CN1401854A

CN1401854A - 系杆拱桥吊杆无损伤更换的动态控制方法

Info

Publication number: CN1401854A
Application number: CN02136923.2A
Authority: CN
Inventors: 熊学玉; 张大照; 陈军
Original assignee: Shanghai Tongji Prestress Engineering Co ltd; Tongji University
Current assignee: Shanghai Tongji Prestress Engineering Co ltd; Tongji University
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: CN1162586C

Abstract

本发明涉及一种系杆拱桥吊杆无损伤更换的动态控制方法，它包括2个方面内容：一是替换新吊杆长度的确定；二是吊杆更换过程的控制：(1)张拉力的控制，(2)桥面反应的控制，(3)力的转移的控制。本发明还设计了控制吊杆更换过程的专用工具吊杆。本发明方法实现了力从拟更换吊杆到新吊杆的平滑转移，使吊杆更换做到无损伤，而且安全、可靠，工程量也较少。

Description

系杆拱桥吊杆无损伤更换的动态控制方法

技术领域

本发明属桥梁工程技术领域，具体涉及一种系杆拱桥的吊杆无损伤更换的动态控制方法。

背景技术

我国目前已经建造系杆拱桥大约四万余座，由于各种历史、技术经济条件的限制，相当大部分的拱桥已经到了大修阶段。尤其是吊杆拱桥，由于其中的吊杆是传力的关键性构件，具有局部的受力静定性，一旦出现问题，将导致结构的连锁破坏，最终可导致整个桥面系的大部分或整体的坍塌，如已经发生的宜宾南门大桥就属于此例。

另一方面，吊杆属于预应力构件，其受力状态的准确建立和端部锚具、夹具等的构造处理，都受到建造时的材料、技术水平等的限制，加之维修养护措施的局限，使得这类桥梁的吊杆受力与设计受力状态相差较远或甚远，尤其当吊杆是由大量的平行钢丝束组成时，会发生偏心(或有时重偏心)、锈蚀、断丝、个别钢丝松弛(不发挥承载作用)等等，我们检测的合肥寿春路桥就出现了上述情况。

基于这些安全隐患检测诊断后，需要更换吊杆，以把吊杆的新技术、新材料及锚夹具技术应用到梁的维护工作中，切实保证人民的生命财产安全。

目前，拱桥的事故虽然发生较多，但对发生事故后的处理以及检测维修中发现有隐患的吊杆拱桥的处理方面，还没有一套符合经济、安全和技术发展要求的成熟技术报道，通常的处理有：部分重建、炸掉重建、大量设置支撑更换且桥面系损伤严重等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种系杆拱桥吊杆无损伤更换的动态控制方法，并确保更换的安全、可靠、经济，以消除拱桥的隐患，延长拱桥的使用寿命。

本发明提出的系杆拱桥吊杆无损伤更换的动态控制方法，包括两个方面的内容：一是替换新吊杆长度的设计确定；二是吊杆更换过程的控制：(1)张拉力的控制，(2)桥面反应的控制，(3)力的转移控制。

新吊杆长度的设计，因为吊杆的放样长度是零应力长度，而竣工图和量测到的均为张力状态下的长度，应换算到放样长度，这就要求桥梁索力的精确确定。

索力的精确确定通过两种途径，相互检验和修正，并通过概率统计理论，进行估计和检验。一种方法是有限元理论计算，影响参数有：模型建立的差异、参数取值的出入等；另一种方法为振动频率法，现场实测，影响参数有：拾震装置的灵敏度、边界约束条件的影响、弯曲刚度的影响、吊杆钢丝束的偏心、分散影响自振频率等。鉴于上述两类原因，精确计算和实测吊杆钢丝的索力，从而换算新吊杆的放样长度具有偏差，所以取得了索力的两组数据后，还要综合平衡，根据概率统计理论进行确定。新吊杆的长度误差应取拟更换吊杆长度的+2％左右。

吊杆更换过程的控制中，张拉力的控制采用多台千斤顶(一般为4台)，通过自动伺服装置，让加载的千斤顶同步，使施加的合力的重心与拟更换吊杆和新吊杆的轴心在同一条直线上。

力的转移控制，采用了一种吊杆工具，并通过放置在吊杆工具的正交的焊接钢板箱形承台上的一组(一般为4台)千斤顶加载来实现，使力从拟更换吊杆平滑转移到新吊杆。

本发明中，在吊杆更换时使用了专门设计的吊杆工具，其结构如下：由箱形承台、精轧螺纹钢、防松保险螺栓、局压垫板、液压千斤顶和调节钢支架构成(见图1)。其中，箱形承台1由2根工字钢11和12于翼缘处焊接构成，工字钢翼缘间设置有加劲钢肋13；局压垫板2设置于工字钢的对接处的两端，局压垫板2上开有贯穿箱形承台的预留孔5，用于穿过精轧螺纹钢3，预留孔5一般为2-4个；防松保险螺栓4由一对螺栓11和12构成，工作时用于固定于精轧螺纹钢3；液压千斤顶6设于箱形承台上，调节钢支架7设置于箱形承台2和千斤顶6之间。通常称上述自自控装置为工具吊杆。

在工程使用中，箱形承台由4组焊接工字钢11和12正交设置构成，相应的精轧螺纹钢3、液压千斤顶6、调节钢支架7等也为4组。

各主要构件的尺寸参数符号见附图2：

(1)焊接工字钢尺寸控制参数。单个焊接工字钢尺寸指标如图2(a)所示：翼缘宽度b_f，翼缘厚度h_f1，h_f2，腹板高度h_w，腹板宽度b_w；拼焊后工具吊杆的外形尺寸控制参数如图2(d)、(e)所示：长度L，宽度W，高度H(H＝2h_f2+h_w)。

(2)局压垫板2的尺寸控制参数如图2(b)所示：厚度h_a，螺栓外延伸长度h_b。

(3)加劲钢肋13的尺寸控制参数如图2(c)、(e)所示：间距d₁和d₂，以及加劲钢肋的个数n，加劲钢肋的平面尺寸h_r和b_r。

(4)精轧螺纹钢3的尺寸控制参数为其直径δ和与螺距相配套的高强螺栓。

(5)局压垫板、预留孔道和高强螺栓之间的关系尺寸控制参数指标为：w_i，d_v，d_h。见图2(f)所示。

(6)局压钢板的尺寸控制参数如图2(f)所示为：长度h_s，宽度w_s。

(7)液压千斤顶和调节钢支架的选用和设计参数有拟更换桥梁的荷载吨位，具体选用和设计。

本发明中，精轧螺纹钢3根据具体工程的需要而选择，其长度便于调节，且数量若干(依拟更换桥梁吊杆的数量、长度差异性等决定)，相邻精轧螺纹钢接头处的高强螺栓的螺距应满足强度要求，组装后的精轧螺纹钢为逐步分级卸载拟更换吊杆的内力和将内力逐步传递到新吊杆的核心传力转换构件，其强度和组装精轧螺纹钢组的合力重心与拟更换吊杆几何重心的偏差度为主要的力学控制参数。防松保险螺栓4有2个螺栓，用于防止装置松脱，并可调节释放内力。局压垫板2为防止吊杆内力过大，对工具吊杆上翼缘(盖板)产生局压破坏而设置的集中荷载扩散装置。预留孔道5为穿插精轧螺纹钢之用，一般在每个工具吊杆上预留4只孔道，见附图1(b)。箱形承台1的焊接工字钢11和焊接工字钢12为该工具吊杆装置的骨架结构，应满足强度、稳定、刚度和局压等结构设计指标。调节钢支架5是在吊杆逐步分级加载或卸载装置过程中，起保险作用，同时液压千斤顶的止油阀门也具有保险功能。液压千斤顶及读数控制油表的作用及原理：是该装置控制的核心部件，一般工程中采用4台千斤顶同步施加或释放荷载，因而其选用原则有加载范围、精度和同步控制性能等。

吊杆更换过程中，桥面系以及整个桥梁结构的反应控制，是通过如下三条途径综合实现的：

(一)在每个纵横梁的交叉点处用环氧树脂粘贴刻度钢尺，在离拱桥的适当距离，架设全站仪，测量在吊杆更换过程中，梁系的相对位移，控制在±3mm以内。

(二)通过安置在焊接钢板箱形承台上四台千斤顶的张拉伸长量来控制，使螺距控制在3mm以内。

(三)通过张拉千斤顶的油表读数，来控制张力，从而控制力的转移步骤。

本发明方法，实现了力从拟更换吊杆到新吊杆平滑转移，从而使系杆拱桥吊杆的更换做到无损伤，且安全、可靠、工程量也较少。

附图说明

图1为工具吊杆结构图示。其中，图1(a)立面图，图1(b)为剖面图示，图1(c)为平面图示。

图2为工具吊杆的构件参数图示。其中图2(a)为箱形承台1的单个焊接工字钢结构参数图示，图2(b)为局压垫板2结构参数图示，图2(c)为加强肋间距图示，图2(d)为焊接工字钢尺寸参数图示，图2(e)为加强肋结构参数图示，图2(f)为垫板、孔道、螺栓结构参数图示。

图中标号：图中标号：1为箱形承台，2为局压垫板，3为精轧螺纹钢，4为防松保险螺栓，5为预留孔，6为液压千斤顶，7为调节钢支架，11、12为焊接工字钢，13为加强钢肋。

具体实施方式

实施例，下面以某地中承式吊杆拱桥的吊杆更换为例，具体说明本装置的结构，装置的各控制参数的取值如下：

(a)焊接工字钢的翼缘宽度b_f＝120mm，翼缘厚度h_f1＝12mm，h_f2＝20mm，腹板高度h_w＝310mm，腹板宽度b_w＝20mm；

(b)拼焊后工具吊杆的外形尺寸长度L，宽度W＝280mm，高度H＝350mm。

(c)局压垫板的尺寸h_s×w_s＝280×1650mm²。

(d)加劲钢肋的参数：个数n＝6，肋厚度ω＝20mm，d₁＝d₂＝80mm，肋的总长度为l＝440mm。

(e)精轧螺纹钢的尺寸控制参数为其直径δ＝32mm，长度取2.5m，4.5m，9m等几种。

(f)液压千斤顶选用CY70千斤顶。

(h)每次加载大小m＝120kN，加载级数为n＝5～8次。桥面系变形控制幅值为±3mm，力控制范围为±0.8kN。该拱桥的吊杆更换非常顺利，桥系无损伤。

Claims

1、一种系杆拱桥吊杆无损伤更换的动态控制方法，其特征在于包括2个方面的内容：

(一)替换新吊杆长度的设计确定；

(二)吊杆更换过程的控制：

(1)张拉力的控制，

(2)桥面反应的控制，

(3)力的转移的控制。

2、根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于根据桥梁索力精确确定新吊杆的设计长度，误差为拟替换吊杆长度的+2％左右。

3、根据权利要求2所述的动态控制方法，其特征在于桥梁索力的确定通过理论计算和现场实测后，经综合平衡确定，其中，理论计算可采用有理元方法，现场实测采用振动频率法。

4、根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于张拉力的控制采用多台千斤顶，并通过自动伺服装置，让加载的千斤顶同步，使施加的合力的重心与拟更换吊杆与新吊杆的轴心在同一直线上。

5、根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于吊杆更换过程中，桥面系以及整个桥梁结构的反应控制，通过如下三条途径综合实现：

(一)在每个纵横梁的交叉点处用环氧树脂粘贴刻度钢尺，在离拱桥的适当距离，架设全站仪，测量在吊杆更换过程中，梁系的相对位移，控制在±3mm以内；

(二)通过安置在焊接钢板箱形承台上四台千斤顶的张拉伸长量来控制，使螺距控制在3mm以内；

(三)通过张拉千斤顶的油表读数，来控制张力力，从而控制力的转移步骤。

6、根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于力的转移控制采用了一种吊杆工具，通过放置在吊杆工具的正交的焊接钢板箱形承台上的一组千斤顶加载来实现，使力从拟更换吊杆平滑转移到新吊杆。

7、一种如权利要求1所述系杆拱桥吊杆无损伤更换的动态控制方法实施过程中所用的工具吊杆，由箱形承台、精轧螺纹钢、防松保险螺栓、局压垫板、液压千斤顶和调节钢支架构成，其特征在于箱形承台(1)由2根工字钢(11)和(12)于翼缘处焊接构成，工字钢翼缘间设置有加劲钢肋(13)；局压垫板(2)设置于工字钢的对接处的两端，局压垫板(2)上开有贯穿箱形承台的预留孔(5)，用于穿过精轧螺纹钢(3)，防松保险螺栓(4)由一对螺栓(11)和(12)构成，工作时用于固定于精轧螺纹钢(3)；液压千斤顶(6)设于箱形承台上，调节钢支架(7)设置于箱形承台(2)和千斤顶(6)之间。