CN1353787A - 用于桥梁的具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁及调整桥梁的负荷承载能力的方法 - Google Patents

Abstract

一种具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁(20),其当需要时可以调整钢丝(26、27、29)的张力。该具有可调整的负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁包括至少一根在桁梁纵向安装在桁梁的上凸缘(28)处的非固定的钢丝,可以通过在桥梁建造时、铺设板料后或完成建造后调整钢丝的张力来降低桥梁的高度、增加桥梁的跨度或者补偿桥梁的长期裂缝或下垂。一种调整使用上述具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁的桥梁的负荷承载能力的方法包括:将桁梁安装在桥墩上,根据在桥梁建造过程中施加到安装于桥墩上的桁梁上的负荷量逐步切割这些非固定钢丝,根据桥梁建造完成后在使用中的下垂量逐步切割这些非固定钢丝。这样,当由于长期磨损或过载产生过渡下垂或裂缝时,可以通过逐步释放设置在上凸缘的钢丝的张力来补偿该下垂或裂缝,或者当需要增加桥梁的负荷承载能力而不损坏桥梁时,可以容易地增加桥梁的负荷承载能力而不需要特殊的设备。

Description

用于桥梁的具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁及 调整桥梁的负荷承载能力的方法

技术领域

本发明涉及一种用于桥梁或者建筑物的桁梁以及一种调整使用该桁梁的桥梁的负荷承载能力的方法。特别是涉及一种具有可调整负荷承载能力以便当需要时调整钢丝的张力的预加应力混凝土桁梁，例如，在建造过程中当负荷增加时或者需要对建造后的长期负荷导致的桁梁的下垂或裂缝进行补偿时，降低钢丝的张力。本发明还涉及一种调整使用上述桁梁的桥梁的负荷承载能力的方法。

背景技术

用于桥梁的预加应力混凝土(PSC)桥梁已经使用了40多年，并且在许多国家中用于50m或小于50m跨度的桥梁。近来，与道路的宽度增加一样，桁梁的长度也逐渐增加。目前在美国，40m至95m的桁梁被发展并使用，而且这种应用也在逐渐地增加。这种具有长跨度的桁梁经常使用高强度的混凝土或具有大截面系数的隆起T形的形状。随着这种长跨度桁梁的使用的增加，美国道路管理局提出了用于20-30m跨度的同一形状的六个系列的桁梁。而且在1988年，该局还与美国预加应力混凝土学会一起提出了用于长跨度桁梁的三个标准形状。此后，在美国的各个州和许多大学中，上述标准的各种形状被发展和使用。因此，尽管美国建造的桥梁的数目逐渐减少，但是包含使用预加应力混凝土桁梁的桥梁的结构部分却在逐渐增加。

而且，当安装在桥梁的桥墩上的桁梁磨损了很长时间或者超过设计重量的重型车辆经过桥梁时，该桥梁将会被损坏并产生过渡的下垂。同时还产生有弯曲张力裂缝。当损坏继续时，由于桥梁将最终倒塌，因此需要对桥梁进行适当地修复和/或加固。

PSC桥梁的修复和加固用一种外部钢丝加固方法进行，其中安装在外部的钢丝必须以一种适当的方法固定。但是，很难将一个固定装置安装在桁梁的端部，并且不能保证固定装置的负荷承载能力的可靠性，也使用了其它各种方法，但是还没有合适的装置。这样，当在PSC桥梁中产生裂缝和/或下垂时，很难进行修复和加固。因此，需要具有一种装置的桁梁，其可以当需要时容易地调整或增加桥梁的负荷承载能力以克服上述问题。

此外，随着交通量的增加和汽车制造技术或整个工业的发展，车辆的重量也逐渐增加。当车辆的重量增加时，作为设计标准的规范也必须相应地改变。这些设计标准由交通部制定或修订，在1982年的规范中有非常重要的修订。在该次修订中，桥梁的级别被分成三级，一级桥梁的设计重量从32吨调整到43吨，而二级桥梁的设计重量为32吨。由于该规范的修订，导致了不平衡的负荷承载能力状态，其中现存的桥梁不能彼此相配。也就是说，43吨的卡车可以行驶和43吨的卡车不能行驶的道路混杂在一起，使得整个国家的交通网的效率严重受损。因此，需要一种经济的加固方法来将超过全国50％的二级桥梁的负荷承载能力提高到一级桥梁的水平，以使这些桥梁的负荷承载能力相同。

由于道路上的车道的增加，使道路的宽度也增加了。相应地，用于建造升高的道路或与这些宽道路交叉的立交桥的长跨度的桥梁的发展目前也正在进行。而且，附生梁也在全国范围内发展，但是由于太长，使它的制造和运输非常困难，而且价格相对于现存的PSC桥梁来说也更贵。

另外，长跨度桁梁的制造使得近来出现了使用高强度混凝土的趋势。相应地，由于使用大张力，产生的蠕变量也非常大。当蠕变增大时，桁梁的下垂也加大了，这影响了高架路的垂直对齐。当该垂直对齐被破坏，车辆经过道路产生的冲击系数也额外地增加了。因此，在高强度桁梁或者长跨度桁梁的情况下，在长时间使用后，需要利用一种合适的方法进行修补来补偿桁梁的下垂。

图1显示了现有技术中的桥梁结构。

如图1所示，在现有技术中，多根I型桁梁12安装在桥墩10上，一个上板件(未显示)安装在桁梁12之上。

图2是显示现有技术中的桁梁内的钢丝的排列方式的横截面图。

如图中所示，I型桁梁20的截面由主体部分22、上凸缘28和下凸缘24构成。此外，多根钢丝作为张紧元件26以桁梁20的纵向安装在主体部分22的下部和下凸缘处。桥梁的上板安装在上凸缘28上，下凸缘的底面由桥墩10支撑。

在现有技术中的I型桁梁的情况下，在建造完成后，当由于车辆经过而产生下垂或裂缝时，这将损坏桥梁，因此需要修复桥梁或需要根据规范的修订来增加设计的乘客负荷，但是问题在于目前尚没有合适、经济的方法来加固桁梁。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁，该桁梁当由于长时间的损耗或超载导致产生过量的下垂或裂缝时，可以通过逐步释放设置在上凸缘中的钢丝的张力来补偿桁梁的下垂和裂缝，或者当需要不损坏桥梁就能增加桥梁的负荷承载能力时，不需要特殊的设备就可以轻易地增加桥梁的负荷承载能力，本发明的目的还在于提供一种调整使用上述桁梁的桥梁的负荷承载能力的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁，该桁梁在建造过程中可以根据负荷的增加逐步释放钢丝来减小桁梁的模型的高度或增加跨度，本发明的目的还在于提供一种调整使用上述桁梁的桥梁的负荷承载能力的方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用在桥梁上的具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁，该桁梁包括至少一根在桁梁的纵向安装在桁梁上凸缘中的非固定钢丝，其可以使桥梁的高度减小、跨度增加，或者桥梁在建造时、铺设板料后或建造完成后可以通过调整钢丝的张力来补偿桥梁的长期裂缝或下垂。

本发明较佳的是上凸缘包括一个形成在预定部位的切口部分，钢丝从其中通过，该切口部分总是暴露的，使得在建造完成后，在需要时可以切割钢丝，形成钢丝的若干钢芯暴露在切口部分的外侧，通过切割或释放一些钢芯，可以调整钢丝的张力。

根据该技术，可以调整桁梁的张力，从而克服上述问题。

附图概述

图1是现有技术中的桥梁结构的透视图；

图2是显示现有技术中的桁梁内的钢丝的排列方式的横截面图；

图3A是显示根据本发明最佳实施例的具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁中部的钢丝的排列方式的横截面图；

图3B是显示根据本发明另一最佳实施例的钢丝的排列方式的横截面图；

图4A是显示根据本发明最佳实施例的位于桁梁一端的钢丝的排列方式的横截面图；

图4B是显示图3B中的桁梁一端的钢丝的排列方式的横截面图；

图5是显示钢丝纵向地安装在桁梁上的示意图；

图6是显示一暴露在切断位置的固定钢丝的示意图；

图7是显示固定钢丝的最佳方式的示意图；

图8是一个用于解释调整桥梁负荷承载能力的方法的流程图，其中该桥梁使用了根据本发明的具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁。

最佳实施例方式

下面参照图3A至图7详细描述本发明。

图3A是显示根据本发明最佳实施例的一预加应力混凝土桁梁中部的钢丝的排列方式的横截面图，其中该桁梁具有可调整的桥梁负荷承载能力。

如图所示，本发明包括一个上凸缘28、一个下凸缘24和一个主体部分22。至少一根钢丝26在桁梁40的纵向安装在桁梁40的主体部分22的下端到下凸缘24处。并且至少一根钢丝29在桁梁40的纵向设置在上凸缘中形成的区域29a内。

此外，钢丝29最好以不固定在桁梁40上的方式安装，并对称地位于上凸缘28的两侧。从桁梁40的截面看，上凸缘28在纬度方向设置在主体22上。桥梁的上板安装在上凸缘28上。从桁梁40的截面看，下凸缘24在纬度方向设置在主体22之下。下凸缘24的底面由一个桥墩支撑。多根钢丝26固定或者非固定地设置在桁梁40的下凸缘的下端。其中，钢丝27可以调整桁梁40的下凸缘24的张力。

图3B显示根据本发明另一最佳实施例的桁梁中的钢丝。

如图所示，非固定在桁梁40上的钢丝29可以设置在上凸缘28和主体部分22之间形成的区域29b内。

图4A是显示根据本发明的桁梁一端部的钢丝的排列方式的横截面图；

如图中所示，分布在图3A的中部和主体部分下端间的钢丝26设置在桁梁40的整个横截面内。也就是说，安装在桁梁40的上凸缘28处的钢丝29位于桁梁的端部，如图4A所示，这意味着这些钢丝线性分布在整个桁梁内。只有当设置在上凸缘24和下凸缘28处的钢丝是左右对称地分布时，钢丝的张紧力才能均匀分布在桁梁端部的整个横截面内。

图4B显示了图3B中的桁梁一端的钢丝的排列方式。

如图中所示，分布在图3B的中部和主体部分下部间的钢丝26和27分布在桁梁端部的整个横截面内。

图5是显示钢丝纵向地安装在桁梁上的排列方式示意图；

如图中所示，桁梁40内的钢丝26和27为抛物线形状，使得桁梁40的中部处的下垂均匀分布在桁梁40两端的整个横截面内。如上设置的作为张紧元件的钢丝26和27利用一固定装置32固定在桁梁的两端。在桁梁制造完成后，用砂浆或混凝土覆盖该固定装置32。

另外，位于下凸缘的钢丝27也固定在混凝土内。安装在上凸缘28内的钢丝29的张力被后续调整。也就是说，设置在上凸缘的钢丝29加宽了桁梁间的间距，以便能够接近该固定装置，使得钢丝29可以在后续被放松，或者暴露在形成于预定位置的切口部分36处。该切口部分36提供了用于一个后续放松钢丝29所需的工作区域。

图6是显示固定钢丝暴露在切口部分的示意图。例如，经过切口部分54的钢丝26由许多束钢芯组成。这些钢芯的数目通过切断一些钢芯来调整，以便逐步地减小钢丝26的张力。

也就是说，当形成钢丝26的一些钢芯被切断时，桁梁40在纵向的张力被减小。因此，由于与上部凸缘28形成平衡状态的下部凸缘24的纵向上的张力增加，桥梁的负荷承载能力被加强。由于形成暴露在切口部分54的钢丝26的钢芯被适当切断，桁梁的张力可以简单、快速的释放，而不必使用诸如液压千斤顶等的额外设备。

图7显示了根据本发明最佳实施例的钢丝的固定。

如图中所示，从桁梁的两端延伸并经过一个支撑元件50的每根钢丝26利用该支撑元件50和一楔形块52固定。在该钢丝2被楔形块52固定的状态下，向钢丝26施加张力。例如，可以通过液压千斤顶施加的力张紧钢丝26，或者通过调节调整楔形块62的偏离程度来控制该张力。

根据本发明的桁梁40，当负荷在桥梁的建造过程中逐步增加时，或者在桥梁建造完成后由于长时间负荷导致产生了点划线所示的裂缝34或下垂35时，通过逐步切割位于桁梁40上凸缘处的由许多钢芯构成的钢丝29的一些钢芯，释放桁梁的张力来补偿桁梁40的下垂，或者可以简单地增加桥梁的负荷承载能力。

该张力也可以通过使用调整楔形块或类似方法来释放。该释放影响了设置在下凸缘处的钢丝的张力，从而能够提高桁梁的负荷承载能力。

调整使用一具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁的桥梁的负荷承载能力的方法如图8所示，包括：将本发明的预加应力混凝土桁梁安装在桥墩上(S1)，根据在桥梁建造过程中施加到安装于桥墩上的桁梁上的负荷量逐步切割非固定钢丝(S2)，及根据桥梁建造完成后在使用中的下垂量逐步切割非固定钢丝(S3)。

在这里，将桁梁安装到桥墩上的步骤(S1)包括制造桁梁(S11)、张紧桁梁的非固定钢丝(S12)和将起重机吊起的桁梁安装在相邻的桥墩间并固定在其上(S13)。也就是说，为了防止在将桁梁安装在桥墩上的过程中损坏桥墩，一根用于防止损坏的钢丝辅助地安装在桁梁上。这样，当桁梁已经安装在相邻的桥墩间时，用于防止损坏的该不需要的非固定钢丝可以被切割并去除。

当额外的设备，比如上板、沥青、栏杆和照明装置逐步安装在位于桥墩上的桁梁上时，施加给桁梁的负荷导致施加到桁梁上部和下部的压力或张力偏离允许值时产生的桁梁的损坏或下垂，可以通过在建造过程中切割非固定钢丝的步骤(S2)来防止。例如，在铺设板料(S21)时，根据板料的重量切割或释放非固定钢丝(S22)，诸如上板、沥青、栏杆和照明装置等各种其它设备的重量也被计算，根据这些值通过逐步切割非固定钢丝来补偿(S23)。这样，可以降低桥梁的高度，增加桥梁的跨度。

当各种车辆经过桥梁和反复冲击过程中的桥梁的疲劳负荷积聚导致下垂时，桁梁上部和下部的压力和张力的增加到偏离允许值时导致的桁梁的损坏，可以通过桥梁建造完成后在使用中逐步切割非固定钢丝的步骤(S3)来防止。步骤(S3)包括定期估算桁梁的下垂量或作用在桁梁的上部或下部的压力或张力等负荷承载能力的步骤(S31)，和逐步切割足够数量的钢丝来进行补偿的步骤(S32)。

这样，作用在桁梁上的随着时间而增长的压力和张力可以被控制，使其总是在一个允许的范围内，所以，在桥梁建造过程中产生的桥梁的过渡下垂或损坏可以被事先阻止。

值得注意的是，本发明并不限制在上述最佳实施例中，很显然，本领域技术人员可以在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内作多种变形和改变。

根据本发明，当桥梁由于长期磨损、蠕变或负荷过重导致产生裂缝或下垂时，可以通过逐步切割或释放安装在桥梁的桁梁的上凸缘处的钢丝来触动下凸缘的张力，从而能够简单地修复桥梁或增加桥梁的负荷承载能力。此外，通过适当释放钢丝的张力，以便在桥梁建造过程中设置必要的张力，从而可以简单的制造长跨度的棒材和低的桁梁。

另外，通过后期释放桁梁的张力，可以简单地补偿由于长期使用导致的下垂或裂缝。当需要增加桁梁的负荷承载能力时，可以简单地修复桥梁。并且可以经济地制造桁梁并减小桁梁的高度。

工业实用性

桥梁的具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁以及调整该桁梁的负荷承载能力的方法可以在桥梁的设计、建造和管理中使用。

Claims (3)

1.一种位于桥梁中的具有可调整的负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁，包括至少一根在桁梁纵向安装在桁梁上凸缘处的非固定的钢丝，其特征在于，可以通过在桥梁建造时、铺设板料后或完成建造后调整钢丝的张力来降低桥梁的高度、增加桥梁的跨度或者补偿桥梁的长期裂缝或下垂。

2.根据权利要求1所述的桁梁，其特征在于，上凸缘包括一个形成在预定部位的切口部分，钢丝从其中穿过，该切口部分总是暴露在外，使得在建造完成后当需要时可以对钢丝进行切割，其中形成钢丝的多根钢芯暴露在切口部分外侧，通过切割或释放一些钢芯来调整钢丝的张力。

3.一种调整使用一具有可调整负荷承载能力的预加应力混凝土桁梁的桥梁的负荷承载能力的方法，其中桁梁包括位于上凸缘的可以被切割的非固定钢丝，该方法包括如下步骤：

将桁梁安装在桥墩上；

根据在桥梁建造过程中施加到安装于桥墩上的桁梁上的负荷量逐步切割这些非固定钢丝；

根据桥梁建造完成后在使用中的下垂量逐步切割这些非固定钢丝。

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