CN103938555B - 一种检测加固用预应力可调支架的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测加固用预应力可调支架的设计方法,属于土木工程桥梁与隧道检测加固领域。本发明包括钢丝索、轻质高强合金材料Ⅰ、可调预应力钢束、轻质高强合金材料Ⅱ、锚具、锚固钢板。本发明通过施加预应力,不仅能减少支架下缘的用料量,进而达到减轻自重的目的,而且预应力钢筋张拉力的可调性能够使该支架工作平台经济广泛的用于多种承载要求的桥梁检测、加固和维修任务中,减小结构变形,从根本上解决桥梁检测支架的承载能力和安全使用问题;可以在实现减轻支架工作平台自重的同时,提高结构自身刚度和跨越能力,又通过预应力钢筋张拉力的可调性,提高了桥梁检测支架的适用范围,基于此,又可实现桥梁检测支架工作平台的多次重复使用。

Description

-种检测加固用预应力可调支架的设计方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种检测加固用预应力可调支架的设计方法,属于±木工程桥梁与隧 道检测加固领域。
背景技术
[0002] 目前,我们所见到的桥梁检测支架是由上端固定装置、安全锁、电器控制箱、提升 机、工作平台、悬索组成。将上部固定装置固定到桥梁上部,把钢丝索穿过上端固定结构,垂 放钢丝索,组装检测支架平台,装提升安全索,检查并确认安装正确,试运行。一般的桥梁检 测支架为了承载自身重力、各种桥梁检测设备W及检测维修人员的荷载,往往支架下缘的 用钢量很大,从而进一步加大了自重,占用了桥梁支架的大部分承载能力,不能实现添加较 大的荷载。特别是桥梁较宽时,需要跨径更大的支架,而支架跨径变大,则自重增加很快,其 可操作性就越难。有时候就不得不搭设昂贵的满堂式支架,而满堂式支架不仅造价高,安全 隐患也多。
发明内容
[0003] 本发明提供了一种检测加固用预应力可调支架的设计方法,W用于有工作支架平 台自重大,刚度小,变形大和跨越能力的不足。
[0004] 本发明的技术方案是:一种检测加固用预应力可调支架的设计方法,所述方法的 具体步骤如下:
[0005] -、将4片轻质合金材料II 4通过端部的4片轻质合金材料I 2进行定位,形成该 桥梁检测支架的基本骨架;
[0006] 二、采用轻质合金材料I 2按等间距在支架的侧面和底面布置横向竖向W及斜向 的支承,顶面仅在支架端部的上缘布置两片横向支承,构成巧架结构的標条部分,增强该支 架的局部稳定性;
[0007] Ξ、根据:
Figure CN103938555BD00031
确定可调预应力钢束3的张拉控制应 力写式中,别为同一截面处绕4由和的弯矩,網、游为截面塑性发展系数取 1. 0,心分别为对4由和的净截面模量;
[0008] 根据
Figure CN103938555BD00032
确定可调预应力钢束3或者轻质合金材料II 4的横截面 面积;式中,#为结构的重要性系数取1. 0, 支架横截面抗拉承载力,4、分别为轻质 合金材料II 4的横截面面积、可调预应力钢束3的横截面面积,/μ为轻质合金材料II 4的 抗拉强度,写历可调预应力钢束3的张拉控制应力;
[0009] 四、错具5根据计算确定好的可调预应力钢束3的横截面面积及张拉控制应力来 决定错具5的规格,并将可调预应力钢束3错固在错固钢板6上;
[0010] 五、检测加固用预应力可调支架全部荷载通过支架与桥梁主体相连的钢丝索1进 行传递。
[0011] 所述错固钢板6位于支架两端并与下方的两片轻质合金材料II 4相焊接,每端各 有2个错固钢板6。
[0012] 所述支架整体形成3面巧架,1面开口的结构形式。
[0013] 所述可调预应力钢筋3的束数、每束中钢绞线的根数根据实际工程需要进行增减 且可调预应力钢束3的分段长度与支架的分段长度一致,段间可调预应力钢束3之间通过 错具5链接。
[0014] 所述可调预应力钢束3的束数为2个时,需沿支架纵轴对称布置W避免出现平面 外弯矩所导致的结构失稳。
[0015] 所述步骤Ξ中,普通钢筋的横截面积心巧W看作是4片轻质合金材料II 4的截面 面积参与正截面抗拉承载力计算。
[0016] 本发明的工作原理是:
[0017] 在支架工作平台的下端,设置一根可调预应力钢束3,根据不同检测维修任务计算 处需要具体要对钢束施加的张拉力,将可调预应力钢束3布设在轻质高强合金材料II 4下 端的错固钢板6上,在错固钢板6上安装错具5,采用千斤顶对支架工作平台两端对称同时 张拉,钢束所受应力达到预定值后将钢束做错固处理,并通过支架与桥梁主体相连的钢丝 索1传递支架上的所有竖向荷载。对工作平台加设预应力钢束后,由于采用的是预应力钢 绞线,提升了支架工作平台的抗拉强度,下端的弦杆的轻质高强合金材料II 4用量W及形 成支架基本骨架的轻质高强合金材料I 2用量可W大量减少,从而达到减轻自重的目的, 且节约支架工作平台的制作成本;钢束的抗拉强度高,相应提高结构的刚度和使用稳定性; 当施加张拉力时,结构下端因张拉力的作用,结构产生向上的反拱,当结构承载时可抵消一 部分变形。
[0018] 本发明的有益效果是:通过施加预应力,不仅能减少支架下缘的用料量,进而达到 减轻自重的目的,而且预应力钢筋张拉力的可调性能够使该支架工作平台经济广泛的用于 多种承载要求的桥梁检测、加固和维修任务中,减小结构变形,从根本上解决桥梁检测支架 的承载能力和安全使用问题;可W在实现减轻支架工作平台自重的同时,提高结构自身刚 度和跨越能力,又通过预应力钢筋张拉力的可调性,提高了桥梁检测支架的适用范围,基于 W上两点,又可实现桥梁检测支架工作平台的多次重复使用,从多方面多角度降低桥梁支 架的制作及使用成本,且结构简单,制作装配工序简易可行。
附图说明
[0019] 图1为本发明中检测加固用预应力可调支架的平面图;
[0020] 图2为本发明中检测加固用预应力可调支架的立面图;
[0021] 图3为本发明中检测加固用预应力可调支架的A-A剖面图;
[0022] 图4为本发明中检测加固用预应力可调支架的错具大样图;
[0023] 图中各标号:1为钢丝索、2为轻质高强合金材料I、3为可调预应力钢束、4为轻质 高强合金材料II、5为错具、6为错固钢板。
具体实施方式
[0024] 实施例1 :如图1-4所示,种检测加固用预应力可调支架的设计方法,所述方法的 具体步骤如下:
[00巧]一、将4片轻质合金材料II 4通过端部的4片轻质合金材料I 2进行定位,形成该 桥梁检测支架的基本骨架;
[0026] 二、采用轻质合金材料I 2按等间距在支架的侧面和底面布置横向竖向W及斜向 的支承,顶面仅在支架端部的上缘布置两片横向支承,构成巧架结构的標条部分,增强该支 架的局部稳定性;
[0027] Ξ、根据
Figure CN103938555BD00051
确定可调预应力钢束3的张拉控制应 力冷式中,%·、别为同一截面处绕4由和的弯矩,靴、娘为截面塑性发展系数取 1. 0,心分别为对4由和的净截面模量;
[002引根据?<怎4 确定可调预应力钢束3或者轻质合金材料II 4的横截面 面积;式中,:¾为结构的重要性系数取1.0, 支架横截面抗拉承载力,4、分别为轻质 合金材料II 4的横截面面积、可调预应力钢束3的横截面面积,/μ为轻质合金材料II 4的 抗拉强度,写历可调预应力钢束3的张拉控制应力;
[0029] 四、错具5根据计算确定好的可调预应力钢束3的横截面面积及张拉控制应力来 决定错具5的规格,并将可调预应力钢束3错固在错固钢板6上;
[0030] 五、检测加固用预应力可调支架全部荷载通过支架与桥梁主体相连的钢丝索1进 行传递。
[0031] 所述错固钢板6位于支架两端并与下方的两片轻质合金材料II 4相焊接,每端各 有2个错固钢板6。
[0032] 所述支架整体形成3面巧架,1面开口的结构形式。
[0033] 所述可调预应力钢筋3的束数、每束中钢绞线的根数根据实际工程需要进行增减 且可调预应力钢束3的分段长度与支架的分段长度一致,段间可调预应力钢束3之间通过 错具5链接。
[0034] 所述可调预应力钢束3的束数为2个时,需沿支架纵轴对称布置W避免出现平面 外弯矩所导致的结构失稳。
[0035] 所述步骤Ξ中,普通钢筋的横截面积心巧W看作是4片轻质合金材料II 4的截面 面积参与正截面抗拉承载力计算。
[003引实施例2 :如图1-4所示,一种检测加固用预应力可调支架的设计方法,一种检测 加固用预应力可调支架的设计方法,所述方法的具体步骤如下:
[0037] 一、将4片太空侣6061-L100 X 50 X 5通过端部的4片太空侣6063-L70 X 50 X 5进 行定位,形成该桥梁检测支架的基本骨架;
[003引二、采用太空侣6063-L70X50X5按等间距在支架的侧面和底面布置横向竖向W 及斜向的支承,顶面仅在支架端部的上缘布置两片横向支承,构成巧架结构的標条部分,增 强该支架的局部稳定性;
[0039] Ξ、根据
Figure CN103938555BD00061
巧定可调预应力钢束3的张拉控制应 力冷/;式中,%·、别为同一截面处绕4由和的弯矩,靴、娘为截面塑性发展系数取 1. 0,心分别为对4由和的净截面模量;
[0040] 根据邦如ί呈為藻去編報确定可调预应力钢束3或者eoei-Liooxsoxs的横截 面面积;式中,t为结构的重要性系数取1.0, ^支架横截面抗拉承载力,4、分别为 太空侣6061-L100X50X5的横截面面积、可调预应力钢束3的横截面面积,/s历太空侣 6061-L100X50X5的抗拉强度,/p历可调预应力钢束3的张拉控制应力;
[0041] 四、错具5根据计算确定好的可调预应力钢束3的横截面面积及张拉控制应力来 决定错具5的规格,并将可调预应力钢束3错固在错固钢板6上;
[0042] 五、检测加固用预应力可调支架全部荷载通过支架与桥梁主体相连的钢丝索1进 行传递。
[0043] 所述错固钢板6位于支架两端并与下方的两片轻质合金材料II 4相焊接,每端各 有2个错固钢板6。
[0044] 所述支架整体形成3面巧架,1面开口的结构形式。
[0045] 所述可调预应力钢筋3的束数、每束中钢绞线的根数根据实际工程需要进行增 减。
[0046] 所述可调预应力钢束3的束数为2个时,需沿支架纵轴对称布置W避免出现平面 外弯矩所导致的结构失稳。
[0047] 所述步骤Ξ中,普通钢筋的横截面积心巧W看作是4片太空侣6061-L100 X 50 X 5 的截面面积参与正截面抗拉承载力计算。
[0048] 具体参数设计如下:
[0049] 支架外形尺寸为长32m,宽1. 05m,高1. 295m,支架最大均布荷载2000kg,单 片支架跨中最大弯矩为i^l346. 4KN · m,对于太空侣6061-L100X50X5计算跨径3m, 公 =2. 0X105Mpa,/^=159454. 6cm4, F产2513. 15cm3主要承担沿4由的弯矩,其中经过计算 作用在太空侣6061-L100X50X5上的弯矩为必产166. 08KN · m。同理,作用在太空侣 6063-L70X50X5上的弯矩为必片.85KN · m,《产21. 62cm3,配置可调预应力钢束3、太空侣 6061-L100X50X5参与受力,且因该支架为临时工程,故许用应力提高30%,综上可得:
[0050] yV户259. 75kN:
Figure CN103938555BD00062
[0051] 确定可调预应力钢束3的张拉控制应力,即太空侣6061-L100X50X5选用材质 6061太空侣材料,/s户leiMpa ;可调预应力钢束3选用预应力钢绞线写户1470Mpa,注:/SP 写点马中的最小值,其值的1. 3倍必须大于201. 85Mpa。
[0052] 可调预应力钢束3和太空侣6061-L100X50X5的横截面面积的确定:
[0053] 运里,分两种情况考虑:
[0054] 1)不考虑可调预应力钢束3,则需满足玲,其中4>=〇,故可求得 4=1613. 4臟2,实配 4X (100X50-95X45) =2900臟2满足要求。
[00巧]2)不考虑太空侣6063-L70X50X5和太空侣6061-L100X50X5,则仍需满足 ,、;,-、空心t ,其中心0,选取可调预应力钢束3材料为预应力钢绞线冷/=!47〇Mpa, 故可求得令=176. 7mm2。
[0056] 通过对比1)和2)可W得出,緣:=|雜賴攤燃缉鮮辩,即使用可调预应力钢束 3后,等跨径桥梁检测支架的材料使用量可至少减少90% W上,同时可W减小轻质高强合金 材料I 2或轻质高强合金材料II 4的使用,用可调预应力钢束3代替受力。
[0057] 错具5选取螺纹错头,可调预应力钢束3的分段长度与支架的分段长度一致,错具 5,即本例中的螺纹错头布置在支架端部的四个错固钢板6上,段间的可调预应力钢束3通 过错具5即螺纹错头连接。
[0058] 本例所采用的可调预应力钢束3仅是现有预应力钢绞线中抗拉强度最小的一种, 故可调预应力钢束3的可调控性很强、在桥梁检测加固支架中能够十分合理有效的提高支 架的跨度,增强桥梁检测支架的适用范围。
[0059] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述 实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可W在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。

Claims (6)

1. 一种检测加固用预应力可调支架的设计方法,其特征在于:所述方法的具体步骤如 下: 一、 将4片轻质合金材料II(4)通过端部的4片轻质合金材料I(2)进行定位,形成该 可调支架的基本骨架; 二、采用轻质合金材料I(2)按等间距在支架的侧面和底面布置横向竖向以及斜向的 支承,顶面仅在支架端部的上缘布置两片横向支承,构成桁架结构的檩条部分,增强该支架 的局部稳定性;
Figure CN103938555BC00021
f=min[fsd,fpd]确定可调预应力钢束(3)的张拉控制应力 fpd;式中,Mx、My分别为同一截面处绕X轴和y轴的弯矩,γχ、yy为截面塑性发展系数,取 1. 0,Wx、Wy*别为对X轴和y轴的净截面模量; 根据YDNd<fsdAs+fpdAp确定可调预应力钢束(3)或者轻质合金材料II(4)的横截面 面积;式中,γc为结构的重要性系数,取1. 〇,Nd为支架横截面抗拉承载力,As、Ap分别为轻 质合金材料II(4)的横截面面积、可调预应力钢束(3)的横截面面积,fsd为轻质合金材料 II(4)的抗拉强度,fpd为可调预应力钢束(3)的张拉控制应力; 四、 根据计算确定好的可调预应力钢束(3)的横截面面积及张拉控制应力来决定锚具 (5)的规格,并将可调预应力钢束⑶锚固在锚固钢板(6)上; 五、 检测加固用预应力可调支架全部荷载通过支架与桥梁主体相连的钢丝索(1)进行 传递。
2. 根据权利要求1所述的检测加固用预应力可调支架的设计方法,其特征在于:所述 锚固钢板(6)位于支架两端并与下方的两片轻质合金材料II(4)相焊接,每端各有2个锚 固钢板(6)。
3. 根据权利要求1所述的检测加固用预应力可调支架的设计方法,其特征在于:所述 支架整体形成3面桁架,1面开口的结构形式。
4. 根据权利要求1所述的检测加固用预应力可调支架的设计方法,其特征在于:所述 可调预应力钢束(3)的束数、每束中钢绞线的根数根据实际工程需要进行增减且可调预应 力钢束(3)的分段长度与支架的分段长度一致,段间可调预应力钢束(3)之间通过锚具(5) 连接。
5. 根据权利要求1所述的检测加固用预应力可调支架的设计方法,其特征在于:所述 可调预应力钢束(3)的束数为2个时,需沿支架纵轴对称布置以避免出现平面外弯矩所导 致的结构失稳。
6. 根据权利要求1所述的检测加固用预应力可调支架的设计方法,其特征在于:所述 步骤三中,普通钢筋的横截面积1看作是4片轻质合金材料II(4)的截面面积参与正截面 抗拉承载力计算。
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