CN117470427B - 一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法 - Google Patents
一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及拱桥架设技术领域，具体地说，涉及一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法。其包括以下步骤：将桥面系划分为多个横向跨，先将桥面系单元中间部分沿主拱圈纵向架设完成；再沿主拱圈上纵向架设补齐两侧桥面系单元；在主拱圈一端进行桥面系单向架设，根据主拱圈的形变位移量测得结构刚度；根据主拱圈受到的拱垂直力和主拱圈的结构刚度计算主拱圈的水平推力以及形变推力，并得主拱圈的水平受力值；计算并根据桥面系单向架设时主拱圈水平受力值的变化，相应在主拱圈另一端增减配重。本发明中桥面单向架设时，通过设置配重平衡主拱圈的水平受力，能够避免因主拱圈纵向位移及主拱圈混凝土拉应力超标导致的主拱圈受损。
Description
技术领域
本发明涉及拱桥架设技术领域，具体地说，涉及一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法。
背景技术
目前拱桥桥面系架设均为两岸对称架设，以达到主拱圈在桥面系施工过程中平衡受力，确保主拱圈受力安全，然而需要在主拱圈两岸设置预制场（预制T梁、空心板等桥面系）、钢结构拼装场（钢结构桥面系），但拱桥建设的选址均在地形较为陡峻的地形，很多时候均不具备建设预制场、拼装场的条件，另外预制场、拼装场的建设征地多、龙门吊、架桥机及模板等设备周材配置多，费用较高，两岸还需要配备管理人员、驻地、后勤等，管理较为复杂。
但采用单端架设拱桥时的问题是，由于大跨境混凝土拱桥桥面系结构较重，一次性单端架设将使拱桥主拱圈承受较大的水平推力，致使主拱圈纵向位移及主拱圈混凝土拉应力超标，偏载严重情况下可能导致主拱圈受损甚至被破坏，如CN116380319A中涉及一种拱桥支座摩阻力的测试方法，包括：第一主墩的顶部安装反力架；在反力架与安装在纵向滑动支座上的拱脚结构之间设置千斤顶；第一次给千斤顶加压，使安装在第一主墩和第一边墩上的纵向滑动支座产生向跨中方向的位移，记录此时千斤顶的荷载；第二次给千斤顶加压，使安装在第一主墩和第一边墩上的纵向滑动支座产生向跨中方向的位移，记录此时千斤顶的荷载，再计算拱桥结构刚度；千斤顶缓慢回油，使安装在第一主墩和第一边墩上的纵向滑动支座产生背向跨中方向的位移，记录此时千斤顶的荷载；千斤顶完全卸载并撤除；计算安装在第一主墩和第一边墩上的纵向滑动支座的总摩阻力，从而为顺利完成拱桥的主梁合龙施工提供可靠的依据，但无法测得桥面单向架设时随着桥面的逐步架设，主拱圈的水平受力变化。
为了便于测量单向架设时主拱圈的水平受力变化，以确保拱桥的单端架设，提出一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的的水平受力测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明目的在于，提供了一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，包括以下步骤：
S1、将拱桥桥面系划分为多个横向跨，先将桥面系单元中间部分沿主拱圈纵向架设完成，形成运梁通道；
S2、再沿主拱圈上纵向架设补齐两侧桥面系单元，在主拱圈上设置监测点并放置测量仪器；
S3、在主拱圈一端进行桥面系单向架设，根据主拱圈的形变位移量测得结构刚度；
S4、根据主拱圈受到的拱垂直力和主拱圈的结构刚度计算主拱圈的水平推力以及形变推力，并将二者相加得主拱圈的水平受力值；
S5、计算并根据桥面系单向架设时主拱圈水平受力值的变化，相应在主拱圈另一端增减配重。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，所述横向跨为拱桥桥面系按照主拱圈上等距设置的桥墩划分的横向空间，且所述横向跨在划分时，位于中间的所述横向跨的中点与主拱圈的中点位于同一竖直线上。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，所述监测点是拱桥桥面系以及桥墩上用于放置倾角传感器的点位在主拱圈上的垂直投影点以及主拱圈的拱顶点、拱脚点。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，所述测量仪器包括位移传感器和应变计。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，先计算桥面系单向架设时主拱圈受到的拱垂直力差值后，再计算主拱圈的结构刚度，而主拱圈受到的拱垂直力差值计算公式为：
；
其中，为主拱圈受到的拱垂直力差值，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为主拱圈上物体的总质量差值，/>为重力加速度。
作为本技术方案的进一步改进，所述主拱圈的形变位移量为主拱圈上进行桥面系单向架设时主拱圈拱脚的纵向位移距离，且主拱圈的结构刚度计算公式为：
；
其中，为主拱圈的结构刚度，/>为完成第二次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第一次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为完成第二次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第一次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中，主拱圈的水平受力值计算公式为：
；
其中，为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的水平受力值，K为主拱圈的结构刚度，/>为主拱圈的半顶角，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量。
作为本技术方案的进一步改进，所述S5中，主拱圈上每架设一次桥面系，则主拱圈上另一端需要根据主拱圈水平受力值的变化，对配重进行相应的增减，且主拱圈水平受力值变化计算公式如下：
；
其中，为主拱圈的水平受力差值，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，K为主拱圈的结构刚度，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为主拱圈的半顶角。
作为本技术方案的进一步改进，所述S5中，配重为水和钢材。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法中，将拱桥桥面系结构划分为多个横向跨，先将桥面系中间部分单元沿纵向架设完成，形成运梁通道，再按照相同的方式补齐两侧桥面系单元，在单端架设的另一端主拱圈上设置配重，以模拟拱桥两端向中间架设，随着第一跨的架设，在荷载平衡的另一端增加配重，一次进行到中跨，然后随着桥面系的架设，逐渐减少配重，通过配重的增减来平衡单端架设产生水平力，确保主拱圈纵向位移及主拱圈混凝土拉应力满足规范要求。
附图说明
图1为现有的两岸对称架设示意图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的单向架设示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。
此外，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1所示，现有的拱桥两岸对称架设时，需要在两岸各设置预制场A和预制场B，并分别配备龙门吊、架桥机等设备，施工时，两岸对称全横断面架设拱上预制桥面系（空心板），由于拱桥建设的选址均在地形较为陡峻的地形，很多时候均不具备建设预制场、拼装场的条件，另外预制场、拼装场的建设征地多、龙门吊、架桥机及模板等设备周材配置多，费用较高，两岸还需要配备管理人员、驻地、后勤等，管理较为复杂。
并且在进行单端架设拱桥时，由于大跨境混凝土拱桥桥面系结构较重，一次性单端架设将使拱桥主拱圈承受较大的水平推力，致使主拱圈纵向位移及主拱圈混凝土拉应力超标，偏载严重情况下可能导致主拱圈受损甚至被破坏。
因此，请参阅图2-图3所示，本实施例目的在于，提供了一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，包括以下步骤：
S1、将拱桥桥面系结构划分为多个横向跨，先将桥面系单元中间部分沿主拱圈纵向架设完成，形成运梁通道，横向跨为拱桥桥面系结构按照主拱圈上等距设置的桥墩划分的横向空间，且所述横向跨在划分时，位于中间的所述横向跨的中点与主拱圈的中点位于同一竖直线上，在主拱圈上进行拱桥桥面系单向架设时，能够在主拱圈另一端对应设置配重，从而模拟拱桥两端向中间架设，以避免主拱圈的过度偏载；
S2、再沿主拱圈上桥面系单元中间部分两侧纵向架设补齐两侧桥面系单元，在主拱圈上设置监测点并放置测量仪器，其中，监测点是拱桥桥面系以及桥墩上用于放置倾角传感器的点位在主拱圈上的垂直投影点以及主拱圈的拱顶点、拱脚点，通过设置倾角传感器能够测定拱桥桥面系以及桥墩的形变量，以监测桥梁结构在不同负载和环境条件下的形变和稳定性，再通过在监测点放置测量仪器，以便于测定拱桥桥面系单向架设时主拱圈的水平受力变化，从而方便为主拱圈添加用于平衡水平受力的配重，并且测量仪器包括位移传感器和应变计，通过设置位移传感器和应变计能够在拱桥桥面系架设时测得主拱圈的位移量以及形变量；
S3、在主拱圈靠近预制场A一端利用龙门吊、架桥机等设备进行桥面系单向架设，根据主拱圈的形变位移量测得结构刚度，先计算桥面系单向架设时主拱圈受到的拱垂直力差值后，再计算主拱圈的结构刚度，而主拱圈受到的拱垂直力差值计算公式为：
；
；
；
其中，为主拱圈受到的拱垂直力差值，/> 为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的总拱垂直力值，/>为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的总拱垂直力值，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为主拱圈上物体的总质量差值，/>为重力加速度；
主拱圈的形变位移量为主拱圈上进行桥面系单向架设时主拱圈拱脚的纵向位移距离，且主拱圈的结构刚度计算公式为：
；
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其中，为主拱圈的结构刚度，/>为完成第2次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的总拱垂直力值，/>为完成第1次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的总拱垂直力值，/>为完成第二次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第一次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为完成第二次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第一次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量；
这里先通过两次主拱圈所受到的总拱垂直力差值（）与主拱圈的形变位移量差值（/>）的比值得出主拱圈的结构刚度/>，后续桥面系架设时，可以通过结构刚度/>与形变位移量差值/>的乘积得到总拱垂直力值/>，其原理类似于在使用未知弹力系数的弹簧之前，先对弹簧进行任意拉伸，根据力与形变量的比值得出弹簧弹力系数，在弹簧使用过程中就可以根据弹簧的形变量与弹力系数的乘积得出弹簧的受力值；
S4、根据主拱圈受到的拱垂直力和主拱圈的结构刚度计算主拱圈的水平推力以及形变推力，并将二者相加得主拱圈的水平受力值，主拱圈的水平受力值计算公式为：
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其中，为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的水平受力值，K为主拱圈的结构刚度，/>为主拱圈的形变位移量差值，/>为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈的水平推力值，/>为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的总拱垂直力值，/>为主拱圈的半顶角，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量；
S5、计算并根据桥面系单向架设时主拱圈水平受力值的变化，相应在主拱圈另一端增减配重，主拱圈上每架设一次桥面系，则主拱圈上另一端需要根据主拱圈水平受力值的变化，对配重进行相应的增减，且主拱圈水平受力值变化计算公式如下：
；
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其中，为主拱圈的水平受力差值，/>为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的水平受力值，/>为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的水平受力值，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，K为主拱圈的结构刚度，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为主拱圈的半顶角；
另外，配重为水和钢材等材料，便于就地取材，从而节约成本。
本实施例在具体实施时，先在一岸设置预制场A，并配备龙门吊、架桥机等设备，施工流程如下：
a、在预制场岸预制场桥面系（T梁）；
b、预制场岸拼装架桥机（其他架梁设备）；
c、架设第1跨桥面系并施工第1跨内桥面系联系；
d、根据主拱圈的水平受力相应施作配重4，其具体过程为根据公式，计算出在架设第1跨桥面系时主拱圈的水平受力值，在根据该公式计算出用于平衡水平受力的配重4的质量，并将配重4放置在主拱圈另一端；
e、架设第2跨桥面系并施工第2跨内桥面系联系；
f、根据主拱圈的水平受力相应施作配重1，其具体过程为根据公式，计算出在架设第2跨桥面系时主拱圈的水平受力差值，在相应根据该公式计算出用于平衡水平受力差值的配重1的质量，并将配重1放置在主拱圈另一端；
g、架设第3跨桥面系并施工第3跨内桥面系联系；
h、根据主拱圈的水平受力相应施作配重3，其具体过程类似f；
i、架设第4跨桥面系并施工第4跨内桥面系联系；
j、根据主拱圈的水平受力相应施作配重2，其具体过程类似f；
k、架设第5跨桥面系并施工第5跨内桥面系联系；
l、根据主拱圈的水平受力相应拆除配重1；
m、架设第6跨桥面系并施工第6跨内桥面系联系；
n、根据主拱圈的水平受力相应拆除配重2；
0、架设第7跨桥面系并施工第7跨内桥面系联系；
p、根据主拱圈的水平受力相应拆除配重3；
q、架设第8跨桥面系并施工第8跨内桥面系联系；
r、根据主拱圈的水平受力相应拆除配重4；
s、架设第9跨桥面系并施工第9跨内桥面系联系.
本实施例将拱桥桥面系结构划分为多个横向跨，先将桥面系中间部分单元沿纵向架设完成，形成运梁通道，再按照相同的方式补齐两侧桥面系单元，在单端架设的另一端主拱圈上设置配重，以模拟拱桥两端向中间架设，随着第一跨的架设，在荷载平衡的另一端增加配重，一次进行到中跨，然后随着桥面系的架设，逐渐减少配重，通过配重的增减来平衡单端架设产生水平力，确保主拱圈纵向位移及主拱圈混凝土拉应力满足规范要求，能够减少一岸预制场（预制T梁、空心板等桥面系）、钢结构拼装场（钢结构桥面系），特别是在不具备建设预制场、拼装场建设的条件下，节约一岸管理人员、驻地、后勤等，效益非常可观，并且节约用地有利于环境保护。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将拱桥桥面系划分为多个横向跨，先将桥面系单元中间部分沿主拱圈纵向架设完成，形成运梁通道；
S2、再沿主拱圈上纵向架设补齐两侧桥面系单元，在主拱圈上设置监测点并放置测量仪器；
S3、在主拱圈一端进行桥面系单向架设，根据主拱圈的形变位移量测得结构刚度；
S4、根据主拱圈受到的拱垂直力和主拱圈的结构刚度计算主拱圈的水平推力以及形变推力，并将二者相加得主拱圈的水平受力值；
S5、计算并根据桥面系单向架设时主拱圈水平受力值的变化，相应在主拱圈另一端增减配重；
所述S3中，先计算桥面系单向架设时主拱圈受到的拱垂直力差值后，再计算主拱圈的结构刚度，而主拱圈受到的拱垂直力差值计算公式为：
；
其中，为主拱圈受到的拱垂直力差值，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，为主拱圈上物体的总质量差值，/>为重力加速度；
所述主拱圈的形变位移量为主拱圈上进行桥面系单向架设时主拱圈拱脚的纵向位移距离，且主拱圈的结构刚度计算公式为：
；
其中，为主拱圈的结构刚度，/>为完成第二次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第一次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为完成第二次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第一次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量；
所述S4中，主拱圈的水平受力值计算公式为：
；
其中，为完成第/>次横向跨的桥面系架设时主拱圈受到的水平受力值，K为主拱圈的结构刚度，/>为主拱圈的半顶角，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移；
所述S5中，主拱圈上每架设一次桥面系，则主拱圈上另一端需要根据主拱圈水平受力值的变化，对配重进行相应的增减，且主拱圈水平受力值变化计算公式如下：
；
其中，为主拱圈的水平受力差值，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈拱脚的形变位移量，K为主拱圈的结构刚度，/>为完成第/>次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为完成第次横向跨桥面系架设时主拱圈上物体的总质量，/>为重力加速度，/>为主拱圈的半顶角。
2.根据权利要求1所述的拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，其特征在于：所述S1中，所述横向跨为拱桥桥面系按照主拱圈上等距设置的桥墩划分的横向空间，且所述横向跨在划分时，位于中间的所述横向跨的中点与主拱圈的中点位于同一竖直线上。
3.根据权利要求1所述的拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，其特征在于：所述S2中，所述监测点是拱桥桥面系以及桥墩上用于放置倾角传感器的点位在主拱圈上的垂直投影点以及主拱圈的拱顶点、拱脚点。
4.根据权利要求1所述的拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，其特征在于：所述S2中，所述测量仪器包括位移传感器和应变计。
5.根据权利要求1所述的拱桥桥面单向架设时主拱圈的水平受力测量方法，其特征在于：所述S5中，配重为水和钢材。
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