拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)（拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益分析）

臨滄鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計公司9秒前1閱讀0評論

拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)是一種廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)的結(jié)構(gòu)形式，它以獨特的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)效益而著稱。本文旨在分析拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益，包括其材料成本、施工周期、維護(hù)費用以及潛在的經(jīng)濟(jì)價值。通過對比傳統(tǒng)梁式橋和拱形橋的造價，發(fā)現(xiàn)拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)在材料使用上更為經(jīng)濟(jì)，尤其是在跨度較大時。施工周期方面，拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)由于其自重輕、施工簡便的特點，通常比傳統(tǒng)梁式橋更快完成建造。拱形結(jié)構(gòu)在長期運營中具有較低的維護(hù)成本，減少了維護(hù)和修復(fù)的頻率及費用。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)因其較高的承載能力和良好的抗震性能，可能帶來更高的投資回報。綜合以上因素，拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)效益上表現(xiàn)出色，是值得推廣的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式。

拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)（拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益分析）全國鋼結(jié)構(gòu)廠第1張

一、拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的概念與組成

概念：拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)是一種結(jié)合了拱形結(jié)構(gòu)和桁架結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)形式。拱形結(jié)構(gòu)可利用其曲線拱軸將外荷載產(chǎn)生的彎矩轉(zhuǎn)化成軸向壓力，提高結(jié)構(gòu)效率；桁架結(jié)構(gòu)由桿件在兩端用鉸鏈連接而成，桿件主要承受軸向拉力或壓力，能使材料得到充分利用。二者結(jié)合后的拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)具有跨越能力強、承載力高等優(yōu)點。
組成部分：
- 鋼材構(gòu)件：鋼材是拱形鋼桁架常采用的主要構(gòu)件材料，具有高強度、耐腐蝕等優(yōu)點，像主梁、次梁等構(gòu)件都是由鋼材制成的。這些構(gòu)件通過合理的設(shè)計和制作，按照設(shè)計圖紙要求在工廠或者現(xiàn)場制作成型，用于構(gòu)建拱形鋼桁架的整體框架結(jié)構(gòu)。
- 連接部件：包括螺栓、螺母和扣件等。螺栓和螺母用于連接鋼構(gòu)件，需要具備足夠的強度和抗腐蝕性能；扣件用于連接鋼構(gòu)件，要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的連接性能和耐久性，它們的作用是確保各個鋼構(gòu)件連接牢固，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。

二、拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工

施工步驟：
1. 基礎(chǔ)施工：根據(jù)設(shè)計要求在地面挖掘基礎(chǔ)坑，進(jìn)行土方整平工作，然后在基礎(chǔ)坑中澆筑混凝土基礎(chǔ)，并按照設(shè)計要求進(jìn)行加固和抗震處理，等待混凝土基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)結(jié)束后再進(jìn)行下一步施工準(zhǔn)備工作。
2. 鋼構(gòu)件制作和安裝：
  - 按照設(shè)計圖紙制作拱形桁架的鋼構(gòu)件，如主梁、次梁等。對于大型的拱形桁架，為減少高空作業(yè)風(fēng)險，需要在地面上進(jìn)行鋼構(gòu)件的預(yù)裝和拼裝。
  - 使用起重設(shè)備將預(yù)裝好的鋼構(gòu)件吊裝到基礎(chǔ)上，按照設(shè)計要求采用螺栓、扣件等進(jìn)行連接，確保連接牢固。
3. 梁柱節(jié)點處理：根據(jù)設(shè)計要求對拱形桁架的梁柱節(jié)點進(jìn)行混凝土加固處理，鋼構(gòu)件與混凝土之間的連接處采用專用連接件固定，以確保安全性和穩(wěn)定性。
4. 完工驗收：完成拱形桁架的主體施工后，進(jìn)行驗收和檢測工作，確保結(jié)構(gòu)的安全性。對拱形桁架進(jìn)行必要的防腐、防銹處理，延長其使用壽命，并且施工方案要詳細(xì)記錄，以備日后維護(hù)和改進(jìn)參考。
施工注意事項：
- 安全方面：施工期間嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，保障施工人員安全。在進(jìn)行高空作業(yè)時，配備安全繩和安全帶等防護(hù)設(shè)備，并遵守相關(guān)操作規(guī)程。
- 后期維護(hù)：拱形桁架竣工后，定期進(jìn)行維護(hù)和檢測，及時發(fā)現(xiàn)和處理可能存在的問題。

三、拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的特點

力學(xué)性能方面：
- 受力合理：拱以其獨特的曲線形式實現(xiàn)彎矩向軸力的轉(zhuǎn)化，桁架通過格構(gòu)方式將彎矩轉(zhuǎn)化為桿件的軸力，二者結(jié)合后的拱形鋼桁架受力更為合理。在大跨度建筑中，相比實腹梁能節(jié)省材料用量，減輕結(jié)構(gòu)自重的同時增大剛度，各桿件受力以單向拉、壓為主，通過對上下弦桿和腹桿的合理布置，可適應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的彎矩剪力分布，水平方向的拉、壓內(nèi)力能自身平衡，不對支座產(chǎn)生水平推力。
- 抗震性能好：由于鋼材具有良好的延伸性，拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)自重輕，地震時產(chǎn)生的地震力小，并且其空間剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在地震發(fā)生時可吸收大量地震能量而不會倒塌。
經(jīng)濟(jì)性能方面：
- 節(jié)省材料：如果采用薄壁鋼管截面，有效地減輕結(jié)構(gòu)自重而且節(jié)約材料。上下弦桿與腹桿之間采用焊接方法連接，不需要多余的連接件。
- 節(jié)省防腐維修費用：鋼管是閉口構(gòu)件，比表面積小，大大節(jié)省了防腐和維修的費用。
工業(yè)化程度方面：其構(gòu)件尺寸和形狀大量相同，可在工廠成批生產(chǎn)，生產(chǎn)質(zhì)量好、效率高，不與土建爭場地，且不受氣候影響，現(xiàn)場工作量小，可縮短工期。

四、拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例

國外應(yīng)用實例：
- 2014年竣工的新加坡國家體育館，其穹頂跨度達(dá)310米，是世界最大的跨度穹頂建筑，穹頂由拱形管桁架組成。
- 2016年奧運會卡里奧卡體育館位于巴西里約熱內(nèi)盧巴拉，是一座室內(nèi)體育場館，其上部屋蓋主要由拱形管桁架結(jié)構(gòu)組成，主體結(jié)構(gòu)包括1、2、3號館，在奧運會期間分別主辦了籃球、柔道和摔跤、擊劍和跆拳道等體育賽事。
國內(nèi)應(yīng)用實例：
- 北京奧林匹克籃球館是2008年北京奧運會籃球比賽場館，總面積6.3萬平方米，頂部為雙向正交鋼桁架，采用框架 - 剪力墻加鋼支撐結(jié)構(gòu)，地下一層，地上六層。
- 寧波北侖春曉大橋跨越梅山水道，主橋采用中承式雙層桁架系桿拱橋，拱肋采用兩片相互平行的全鋼桁架拱，每片拱肋由上下弦桿和腹桿組成。

五、拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)的不足

不耐火性：當(dāng)溫度超過250°C時，鋼材材質(zhì)發(fā)生較大變化，強度逐步降低，還會發(fā)生藍(lán)脆和徐變現(xiàn)象；溫度達(dá)600°C時，鋼材進(jìn)入塑性狀態(tài)不能繼續(xù)承載。
腐蝕性差：在腐蝕性較差的環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)在涂油漆前應(yīng)徹底除銹，并且油漆質(zhì)量和涂層厚度均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求，否則容易被腐蝕。
對設(shè)計要求高：大跨度空間管桁結(jié)構(gòu)對承載力和穩(wěn)定性的要求很高，設(shè)計中稍有差池，結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)局部失穩(wěn)或整體失穩(wěn)的現(xiàn)象，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的崩塌，造成嚴(yán)重?fù)p失。