CN111395210A - 一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法。本发明实现的过程中需要用到桁架主梁、纵向预应力筋、斜向预应力筋、支座、侧立柱、支撑横梁及锚固装置。侧立柱设置于紧邻桁架桥墩支座两侧的竖腹杆处，用于锚固斜向预应力筋并将锚固力的竖向荷载传递到桥墩上；沿跨设置有支撑横梁，斜向预应力筋的一侧锚固在支撑横梁上，另一侧与侧立柱锚固；在与桁架主梁下弦杆平行的每对支撑横梁间用纵向预应力筋进行对拉及锚固，以实现对桁架主梁在竖向平面内的加强和张拉。本发明能够有效减少桁架梁跨中区域的弯矩，并使荷载弯矩沿跨方向相对均衡合理，降低桁架的梁高，使桁架杆件截面尺寸的均匀化，便于工业化制造和节点板的设计连接。

Description

一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法

技术领域

本发明涉及一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法。

背景技术

钢桁架梁桥使用钢桁架组成的空间结构作为主梁的截面形式，桁架梁桥由主桁、联结系、桥面系及桥面组成。主桁架是钢桁架梁桥的主要承重结构，它由上弦杆、下弦杆和腹杆组成，其主要作用是承受竖向荷载并将荷载传递给支座。主桁各杆件之间通过节点板连接形成节点，有斜腹杆交汇的节点的受力、构造尤为复杂。连续梁桥中存在正负弯矩，中间支点处的内力变化较大，因此常常需要采用不同高度的腹杆来变化梁高，但制造和施工均较复杂。同时桁架梁桥本身自重较轻，需采用较大的梁高来提高刚度，减少挠曲程度，梁高一般为跨径的1/7左右。这一定程度上会使桁架梁桥的横向稳定性减弱，同时不利于建造较大跨径的桁架梁桥。

体外预应力技术，是指预应力筋布置在结构构件截面之外，与预应力筋布置在结构构件截面内相对而言的预应力技术。采用该技术的结构可以在不影响正常使用的情况下调整体外预应力束的应力，甚至更换体外预应力束，从而延长结构使用寿命，另外，体外预应力筋布置灵活，可以应用于多种形式的桥梁结构，并可与传统桥梁施工方法结合形成新的高效安全的施工方法。然而体外预应力技术多用于混凝土桥梁，在钢桥领域很少应用。钢桁架矮塔斜拉桥的拉索类似于体外预应力筋，然而矮塔斜拉桥仍需一定高度的主塔来提供锚固端，增加了施工时间和施工成本，并且不适用于有建筑限高位置的桥梁。对于桁架梁桥，其主梁高度一般较高，因此可以直接在桁架主梁上张拉预应力筋来提高桥梁的承载能力。

发明内容

本发明的目的是针对桁架梁桥跨中区域存在过大的不均匀弯矩，提出一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法，既能能够有效减少桁架梁跨中区域的弯矩，并使荷载弯矩沿跨方向相对均衡合理，降低桁架的梁高，又能使桁架杆件截面尺寸的均匀化，便于工业化制造和节点板的设计连接，减少用钢量。

为实现上述目的，本发明采用的的技术方案如下：

本发明实现的过程中需要用到桁架主梁1、纵向预应力筋2、斜向预应力筋3、支座4、侧立柱5、桁架弹性支撑的支撑横梁6及锚固装置7；

侧立柱5设置于紧邻桁架桥墩支座4两侧的竖腹杆处，主要用于锚固斜向预应力筋3并将锚固力的竖向荷载传递到桥墩上；沿跨设置若干对桁架主梁1起到弹性支撑的支撑横梁6，使其用多根体外的斜向预应力筋3与侧立柱5相连及锚固；在与桁架主梁1下弦杆平行的每对支撑横梁6间用纵向预应力筋2进行对拉及锚固，以实现对桁架主梁1在竖向平面内的加强和张拉；以此减少桁架主梁1跨中的弯矩和挠度，降低桁架主梁1跨中区域下弦杆的拉应力，从而实现桁架主梁1与纵向预应力筋2、斜向预应力筋3共同分担荷载。

进一步，侧立柱5设置于紧邻桁架桥墩支座4两侧的竖腹杆处，并通过桁架主梁1支点处的横梁及支座4将侧立柱5的竖向荷载传递至桥墩基础。

进一步，，侧立柱5采用工字型钢，其一是为斜向预应力筋3提供锚固端，其二是承受张紧的斜向预应力筋3的竖向分力，并将其直接传递到桥墩上。

考虑到体外预应力张拉体系本身是一多次超静定体系，以及桁架主梁1承受活载的不对称性，应允许侧立柱5与桁架主梁1两侧的竖腹杆在允许范围内有相对水平偏移。

侧立柱5采用钢结构，为加强侧立柱5钢结构的局部刚度及稳定性，可在侧立柱5的竖向每隔指定间距增设加劲板，提高局部的抗压性能。

进一步，通过在侧立柱5上预留的预应力筋管道，将桁架主梁1跨中侧的斜向预应力筋3穿过设置在中间支座4上的侧立柱5上预留的预应力筋管道，并锚固在侧立柱5的另一侧；针对同一中间支座4的侧立柱5，该中间支点的边跨侧的斜向预应力筋3也将交汇锚固在该侧立柱5的对应点上，并实现体外预应力筋的水平分力的传递及平衡。

进一步的，在加工侧立柱5时，在侧立柱5外侧壁相应位置处焊接与斜向预应力方向垂直的锚垫板，以方便斜向预应力筋3的张拉及锚固。

进一步的，桁架主梁下弦杆平行的每对支撑横梁间的纵向预应力筋2对拉并锚固在支撑横梁6上。

本发明各体外预应力可通过调节预张拉以平衡或部分平衡桁架的自重荷载，并改善桁架梁体的内力，使桁架杆件截面尺寸更为均匀化，便于工业化制造和节点板的设计连接，以利各构件的材料性能得到充分利用。

本发明通过对桁架主梁桥施加预应力，使桁架结构的刚度增加，从而可以降低桁架梁高，或在相同设计桁架高度下增大普通桁架梁桥的跨径。在施工时可利用张拉预应力筋进行逐段悬臂拼装桁架梁体，增大桁架桥跨径时无需采用变截面形式，方便预制和安装，缩短了桥梁施工时间。同时，该体外预应力筋体系也可用于有桁架梁桥设计荷载水平提高要求时的加固提升措施。

本发明的预应力筋采用高强粗钢筋，外涂覆环氧涂层或油脂等进行防腐，可根据需分担桁架梁结构内力的比例进行调节和设计。预应力筋下侧锚固在弹性支撑的支撑横梁上，在每对横梁之间张拉与桁架梁平行的体外预应力筋并锚固在钢横梁上。各体外预应力可通过调节预张拉以平衡或部分平衡桁架的自重荷载，并改善桁架梁体的内力，使桁架杆件截面尺寸更为均匀化，便于工业化制造和节点板的设计连接，以利各构件的材料性能得到充分利用。

本发明的有益效果如下：

(1)通过对桁架梁桥施加体外预应力，能够有效减少桁架梁跨中区域的弯矩，并使荷载弯矩沿跨方向相对均衡合理，同时增大桁架结构的刚度，从而可以降低桁架梁高，或在相同设计桁架高度下增大普通桁架梁桥的跨径。

(2)在增大桁架桥跨径时无需采用变截面形式，方便预制和安装，缩短了桥梁施工时间；体外预应力筋方便更换，同时可以安装索力传感器监测预应力筋的受力情况，及时发现问题并进行桥梁维护，能够充分保障桥梁的安全和使用性能，延长桥梁使用寿命。

附图说明

图1为张拉体外预应力筋的桁架梁桥立面图

图2为张拉体外预应力筋的桁架梁桥平面图

图3为侧立柱锚固端构造图

图4为侧立柱平面图

图中包括：桁架主梁1；纵向预应力筋2；斜向预应力筋3；支座4；侧立柱5；支撑横梁6；锚固装置7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1-图4所示，种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法。具体实现如下：

步骤1、在完成桥梁的下部结构施工后，对桁架主梁1进行搭设拼装，对于跨径较大的桥梁可搭设临时支撑以减小主梁跨中弯矩。

步骤2、拼装完成桁架主梁1后，将预制好的工字型侧立柱5安装在桥墩上，侧立柱5与桥墩之间采用螺栓固结。

在工字型侧立柱5的翼缘板外侧相应位置处设置倾斜的锚垫板，如图3所示，以适应斜向预应力筋3的张拉方向。在预应力筋通道位置附近可增设若干加劲肋，防止侧立柱5的面板因局部应力过大而出现翘曲现象。通过限位装置将侧立柱5与支座4上方的桁架主梁1连接，防止侧立柱5产生较大的位移，同时可避免桁架主梁1承担过大的荷载。

所述的限位装置为现有装置，可直接使用。

步骤3、将支撑横梁6安装在桁架主梁1下侧，其作用是用于锚固纵向预应力筋2和斜向预应力筋3，并对桁架主梁1形成弹性支撑。

进一步的支撑横梁6也可以在拼装桁架主梁1时同时安装。采用焊接或者螺栓连接，在预先设计的张拉节点位置安装支撑横梁6，在保证施工可行性的情况下，支撑横梁6上锚固纵向预应力筋2和斜向预应力筋3的位置应尽可能靠近桁架主梁1张拉节点位置。

步骤4、在相对应的两根支撑横梁6上对拉纵向预应力筋2。采用拉杆接长法，将拉杆与纵向预应力筋2连接，然后利用千斤顶多次运动，逐渐将张拉端拉出锚固面，拆掉多余的拉杆，安装锚固螺母锚定。利用锚固装置7将纵向预应力筋2的一端在支撑横梁6上锚定，另一端利用千斤顶进行张拉，张拉至预先设计的拉力大小后，在对应的另一个支撑横梁6上进行锚固。在张拉过程中，需保证桁架主梁1两侧的纵向预应力筋2同时张拉，以确保桁架主梁1两侧受力一致，避免在桁架主梁1内产生扭矩，同时对桁架主梁1的变形进行检测，防止变形超出设计范围。

同时张拉两侧斜向预应力筋3，同样采用拉杆接长法将斜向预应力筋3的一端锚固在支撑横梁6上，然后采用单吊点法，利用卷扬机和牵引绳将斜向预应力筋3的另一端准确地牵引进入侧立柱5的预应力筋孔道内并通过锚固装置7锚定。待斜向预应力筋3的两端都完成锚定后，开始同时张拉至设计拉力大小并锚定斜向预应力筋3，在张拉过程中进行实时的变形监测。

在完成一组纵向预应力筋2和斜向预应力筋3的安装和张拉后，继续张拉余下的纵向预应力筋2和斜向预应力筋3，在完成所有的预应力筋张拉后再进行索力的调整，整个过程需对桁架主梁1的位移和变形进行实时监测。

Claims (6)

1.一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法，其特征在于该方法实现的过程中需要用到桁架主梁(1)、纵向预应力筋(2)、斜向预应力筋(3)、支座(4)、侧立柱(5)、桁架弹性支撑的支撑横梁(6)及锚固装置(7)；

侧立柱(5)设置于紧邻桁架桥墩支座(4)两侧的竖腹杆处，用于锚固斜向预应力筋(3)并将锚固力的竖向荷载传递到桥墩上；沿跨设置有对桁架主梁(1)起到弹性支撑的支撑横梁(6)，斜向预应力筋(3)的一侧锚固在支撑横梁(6)上，另一侧与侧立柱(5)相连及锚固；在与桁架主梁(1)下弦杆平行的每对支撑横梁(6)间用纵向预应力筋(2)进行对拉及锚固，以实现对桁架主梁(1)在竖向平面内的加强和张拉；从而实现桁架主梁(1)与纵向预应力筋(2)、斜向预应力筋(3)共同分担荷载。

2.根据权利要求1所述的一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法，其特征在于侧立柱(5)设置于紧邻桁架桥墩支座(4)两侧的竖腹杆处，并通过支座(4)将侧立柱(5)的竖向荷载传递至桥墩基础；

侧立柱(5)采用工字型钢，其一是为斜向预应力筋(3)提供锚固端，其二是承受张紧的斜向预应力筋(3)的竖向分力，并将其直接传递到桥墩上；侧立柱(5)的竖向每隔指定间距增设加劲板，提高局部的抗压性能。

3.根据权利要求1所述的一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法，其特征在于允许侧立柱(5)与桁架主梁(1)两侧的竖腹杆在允许范围内有相对水平位移。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法，其特征在于通过在侧立柱(5)上预留的预应力筋管道，将桁架主梁(1)跨中侧的斜向预应力筋(3)穿过设置在中间支座(4)上的侧立柱(5)上预留的预应力筋管道，并锚固在侧立柱(5)的另一侧；针对同一中间支座(4)的侧立柱(5)，该中间支点的边跨侧的斜向预应力筋(3)也将交汇锚固在该侧立柱(5)的对应点上，并实现体外预应力筋的水平分力的传递及平衡。

5.根据权利要求4所述的一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法，其特征在于在加工侧立柱(5)时，在侧立柱(5)外侧壁相应位置处焊接与斜向预应力方向垂直的锚垫板，以方便斜向预应力筋(3)的张拉及锚固。

6.根据权利要求5所述的一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法，其特征在于具体实施过程如下：

步骤1、在完成桥梁的下部结构施工后，对桁架主梁(1)进行搭设拼装，对于跨径较大的桥梁可搭设临时支撑以减小桁架主梁跨中弯矩；

步骤2、拼装完成桁架主梁(1)后，将预制好的工字型侧立柱(5)安装在桥墩上，侧立柱(5)与桥墩之间采用螺栓固结；

在工字型侧立柱(5)的翼缘板外侧相应位置处设置倾斜的锚垫板，以适应斜向预应力筋(3)的张拉方向；在预应力筋通道位置附近可增设若干加劲肋；通过限位装置将侧立柱(5)与支座(4)上方的桁架主梁(1)连接，防止侧立柱(5)产生较大的位移，同时避免桁架主梁(1)承担过大的荷载；

步骤3、将支撑横梁(6)安装在桁架主梁(1)下侧，用于锚固纵向预应力筋(2)和斜向预应力筋(3)，并对桁架主梁(1)形成弹性支撑；

支撑横梁(6)可以与桁架主梁(1)同时安装，采用焊接或者螺栓连接；在预先设计的张拉节点位置安装支撑横梁(6)，在保证施工可行性的情况下，支撑横梁(6)上锚固纵向预应力筋(2)和斜向预应力筋(3)的位置应尽可能靠近桁架主梁(1)张拉节点位置；

步骤4、在相对应的两根支撑横梁(6)上对拉纵向预应力筋(2)；采用拉杆接长法，将拉杆与纵向预应力筋(2)连接，然后利用千斤顶多次运动，逐渐将张拉端拉出锚固面，拆掉多余的拉杆，安装锚固螺母锚定；利用锚固装置(7)将纵向预应力筋(2)的一端在支撑横梁(6)上锚定，另一端利用千斤顶进行张拉，张拉至预先设计的拉力大小后，在对应的另一个支撑横梁(6)上进行锚固；在张拉过程中，需保证桁架主梁(1)两侧的纵向预应力筋(2)同时张拉，以确保桁架主梁(1)两侧受力一致，避免在桁架主梁(1)内产生扭矩，同时对桁架主梁(1)的变形进行检测，防止变形超出设计范围；

同时张拉两侧斜向预应力筋(3)，同样采用拉杆接长法将斜向预应力筋(3)的一端锚固在支撑横梁(6)上，然后采用单吊点法，利用卷扬机和牵引绳将斜向预应力筋(3)的另一端准确地牵引进入侧立柱(5)的预应力筋孔道内并通过锚固装置(7)锚定；待斜向预应力筋(3)的两端都完成锚定后，开始同时张拉至设计拉力大小并锚定斜向预应力筋(3)，在张拉过程中进行实时的变形监测；

在完成一组纵向预应力筋(2)和斜向预应力筋(3)的安装和张拉后，继续张拉余下的纵向预应力筋(2)和斜向预应力筋(3)，在完成所有的预应力筋张拉后再进行索力的调整，整个过程需对桁架主梁(1)的位移和变形进行实时监测。

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