[发明专利]钢构坝空间桁架结构单元体及拱式钢构坝

说明书

一、技术领域：

本发明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。

二、背景技术：

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匀沉降，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。

三、发明内容：

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，本发明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O(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O’(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。