、檢修廊道，在庫區(qū)地形合適處設(shè)置泄洪通道。鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體依次固定連接后其端面為迎水面、后端面為背水面。 由于鋼構(gòu)壩主體為拱形結(jié)構(gòu)，其所承受的荷載一部分通過拱的作用壓向兩岸，另一部分通 過豎直梁的作用傳給壩底基巖，所以其穩(wěn)定主要依靠兩岸拱端的反力作用。當(dāng)外載荷增大 時(shí)，鋼構(gòu)壩主體在拱和梁作用下將自行調(diào)整，使壩主體應(yīng)力重新分配。鋼構(gòu)壩為近似左右對稱結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)實(shí)際地理位置情況和受力情況設(shè)計(jì)為非 對稱結(jié)構(gòu)，通常鋼構(gòu)壩主體的中部單元密度較大，空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的從中部向兩側(cè)的單 元橫向?qū)挾戎饾u增大，或者不變；在壩體最上側(cè)表面鋪設(shè)固定有平面走廊。本實(shí)用新型的有益效果1、穩(wěn)定特點(diǎn)。壩體的穩(wěn)定主要依靠兩岸拱端的反力作用，不像重力壩那樣依靠自 重維持穩(wěn)定。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。拱式鋼構(gòu)壩屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，超載能力強(qiáng)，安全度高，當(dāng)外荷載 增大時(shí)，壩體在拱和梁作用將會(huì)自行調(diào)整，使壩體應(yīng)力重新分配。拱式鋼構(gòu)壩是整體空間結(jié) 構(gòu)，壩體輕韌，彈性好，抗震能力強(qiáng)。拱結(jié)構(gòu)是一種主要承受軸向壓力的推力結(jié)構(gòu)，拱內(nèi)彎矩 小，應(yīng)力分布較為均勻，有利于發(fā)揮鋼構(gòu)材料的強(qiáng)度。3、應(yīng)用特點(diǎn)。拱式鋼構(gòu)壩不僅可以安全溢流，而且可以在壩身設(shè)置單層或多層大 孔口泄水。能夠保證洪水的安全宣泄，保證并能夠滿足工農(nóng)業(yè)、城市用水以及壩體、庫區(qū)的 檢修、排空的要求。4、施工特點(diǎn)。鋼構(gòu)壩的施工可以利用沉箱法進(jìn)行阻水而展開地基處理；單元壩段 的各個(gè)組成構(gòu)件可以工廠內(nèi)組裝運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場或采取現(xiàn)場組裝的形式，定點(diǎn)吊裝入位連接完 成。這種施工方法改變了傳統(tǒng)水利工程的施工方式，取消了導(dǎo)流的程序和圍堰、導(dǎo)流建筑物 的修建。節(jié)省了工程投資。

圖1是本實(shí)用新型的鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體立體結(jié)構(gòu)示意圖；[0034]圖2是圖1單元的0(或E’或F’或G’或H’)節(jié)點(diǎn)立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-1、圖2-2、圖2-3分別是圖2的主視圖、俯視圖和側(cè)視圖；圖3是圖1單元的0’(或E或F或G或H)節(jié)點(diǎn)立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-1、圖3-2、圖3-3分別是圖3的主視圖、俯視圖和側(cè)視圖；圖4是圖1單元的B’(或A或C或D’)節(jié)點(diǎn)立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4-1、圖4-2、圖4-3分別是圖4的后視圖、俯視圖和側(cè)視圖；圖5是圖1單元的B (或A’或C’或D)節(jié)點(diǎn)立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5-1、圖5-2、圖5-3分別是圖5的主視圖、俯視圖和側(cè)視圖；圖6是連桿與鉸接耳之間連接狀態(tài)示意圖；圖7是本實(shí)用新型的拱式鋼構(gòu)壩俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖7的C向(背水面)結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖8的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是圖8的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖10-1是圖8的Al-Al剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是圖8的Dl部放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是圖8的D3部放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖12-1是圖10中D3’放大(或圖11的側(cè)面)結(jié)構(gòu)示意圖；圖12-2是圖12的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖12-3是圖12-1的D3”結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是圖10的D4放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖14-1和圖14-2分別是支撐連桿焊接結(jié)構(gòu)和型材結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是位于壩體最上層單元的A節(jié)點(diǎn)立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖15-1、圖15-2、圖15-3分別是圖15的主視圖、俯視圖和側(cè)視圖。五、具體實(shí)施方案實(shí)施例一參見圖1、圖2、圖2-1-圖2-3、圖3、圖3-1-圖3-3、圖4、圖4_1_圖 4-3、圖5、圖5-1-圖5-3，一種鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體，包括近似梯形六面體的空間桁 架結(jié)構(gòu)體。該近似梯形六面體的空間桁架結(jié)構(gòu)體的前、后端面分別為“田”字形連接結(jié)構(gòu)， 在圖1中前端面為A、B、C、D、E、F、G、H、0各節(jié)點(diǎn)所在平面，后端面為A’、B’、C’、D’、E’、F’、 G’、H’、0’ ；該框架的左、右、上、下各側(cè)面為“日”字形結(jié)構(gòu)，在圖1中左視圖為E、B、F、F’、 B，、E，各節(jié)點(diǎn)所在平面，右側(cè)面為H、D、G、G’、D’、H’各節(jié)點(diǎn)所在平面，上側(cè)面為E、A、H、H’、 Α’、Ε’各節(jié)點(diǎn)所在平面，下側(cè)面為F、C、G、G’、C’、F’各節(jié)點(diǎn)所在平面。上述框架結(jié)構(gòu)共有 18個(gè)節(jié)點(diǎn)。各節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系關(guān)系如下前端面中心節(jié)點(diǎn)0(主節(jié)點(diǎn)，即前端面中的豎向和水平向連桿的交接點(diǎn))向該單元 內(nèi)其他任一節(jié)點(diǎn)之間均固定連接有支撐連桿；前端面(或稱迎水面)的各側(cè)邊中點(diǎn)A、B、C、 D分別向其對應(yīng)后端面兩頂點(diǎn)之間固定連接有支撐連桿，例如從前端面上側(cè)邊重點(diǎn)A向后 端面與A對應(yīng)的兩頂點(diǎn)E’、H’分別固定連接支撐連桿AE’、AH’ ；后端面中心0’(即后端面 中的豎向和水平向連桿的交接點(diǎn))向后端面各頂點(diǎn)之間固定連接有支撐連桿。本實(shí)施例中的鋼構(gòu)壩單元應(yīng)視為整個(gè)鋼構(gòu)壩中的一個(gè)代表單元，而不應(yīng)視為孤立 的一個(gè)單元結(jié)構(gòu)，即該空間桁架結(jié)構(gòu)單元體左側(cè)面、右側(cè)面、上表面、下表面的各連桿分別為其相鄰空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的公共支撐連桿。這樣就形成0、E’、F’、G’、H’各節(jié)點(diǎn)具有 相同的連接結(jié)構(gòu)，如圖2、圖2-1、圖2-2、圖2-3所示，0點(diǎn)位于前端面(或稱迎水面)，由于 0點(diǎn)與周圍其他各點(diǎn)之間存在連接關(guān)系，所以迎水面0點(diǎn)的荷載通過相應(yīng)連桿分散傳遞給 后端面(或稱背水面)各節(jié)點(diǎn)，后端面上E’、F’、G’、H’各節(jié)點(diǎn)具有與0點(diǎn)相同的連接結(jié)構(gòu)， 所以迎水面上與E’、F’、G’、H’各節(jié)點(diǎn)連接的節(jié)點(diǎn)能將載荷分別匯集傳遞到Ε’、F，、G，、H， 各節(jié)點(diǎn)上。0’、E、F、G、H各節(jié)點(diǎn)具有相同的連接結(jié)構(gòu)，如圖3、圖3-1、圖3-2、圖3-3所示； A、B，、C、D，各節(jié)點(diǎn)具有相同的連接結(jié)構(gòu)，如圖4、圖4-1、圖4-2、圖4-3所示；A，、B、C，、D各 節(jié)點(diǎn)具有相同的連接結(jié)構(gòu)，如圖5、圖5-1、圖5-2、圖5-3所示。根據(jù)上述的鋼構(gòu)壩單元，將后端面(背水面)的所有豎向連桿均設(shè)計(jì)為一體結(jié)構(gòu)， 如圖1中后端面Cl、C2、C3分別為獨(dú)立的豎向柱支撐連桿。前端面(迎水面)的所有近似豎向柱連桿設(shè)計(jì)為折線結(jié)構(gòu)(單元內(nèi)為直線結(jié)構(gòu)，單元與單 元之間的前端面豎向柱連桿存在折線結(jié)構(gòu))，例如通過焊接方式固定成帶折線的柱連桿，如 圖1中前端面C4與C7焊接固定為一個(gè)折線狀支撐連桿，C5與C8焊接固定為一個(gè)折線狀 支撐連桿，C6與C9焊接固定為一個(gè)折線狀支撐連桿。從而整個(gè)單元框架的前端面和后端 面為非平行結(jié)構(gòu)，例如前端面和后端面自下而上逐漸收斂(其延長面將相交于一條直線)。 整個(gè)鋼構(gòu)壩單元的縱截面可以為梯形。在圖1中各連桿的標(biāo)注符合僅表示與圖2-圖2-3、 圖3-圖3-3、圖4-圖4-3、圖5-圖5_3中各節(jié)點(diǎn)處連桿的對應(yīng)關(guān)系，沒有特別意義。在任一節(jié)點(diǎn)處的連桿與被連桿之間采用連接耳固定連接。通過連接耳連接的各個(gè) 節(jié)點(diǎn)分別參見圖2-圖2-3、圖3-圖3-3、圖4-圖4_3、圖5-圖5_3。針對鋼構(gòu)壩的特點(diǎn)，在 與豎向或近似豎向柱支撐連桿(豎向柱連桿同豎向柱支撐連桿)固定時(shí)，需以豎向柱支撐 連桿為主，在該豎向柱支撐連桿的側(cè)面上固定有連接耳。所述連接耳為對稱的板式連接耳， 連接耳之間通過支撐板固定在一起，連接耳的一端固定在被連桿側(cè)面上、另一端與連桿端 面對接，并在連接耳與連桿之間相鄰側(cè)面上固定有連接片。側(cè)面的連接片和連接耳及水平 或斜向連桿側(cè)面之間通過鉚釘固定或者焊固。采用鉸接耳的方式可以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)無 干擾地連接多個(gè)連桿。從圖2及圖2-1-圖2-3可以看出，前端面的中心點(diǎn)0是前端面中心柱連桿C5、C8 焊接點(diǎn)附近位置，由于0點(diǎn)連接的節(jié)點(diǎn)較多，在該中心柱連桿C5的后側(cè)面、左側(cè)面、右側(cè)面 上固定一個(gè)加寬的六棱柱固定支撐體，該六棱柱支撐體的前側(cè)面與中心柱連桿C5的前側(cè) 面重合，該六棱柱的剩余五個(gè)側(cè)面即左側(cè)面、左后側(cè)面、后側(cè)面、右后側(cè)面、右側(cè)面分別固定 有平行的連接耳，每對連接耳分別固定連接有斜上、水平、斜下連桿。具體地，六棱柱左、后、 右側(cè)面的連接耳分別通過水平梁連桿與B、0’、D各節(jié)點(diǎn)固定連接，即MHB1、MVB2、MHB2連桿； 六棱柱左、后、右側(cè)面的連接耳分別通過斜上連桿與E、A’、H各節(jié)點(diǎn)固定連接，即UFX1、MB1、 UFX2連桿；六棱柱左、后、右側(cè)面的連接耳分別通過斜下連桿與F、C’、G各節(jié)點(diǎn)固定連接，即 UFX3、MB2、UFX4連桿；六棱柱左后、右后側(cè)面的連接耳分別通過水平梁連桿與B’、D’各節(jié)點(diǎn) 固定連接，即MX1、MX2 ；六棱柱左后、右后側(cè)面的連接耳分別通過斜上連桿與Ε’、H’節(jié)點(diǎn)固 定連接，即Χ1、Χ2連桿；六棱柱左后、右后側(cè)面的連接耳分別通過斜下連桿與F’、G’節(jié)點(diǎn)固 定連接，即UFX3、UFX4連桿。另外，E，、F，、G，、H，各節(jié)點(diǎn)具有與0節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié)構(gòu)。從圖3及圖3-1-圖3-3可以看出，前端面的中心點(diǎn)0’是后端面中心柱連桿C2的中 心近似位置，中心柱連桿C2的左側(cè)面、后側(cè)面、右側(cè)面分別固定有平行的連接耳，其中心柱C2的左側(cè)面和右側(cè)面固定的平行連接耳分別固定連接有斜上、水平、斜下連桿，中心柱C2 的后側(cè)面固定的平行連接耳固定連接水平連桿。具體地，中心柱C2的左側(cè)面、右側(cè)面上固 定的平行連接耳分別通過斜上連桿與E’、H’節(jié)點(diǎn)固定連接，即UBXUUBX2 ；中心柱C2的左側(cè) 面、右側(cè)面上固定的平行連接耳分別通過斜下連桿與F’、G’節(jié)點(diǎn)固定連接，即DBX1、DBX2 ； 中心柱C2的后側(cè)面上固定的平行連接耳通過水平梁連桿與0節(jié)點(diǎn)固定連接，即MVB2。另 外，E、F、G、H各節(jié)點(diǎn)具有與0’節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié)構(gòu)從圖4及圖4-1-圖4-3可以看出，由于與后端面的側(cè)邊柱連桿Cl中心點(diǎn)B’固定 的節(jié)點(diǎn)較多，在該側(cè)邊柱連桿Cl的前側(cè)面、左側(cè)面、右側(cè)面上固定一個(gè)加寬的六棱柱固定 支撐體，該六棱柱支撐體的后側(cè)面與側(cè)邊柱連桿C5的后側(cè)面重合，該六棱柱的剩余五個(gè)側(cè) 面即左側(cè)面、左前側(cè)面、前側(cè)面、右前側(cè)面、右側(cè)面分別固定有平行的連接耳，每對連接耳固 定連接有水平連桿。具體地，該六棱柱的剩余五個(gè)側(cè)面即左側(cè)面、左前側(cè)面、前側(cè)面、右前 側(cè)面、右側(cè)面分別固定的水平梁連桿與相鄰水平面的各節(jié)點(diǎn)固定連接，即連桿MHB31、MX11、 MVB1、MX2、MHB3，其中MHB31、MX11為與相鄰單元體固定的連桿，MVBl是相鄰單元體的公共 連桿，MX2、MHB3為本單元內(nèi)連桿。另外，A、C、D’各節(jié)點(diǎn)具有與B’節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié)構(gòu)。從圖5及圖5-1-圖5-3可以看出，前端面的側(cè)邊柱連桿C4上端頂點(diǎn)E，該柱連桿 C4的左側(cè)面、后側(cè)面、右側(cè)面分別固定有平行的連接耳，其柱連桿C4的后側(cè)面固定的平行 連接耳分別固定連接有斜上、水平、斜下連桿，柱連桿C4的左側(cè)面、右側(cè)面固定的平行連接 耳分別固定連接水平連桿。具體地，柱連桿C4的左側(cè)面、右側(cè)面固定的平行連接耳分別通 過水平梁連桿與同一平面內(nèi)相鄰節(jié)點(diǎn)固定連接，即MHBl 1、MHBl，其中MHBll為與相鄰單元 體固定的連桿，MHBl為本單元體內(nèi)固定連桿；柱連桿C4的后側(cè)面固定的平行連接耳分別通 過斜上、水平、斜下連桿與E’、B’、F’各節(jié)點(diǎn)固定連接，即LB2、MVB1、LB13_LB2、MVB1、LB1 為本單元體與相鄰單元體的公共連桿。另外，A’、F、D’各節(jié)點(diǎn)具有與E節(jié)點(diǎn)一樣的連接結(jié) 構(gòu)。邊界上的空間桁架結(jié)構(gòu)單元體側(cè)面或表面的各連桿為該單元自身支撐連桿。鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的各連桿可以采用方鋼或工字鋼或其他型桿固定連 接。例如桁架單元框架的豎向柱連桿和水平向梁連桿采用方鋼連接，斜向連桿采用工字鋼 連接。其中特定型號的方鋼或工字鋼等型材可以事先在加工廠制作，也可以在現(xiàn)場焊接。實(shí)施例二 參見圖6，編號和編號意義與實(shí)施例一相同，內(nèi)容與實(shí)施例一基本相 同，相同之處不重述，不同的是還可以在兩平行連接耳9之間固定支撐板11。支撐板11分 別與兩連接耳9垂直固定，所述連接耳9和其間的支撐板11的一端固定在被連桿8 (豎向 柱連桿)側(cè)面上(即連接耳9的一端與被連桿8接觸固定，支撐板11的一端與被連桿8接 觸或固定)、連接耳9和其間的支撐板11的另一端與水平或斜向連桿8的端面對接(或?qū)?接固定)，并在連接耳9與水平或斜向連桿之間的相鄰側(cè)面上固定有連接片10。采用支撐 板11結(jié)構(gòu)時(shí)，側(cè)面的連接片10和連接耳9及水平或斜向連桿8側(cè)面之間通過鉚釘固定或 者焊固。其中對稱連接耳9之間的支撐板11不僅起到固定兩連接耳的作用，而且起到支撐 豎向連桿和水平或斜向連桿一端的作用。實(shí)施例三附圖未畫，意義與實(shí)施例基本相同，相同之處不重述，不同的是所述 各連接桿采用圓形的型鋼連接桿，圓形連接桿的兩端做平行面處理例如將圓形連接桿的兩 端做成方鋼形狀。[0072]實(shí)施例四附圖未畫，意義與實(shí)施例基本相同，相同之處不重述，不同的是任一 水平或斜向梁連桿與豎向或近似豎向的柱連桿之間的節(jié)點(diǎn)連接固定結(jié)構(gòu)采用球節(jié)點(diǎn)連接 結(jié)構(gòu)。實(shí)施例五參見圖6-圖12、圖12-1-圖12-3、圖13、圖14-1、圖14-2、圖15、圖 15-1-圖15-3，一種由所述空間桁架結(jié)構(gòu)單元體組合的拱式鋼構(gòu)壩，含有壩底鋼筋混凝土 承臺(tái)及預(yù)埋固定件、兩岸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筑成的臺(tái)階式承臺(tái)及預(yù)埋件，根據(jù)鋼構(gòu)壩設(shè)計(jì)的 整體實(shí)際形狀、壩底寬度、壩體高度、壩體最大寬度和設(shè)計(jì)要求選擇各層空間桁架結(jié)構(gòu)單元 體、兩岸臺(tái)階個(gè)數(shù)、臺(tái)階水平面寬度及臺(tái)階高度進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，最底層的空間桁架結(jié)構(gòu)單 元體的柱連桿下端的通過固定腳板與壩底鋼筋混凝土承臺(tái)中預(yù)埋件固定，相鄰空間桁架結(jié) 構(gòu)單元體的左、右相鄰側(cè)面和上、下相鄰端面具有公共的支撐連桿及節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)，包含在 壩體中的空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的左、右側(cè)面和上、下端面彼此之間通過公共支撐連桿及節(jié) 點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)相互連接固定，每層拱式空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的組合體兩端的柱連桿下端的連 接腳板與臺(tái)階承臺(tái)的水平面預(yù)埋件固定連接，各層拱式空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的組合體形成 拱形層疊連接結(jié)構(gòu)的組合鋼構(gòu)壩體，在鋼構(gòu)壩體迎水面固定有擋水板，各空間桁架結(jié)構(gòu)單 元體及擋水板固定連接組成具有曲面迎水面的空間桁架結(jié)構(gòu)壩體。所述空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的后端背水面為近似垂直面，空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的縱截面 由底部向頂部逐漸收斂過渡。所述擋水板至少固定在一個(gè)空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的迎水面上，各擋水板之間通過 密封橡膠固定密封。所述壩底混凝土承臺(tái)和兩側(cè)臺(tái)階混凝土承臺(tái)的下部分別通過錨桿固定在基巖深 處。在輔助支架或壩體內(nèi)設(shè)有機(jī)電廠房、電梯井、檢修廊道和腐蝕處理室。在鋼構(gòu)壩上有設(shè)有側(cè)引泄洪通道及泄洪閘門。鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體依次固定連接后其端面為迎水面、后端面為背水面。 由于鋼構(gòu)壩主體為拱形結(jié)構(gòu)，所以其穩(wěn)定主要依靠兩岸拱端的反作用。當(dāng)外載荷增大時(shí)，鋼 構(gòu)壩主體在拱和梁作用下將自行調(diào)整，使壩主體應(yīng)力重新分配。本實(shí)施例中，鋼構(gòu)壩為近似左右對稱結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)實(shí)際地理位置情況和受力 情況設(shè)計(jì)為非對稱結(jié)構(gòu)，通常鋼構(gòu)壩主體的中部單元密度較大，從中部向兩側(cè)的單元密度 逐漸變小。板實(shí)施例中的鋼構(gòu)壩的各連桿或連桿可以采用方鋼或工字鋼等型鋼。例如將豎向 柱連桿和水平(橫向)梁連桿采用方鋼，將其他斜向固定連桿采用工字鋼或槽鋼。圖14-1 表示通過焊接方式加工的型鋼，圖14-2表示標(biāo)準(zhǔn)型鋼。壩主體在采用標(biāo)準(zhǔn)型鋼構(gòu)筑的同 時(shí)，還可以根據(jù)實(shí)際情況采用現(xiàn)場焊接特定型號的型鋼進(jìn)行施工。鋼構(gòu)壩的個(gè)單元之間彼此固定連接，在邊緣處僅需省去相應(yīng)的連桿即可，不詳述。 圖15、圖15-1-圖15-3表示鋼構(gòu)壩的組成單元位于最上側(cè)時(shí)其連接方式與下面其他單元稍 有差別，該差別是將最上層橫向梁連桿作為獨(dú)立的一體(也可以通過焊接層折線的方式固 定為一體)，在最上層的橫向梁連桿的側(cè)面固定有連接耳，其他與橫向梁連桿交接的連桿分 別與對應(yīng)連接耳通過支撐板固定。實(shí)施例六參見圖10-1，意義與實(shí)施例一基本相同，相同之處不重述，不同的是
10在所述鋼構(gòu)壩主體的背水面還固定有輔助支架，所述輔助支架可以采用一般桁架結(jié)構(gòu)，也 可以采用與實(shí)施例一單元相同的組合結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求一種鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體，其特征是包括近似直平行六面體或近似梯形六面體的空間桁架結(jié)構(gòu)體，所述的空間桁架結(jié)構(gòu)體的前、后端面為近似“田”字形桁架結(jié)構(gòu)，左側(cè)面、右側(cè)面、上表面、下表面為近似“日”字形桁架結(jié)構(gòu)；前端面中心節(jié)點(diǎn)O與該空間桁架結(jié)構(gòu)體的所有其他節(jié)點(diǎn)之間設(shè)有支撐連桿，前端面的四個(gè)中間節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別與其對應(yīng)的后端面四個(gè)頂點(diǎn)之間分別設(shè)有支撐連桿，后端面中心節(jié)點(diǎn)O’與后端面四個(gè)頂點(diǎn)之間設(shè)有支撐連桿，在空間桁架結(jié)構(gòu)體的上、下表面或左、右側(cè)面各節(jié)點(diǎn)設(shè)有連接固定結(jié)構(gòu)，該空間桁架結(jié)構(gòu)單元體左側(cè)面、右側(cè)面、上表面、下表面的各連桿分別為其相鄰空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的公共支撐連桿，邊界上單元體的邊界連接面的各連桿為該單元自身支撐連桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體，其特征是任一水平或斜向梁 連桿與豎向或近似豎向的柱連桿之間的節(jié)點(diǎn)連接固定結(jié)構(gòu)采用球節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)，或者采用 連接耳固定連接；所述連接耳為對稱的板式連接耳，兩對稱連接耳一端分別固定在其對應(yīng) 的豎向或近似豎向柱連桿側(cè)面的兩側(cè)邊上，兩對稱連接耳另一端與水平或斜向梁連桿的端 面對接，并在兩對稱連接耳與水平或傾斜兩連桿側(cè)壁之間固定有連接片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體，其特征是在兩平行連接耳之 間至少垂直固定一個(gè)支撐板，支撐板一端連接柱連桿，另一端連接梁連桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體，其特征是所述似直平行六面 體的空間桁架結(jié)構(gòu)的前端面和后端面為平行結(jié)構(gòu)，近似梯形六面體的空間桁架結(jié)構(gòu)的前 端面和后端面為非平行結(jié)構(gòu)。
5.一種由權(quán)利要求1所述空間桁架結(jié)構(gòu)單元體組合的鋼構(gòu)壩，含有壩底鋼筋混凝土承 臺(tái)及預(yù)埋固定件、兩岸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筑成的臺(tái)階式承臺(tái)及預(yù)埋件，其特征是最底層的空 間桁架結(jié)構(gòu)單元體的柱連桿下端的通過固定腳板與壩底鋼筋混凝土承臺(tái)中預(yù)埋件固定，相 鄰空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的左、右相鄰側(cè)面和上、下相鄰端面具有公共的支撐連桿及節(jié)點(diǎn)連 接結(jié)構(gòu)，包含在壩體中的空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的左、右側(cè)面和上、下端面彼此之間通過公共 支撐連桿及節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)相互連接固定，每層拱式空間桁架結(jié)構(gòu)單元體的組合體兩端的柱 連桿下端的連接腳板與臺(tái)階承臺(tái)的水平面預(yù)埋件固定連接，各層拱式空間桁架結(jié)構(gòu)單元體 的組合體形成拱形層疊連接結(jié)構(gòu)的組合鋼構(gòu)壩體，在鋼構(gòu)壩體迎水面固定有擋水板，各空 間桁架結(jié)構(gòu)單元體及擋水板固定連接組成具有曲面迎水面的空間桁架結(jié)構(gòu)壩體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼構(gòu)壩，其特征是所述空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的后端背水面為 近似垂直面，空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的縱截面由底部向頂部逐漸收斂過渡。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼構(gòu)壩，其特征是所述擋水板固定在空間桁架結(jié)構(gòu)單元體 的迎水面上，擋水板通過栓接或者焊接固定在空間桁架單元迎水面上，相鄰擋水板之間設(shè) 置止水密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼構(gòu)壩，其特征是所述壩底混凝土承臺(tái)和兩側(cè)臺(tái)階混凝土 承臺(tái)的下部分別通過錨桿固定在基巖深處。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼構(gòu)壩，其特征是空間桁架結(jié)構(gòu)壩體的從中部向兩側(cè)的單 元橫向?qū)挾戎饾u增大，或者不變；在壩體最上側(cè)表面鋪設(shè)固定有平面走廊。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9任一項(xiàng)所述的鋼構(gòu)壩，其特征是壩體后端背水面上還固定連接 有輔助支架，在輔助支架或壩體內(nèi)設(shè)有發(fā)電廠房設(shè)施、電梯井、檢修廊道。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋼構(gòu)壩空間桁架結(jié)構(gòu)單元體及拱式鋼構(gòu)壩，單元體為六面空間桁架結(jié)構(gòu)體，其前、后端面為“田”字形結(jié)構(gòu)，其他側(cè)面“日”字形結(jié)構(gòu)；前端面中心節(jié)點(diǎn)O與其他節(jié)點(diǎn)之間設(shè)有連桿，前端面的四個(gè)中間節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別與后端面四個(gè)頂點(diǎn)之間設(shè)有支撐連桿，后端面中心節(jié)點(diǎn)O’與后端面四個(gè)頂點(diǎn)之間設(shè)有支撐連桿。鋼構(gòu)壩為所述空間桁架結(jié)構(gòu)單元體組合而成的具有曲面迎水面的空間桁架結(jié)構(gòu)，并在曲面迎水面上固定有擋水板，鋼構(gòu)壩的壩底與鋼筋混凝土承臺(tái)固定、兩側(cè)分別與兩岸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筑成的臺(tái)階式承臺(tái)固定。本實(shí)用新型的鋼構(gòu)壩主要依靠兩岸拱端的反力作用維持穩(wěn)定，超載能力強(qiáng)，安全度高，節(jié)省工程投資。
文檔編號E02B7/12GK201722666SQ20102016937
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者劉尚蔚, 張國新, 楊小薈, 魏群, 魏魯雙 申請人:河南奧斯派克科技有限公司