CN113174830A - 一种钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，包括以下步骤：设定钢桁结合梁斜拉桥的中跨钢桁梁跨中变形的目标下挠值；以目标下挠值作为目标合龙状态，进行中跨钢桁梁的悬臂架设；其中，在主塔两侧的同步安装长度范围内对混凝土板和钢桁梁进行同步安装；进行中跨钢桁梁的悬臂合龙；在非同步安装长度范围内进行混凝土板安装；拉升中跨主梁至设计高程位置。本发明，在斜拉桥施工过程中，以目标下挠值为合龙状态进行中跨钢桁梁架设，混凝土板和钢桁梁在预设区域内非同步安装，结合斜拉桥施工中的索力控制，实现钢桁结合梁中混凝土板的内力调整。方法易于操作实施，解决了常规混凝土内力调整方法中内力不能有效施加在混凝土板上的问题。

Description

一种钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法

技术领域

本发明涉及斜拉桥钢桁结合梁技术领域，具体涉及一种钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法。

背景技术

钢桁结合梁泛指在高度上由钢桁梁和混凝土板两者共同组成的主梁结构，在钢桁结合梁结构中，由于用混凝土桥面板代替了钢桁梁结构中的钢桥面板，主梁结构的整体刚度得以提升，同时其经济优势也较为明显。因此，随着钢桁结合梁技术的发展，钢桁结合梁逐渐成为斜拉桥设计中优选的主梁方案。

但是，混凝土作为一种只能承受压力的材料，混凝土的抗裂问题成为钢桁结合梁设计时首要考虑的问题。钢桁结合梁中，由于混凝土材料的收缩原因，在混凝土板内会产生收缩拉应力；断面承受拉力或对应弯矩时，基于平截面的受力模式，混凝土板也会承受拉力；因此，钢桁结合梁设计时，需要采取措施对钢桁结合梁的混凝土板进行内力调整，即主动施加预压应力作为应力储备，以平衡混凝土收缩和载荷产生的拉应力。

常见的结合梁混凝土板内力调整方法有混凝土板内张拉预应力以及支点顶、落梁方案。由于钢桁梁截面面积、刚度远大于混凝土板，张拉预应力方案产生的预压应力将大部分施加于钢桁梁上，难以有效施加压应力与混凝土板上。而支点顶、落梁方案，多用于调整支点区域的结合梁混凝土板内力，不适用于钢桁结合梁斜拉桥中非中支点区域。

有鉴于此，急需一种适用于钢桁结合梁斜拉桥混凝土板的内力调整方法，以适应钢桁结合梁设计时混凝土内力的调整。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有混凝土板内力调整方法产生的预压应力难以有效施加在混凝土板上、不适用于钢桁结合梁斜拉桥中非中支点区域的问题。

为此，本发明提供的一种钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，包括以下步骤：

一种钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定钢桁结合梁斜拉桥的中跨钢桁梁跨中变形的目标下挠值△h；

以目标下挠值△h作为目标合龙状态，进行中跨钢桁梁的悬臂架设；其中，在主塔两侧的同步安装长度范围Li内对混凝土板和钢桁梁进行同步安装；

进行中跨钢桁梁的悬臂合龙；

在中跨钢桁梁上非同步安装长度范围L0内进行混凝土板安装；

拉升中跨主梁至设计高程位置。

在上述技术方案中，优选地，所述目标下挠值△h根据钢桁结合梁的中跨断面上所需施加的最大调整负弯矩计算得出，所述最大调整负弯矩根据结构受力安全原则由钢桁结合梁的结构刚度、斜拉桥的跨度L和作用荷载推算得出。

在上述技术方案中，优选地，所述中跨钢桁梁的悬臂架设还包括根据目标下挠值△h进行钢桁梁的悬臂线形调整。

在上述技术方案中，优选地，所述钢桁梁的悬臂架设线形调整包括以下步骤：

推算一次成桥中跨钢桁梁的跨中变形值等于目标下挠值△h时各斜拉索的无应力索长值Si，并根据各斜拉索的无应力索长值Si推算斜拉索挂设时的索张力初始值Ti₀；

根据所述挂设索张力初始值Ti₀，确定斜拉索挂设时的挂设索张力值Ti。

在上述技术方案中，优选地，所述中跨钢桁梁的悬臂架设中混凝土板的安装还包括同步安装长度范围Li、非同步安装长度范围L0的计算。

在上述技术方案中，优选地，所述非同步安装长度范围L0的计算包括以下步骤：

根据钢桁结合梁的结构刚度、斜拉桥的中跨跨度L以及作用荷载，采用结构受力安全为原则，推算中跨钢桁结合梁需施加的调整负弯矩的范围；

根据中跨钢桁结合梁需施加的调整负弯矩的范围推算非同步安装长度范围L0。

在上述技术方案中，优选地，边跨钢桁梁和中跨钢桁梁的悬臂架设方式均采用对称悬拼法。

在上述技术方案中，优选地，边跨钢桁梁进行悬臂架设时存在边跨合龙口，所述边跨合龙口的下挠值hi高度由所述目标下挠值△h推算得出。

在上述技术方案中，优选地，钢桁结合梁包括钢桁梁结构和混凝土板，所述钢桁梁结构包括：

主桁结构，分别设有在所述钢桁结合梁两侧；

横向联结系，设置在所述主桁结构之间，设置在所述主桁结构的上部；

结合钢桥面，设置在所述主桁结构的下部，所述混凝土桥面板固定在所述结合钢桥面的顶面上；

斜拉索锚固装置，设置在所述主桁结构的顶面上，用于固定斜拉索。

在上述技术方案中，优选地，所述混凝土桥面板通过剪力钉与所述结合钢桥面和所述主桁结构连接固定。

由上述技术方案可知，本发明提供的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，用于钢桁结合梁斜拉桥混凝土板的内力调整，为混凝土板施加预压应力，提高混凝土板的抗裂能力。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

根据钢桁梁和混凝土板各自的结构特点，并结合斜拉桥的施工过程，通过设定斜拉桥中跨钢桁梁跨中变形的目标下挠值，并以此目标下挠值为目标合龙状态进行中跨钢桁梁悬臂架设，并在设定长度范围内采用钢桁梁和混凝土板非同步安装的方式，通过调整斜拉索索力值，调整钢桁梁的架设姿态以及合龙后施加于非同步安装区域钢桁结合梁的调整负弯矩，实现在钢桁结合梁非同步安装区域内混凝土板上施加预压应力，对混凝土板内力实现主动调整，解决了钢桁结合梁斜拉桥中的非支点区域混凝土板抗裂问题。

常规的斜拉桥架设时，通常要求主梁保持水平的架设姿态，而本发明则调整了主梁悬臂架设时的线形姿态和混凝土板的安装时机，并结合斜拉桥施工中的索力控制，实现了钢桁梁结合梁中混凝土板的内力调整。方法易于操作实施，效果明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明钢桁结合梁斜拉桥中跨跨中变形下挠值△h示意图；

图2为本发明中主塔区域混凝土板与钢桁梁同步安装示意图；

图3为本发明中中跨钢桁梁进行对称悬臂架设的示意图；

图4为本发明中中跨钢桁梁在目标下挠值△h高度上完成合龙的示意图；

图5为本发明中非同步安装长度范围内的混凝土板的安装示意图；

图6为本发明中拉升中跨主梁至设计高程位置的示意图；

图7为本发明实施例中的钢桁结合梁结构断面示意图。

图1-7中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：

钢桁梁1，主塔2，混凝土板3，斜拉索4，

主桁结构11，横向连接系12，结合钢桥面13，斜拉索锚固装置14，剪力钉15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，以下所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实现原理是：

设置钢桁结合梁斜拉桥的中跨钢桁梁跨中变形的目标下挠值，并根据下挠值进行中跨钢桁梁的悬臂架设及合龙，其中，对于主塔两侧的同步安装长度范围内，混凝土板和钢桁梁进行同步安装；对于中跨的非同步安装长度范围内，混凝土板在钢桁梁合龙完成后再进行安装。钢桁梁在非水平姿态下架设安装并合龙，通过调整斜拉索的索力值将主梁提升至设计标高，在非同步安装区域施加调整负弯矩，将预压应力有效地施加在混凝土板上，实现混凝土板的内力调整。

具体地，本发明提供的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，包括以下步骤：

设定钢桁结合梁斜拉桥的中跨钢桁梁跨中变形的目标下挠值△h；

以目标下挠值△h作为目标合龙状态，进行中跨钢桁梁的悬臂架设；其中，在主塔两侧的同步安装长度范围Li内对混凝土板和钢桁梁进行同步安装；

进行中跨钢桁梁的悬臂合龙；

在中跨钢桁梁的非同步安装长度范围L0内进行混凝土板安装；

拉升中跨主梁至设计高程位置。

为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的具体实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

另外，本文中的术语：“内，外”，“前，后”，“左，右”，“竖直，水平”，“顶，底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”，“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”，“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

具体实施例1

本发明提出的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法包括以下步骤：

S1、设定钢桁结合梁斜拉桥的中跨钢桁梁跨中变形的目标下挠值△h；

具体的，根据钢桁结合梁的结构刚度、斜拉桥的跨度L以及作用荷载大小，以结构受力安全为原则，推算出在进行内力调整时钢桁结合梁的中跨断面上所需要施加的最大调整负弯矩和施加的调整负弯矩的范围，并根据推算出的最大调整负弯矩计算目标下挠值△h。S2、以目标下挠值△h作为目标合龙状态，进行中跨钢桁梁的悬臂架设；其中，在主塔两侧同步安装长度范围Li内对混凝土板和钢桁梁进行同步安装；

具体的，如图2和图3所示，根据确定的目标下挠值△h，以目标下挠值△h为合龙状态，对钢桁梁1进行中跨的悬臂架设。在进行悬臂架设时，采用对称悬拼法，在主塔两侧同步安装长度范围Li内，对混凝土板3和钢桁梁1进行同步安装。

其中，混凝土的安装还包括同步安装长度范围Li、非同步安装长度范围L0的计算。

非同步安装长度范围L0根据中跨钢桁结合梁需施加调整负弯矩的范围推算得到，中跨钢桁结合梁需施加调整负弯矩的范围由钢桁结合梁的结构刚度、斜拉桥的中跨跨度L以及作用荷载根据结构受力安全原则推算得到。

对钢桁梁1的悬臂架设还包括在悬臂架设的过程中对钢桁梁1的线形调整。具体的，线形调整通过设置斜拉索的挂设索张力实现，包括以下步骤：

推算一次成桥中跨钢桁梁的跨中变形值等于目标下挠值△h时各斜拉索的无应力索长值Si，并根据各斜拉索的无应力索长值Si推算斜拉索4挂设的初始索张力值Ti₀；

根据初始索张力值Ti₀，确定斜拉索4挂设时的挂设索张力值Ti。

S3、进行中跨钢桁梁的悬臂合龙；

如图4所示，随着钢桁梁1悬臂架设的向前推进，中跨钢桁梁1在目标下挠值△h的高度上完成合龙，边跨钢桁梁在下挠值hi高度上完成合龙，其中，下挠值hi根据目标下挠值△h推算得出。

S4、在中跨钢桁梁上非同步安装长度范围L0内进行混凝土板安装；

具体的，如图5所示，中跨和边跨钢桁梁1分别在目标下挠值△h和下挠值hi高度上完成合龙后，对中跨钢桁梁1上非同步安装长度范围L0内进行混凝土板3的安装。

S5、拉升中跨主梁至设计高程位置。

具体的，如图6所示，通过调整斜拉索4上的索力值，将中跨钢桁结合梁拉升至设计高程位置，完成中跨混凝土板3的内力调整。

具体实施例2

如图7所示，如图7所示，本发明中钢桁结合梁包括钢桁梁结构1，主塔设置在钢桁梁结构1之间，混凝土3安装在钢桁梁结构1上。其中，钢桁梁结构1包括主桁结构11、横向联结系12和结合钢桥面13以及斜拉锚固结构，主桁结构11分别设置在钢桁梁结构11的两侧，横向联结系12设置在主桁结构11之间，安装在主桁结构11的上部。结合钢桥面13设置在主桁结构11的下部，混凝土板3安装固定在结合钢桥面13的顶面上，并通过剪力钉15与结合钢桥面13和主桁结构11连接固定。斜拉索锚固装置14设置在主桁结构11的顶面上，用于固定斜拉索4。

在现有技术中，常规的斜拉桥钢桁梁架设过程中，一般要求主梁保持水平的架设姿态，而钢桁结合梁的混凝土板一般通过混凝土板内张拉预应力以及支点顶、落梁方案进行混凝土板内力调整，操作复杂繁琐，混凝土板的内力调整效果较差，且无法在非支点区域有效地施加预压应力。

与现有技术相比，本发明通过设置中跨钢桁梁的目标下挠值，以目标下挠值为合龙状态进行中跨钢桁梁架设，并在设定的长度范围内采用钢桁梁和混凝土板非同步安装的方式，钢桁梁在非水平姿态下架设安装并合龙，通过调整斜拉索索力值将主梁提升至设计标高，在钢桁结合梁的非同步安装区域上施加调整负弯矩，将预压应力有效地施加在混凝土板上，实现混凝土板的内力调整。

本发明根据钢桁梁和混凝土板各自的结构特点，结合斜拉桥的施工过程，通过斜拉索调整钢桁梁的架设姿态及合龙后施加钢桁结合梁的调整负弯矩，实现在钢桁结合梁非同步安装区域内混凝土板上施加预压应力，混凝土板内力调整过程与斜拉桥施工过程紧密结合，操作简单易于实施，具有良好的内力调整效果。

最后，还需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构，比例，大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰，比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在本文中使用的术语"包括'，"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个…"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定钢桁结合梁斜拉桥的中跨钢桁梁跨中变形的目标下挠值△h；

以目标下挠值△h作为目标合龙状态，进行中跨钢桁梁的悬臂架设；其中，在主塔两侧的同步安装长度范围Li内对混凝土板和钢桁梁进行同步安装；

进行中跨钢桁梁的悬臂合龙；

在中跨钢桁梁的非同步安装长度范围L0内进行混凝土板安装；

拉升中跨主梁至设计高程位置。

2.根据权利要求1所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，所述目标下挠值△h根据钢桁结合梁的中跨断面上所需施加的最大调整负弯矩计算得出，所述最大调整负弯矩根据结构受力安全原则由钢桁结合梁的结构刚度、斜拉桥的跨度L和作用荷载推算得出。

3.根据权利要求1所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，所述中跨钢桁梁的悬臂架设还包括根据目标下挠值△h进行钢桁梁的悬臂架设线形调整。

4.根据权利要求3所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，所述钢桁梁的悬臂架设线形调整包括以下步骤：

推算一次成桥中跨钢桁梁的跨中变形值等于目标下挠值△h时各斜拉索的无应力索长值Si，并根据各斜拉索的无应力索长值Si推算斜拉索挂设的初始索张力值Ti₀；

根据所述初始索张力值Ti₀，确定斜拉索挂设时的挂设索张力值Ti。

5.根据权利要求1所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，所述中跨钢桁梁的悬臂架设中混凝土板的安装还包括同步安装长度范围Li、非同步安装长度范围L0的计算。

6.根据权利要求5所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，所述非同步安装长度范围L0的计算包括以下步骤：

根据钢桁结合梁的结构刚度、斜拉桥的中跨跨度L以及作用荷载，采用结构受力安全为原则，推算中跨钢桁结合梁需施加的调整负弯矩的范围；

根据中跨钢桁结合梁需施加的调整负弯矩的范围推算非同步安装长度范围L0。

7.根据权利要求1所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，边跨钢桁梁和中跨钢桁梁的悬臂架设方式均采用对称悬拼法。

8.根据权利要求7所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，边跨钢桁梁进行悬臂架设时存在边跨合龙口，所述边跨合龙口的下挠值hi根据所述目标下挠值△h推算得出。

9.根据权利要求1所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，钢桁结合梁包括钢桁梁结构和混凝土板，所述钢桁梁结构包括：

主桁结构，分别设有在所述钢桁结合梁两侧；

横向联结系，设置在所述主桁结构之间，设置在所述主桁结构的上部；

结合钢桥面，设置在所述主桁结构的下部，所述混凝土桥面板固定在所述结合钢桥面的顶面上；

斜拉索锚固装置，设置在所述主桁结构的顶面上，用于固定斜拉索。

10.根据权利要求9所述的钢桁结合梁斜拉桥混凝土板内力调整方法，其特征在于，所述混凝土桥面板通过剪力钉与所述结合钢桥面和所述主桁结构连接固定。

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