下承式吊桿拱橋的吊桿更換橋面位移控制方法與流程

本發(fā)明屬于拱橋吊桿更換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種下承式吊桿拱橋的吊桿更換橋面位移控制方法。

背景技術(shù)：

吊桿拱橋在近些年來使用廣泛，但隨著使用年限的增加，以及之前吊桿防腐技術(shù)較差，吊桿銹蝕破壞嚴(yán)重，許多吊桿拱橋在使用10-15年后即需要更換吊桿。目前，對(duì)吊桿拱橋吊桿更換過程中多采用有限元方法進(jìn)行，但該法需要建立整體橋梁模型，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，并且由于單元模擬簡化較大，故而產(chǎn)生的系統(tǒng)性誤差較大，在工程應(yīng)用上難以實(shí)施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單易行、準(zhǔn)確可靠的下承式吊桿拱橋的吊桿更換橋面位移控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

下承式吊桿拱橋的吊桿更換橋面位移控制方法，在兜吊系統(tǒng)逐級(jí)張拉與原吊桿逐級(jí)切割吊桿更換方法中，將單根吊桿支撐的橋面恒載單獨(dú)考慮，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)剛度分配方法對(duì)兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的過程進(jìn)行內(nèi)力分析，獲得基于橋面恒載單獨(dú)考慮的各級(jí)兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的橋面位移(計(jì)算方法)；然后考慮相鄰吊桿支撐橋面恒載對(duì)更換吊桿的影響，通過觀測實(shí)橋更換吊桿與相鄰吊桿之間的每級(jí)加載與放載的橋面位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，獲得加載時(shí)相鄰吊桿與更換吊桿的荷載分配系數(shù)；再通過規(guī)定每級(jí)兜吊系統(tǒng)張拉或吊桿切割控制位移閾值來控制實(shí)際荷載狀態(tài)的橋面位移變化。

所述兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的橋面位移符合以下關(guān)系式：

第n次張拉兜吊系統(tǒng)引起的吊桿處橋面位移上升高度δhn-0為：

第n次切割吊桿引起的橋面下降高度δhn-1為：

式中，吊桿索力為fy、吊桿彈性模量為e1、吊桿截面面積為a1，兜吊系統(tǒng)總面積為a2、兜吊系統(tǒng)彈性模量為e2，每次吊桿切割面積為δan，每次兜吊系統(tǒng)加載荷載為δfn，kd為分配系數(shù)。

所述每級(jí)兜吊系統(tǒng)張拉或吊桿切割控制位移閾值符合以下關(guān)系式：

δhn-0＜[s]

δhn-1＜[s]

[s]＝min(10mm，s1/1000)

該式規(guī)定每級(jí)兜吊系統(tǒng)張拉與原吊桿切割的位移應(yīng)控制為小于閾值[s]，閾值取為10mm與吊桿之間距離的s1的1/1000的較小值，s1為吊桿之間距離。

針對(duì)吊桿更換橋面位移控制存在的問題，發(fā)明人基于結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，建立了一種下承式吊桿拱橋的吊桿更換橋面位移控制方法，在兜吊系統(tǒng)逐級(jí)張拉與原吊桿逐級(jí)切割吊桿更換方法中，將單根吊桿支撐的橋面恒載單獨(dú)考慮，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)剛度分配方法對(duì)兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的過程進(jìn)行內(nèi)力分析，獲得基于橋面恒載單獨(dú)考慮的各級(jí)兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的橋面位移；然后考慮相鄰吊桿支撐橋面恒載對(duì)更換吊桿的影響，通過觀測實(shí)橋更換吊桿與相鄰吊桿之間的每級(jí)加載與放載的橋面位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，獲得加載時(shí)相鄰吊桿與更換吊桿的荷載分配系數(shù)；再通過規(guī)定每級(jí)兜吊系統(tǒng)張拉或吊桿切割控制位移閾值來控制實(shí)際荷載狀態(tài)的橋面位移變化。應(yīng)用本發(fā)明可準(zhǔn)確的計(jì)算與控制吊桿拱橋進(jìn)行吊桿更換的橋面位移變化情況，而且簡單易行、準(zhǔn)確可靠，便于工程應(yīng)用，具有很好的工程推廣價(jià)值。

附圖說明

圖1是被張拉的吊桿以及相鄰吊桿(兜吊系統(tǒng)張拉單位力f)的位移變化比例圖。

圖2是吊桿更換施工示意圖。

圖中：1更換吊桿，2兜吊系統(tǒng)，3拱肋，4橋面橫梁，5橋面系，6相鄰吊桿。

具體實(shí)施方式

一、基本原理

在兜吊系統(tǒng)逐級(jí)張拉與原吊桿逐級(jí)切割吊桿更換方法中，將單根吊桿支撐的橋面恒載單獨(dú)考慮，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)剛度分配方法對(duì)兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的過程進(jìn)行內(nèi)力分析，獲得基于橋面恒載單獨(dú)考慮的各級(jí)兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的橋面位移計(jì)算方法；然后考慮相鄰吊桿支撐橋面恒載對(duì)更換吊桿的影響，通過觀測實(shí)橋更換吊桿與相鄰吊桿之間的每級(jí)加載與放載的橋面位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，獲得加載時(shí)相鄰吊桿與更換吊桿的荷載分配系數(shù)；再通過規(guī)定每級(jí)兜吊系統(tǒng)張拉或吊桿切割控制位移閾值來控制實(shí)際荷載狀態(tài)的橋面位移變化。其中，

兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的橋面位移符合以下關(guān)系式：

第n次張拉兜吊系統(tǒng)引起的吊桿處橋面位移上升高度δhn-0為：

第n次切割吊桿引起的橋面下降高度δhn-1為：

式中，吊桿索力為fy、吊桿彈性模量為e1、吊桿截面面積為a1，兜吊系統(tǒng)總面積為a2、兜吊系統(tǒng)彈性模量為e2，每次吊桿切割面積為δan，每次兜吊系統(tǒng)加載荷載為δfn，kd為分配系數(shù)。

每級(jí)兜吊系統(tǒng)張拉或吊桿切割控制位移閾值符合以下關(guān)系式：

δhn-0＜[s]

δhn-1＜[s]

[s]＝min(10mm，s1/1000)

該式規(guī)定每級(jí)兜吊系統(tǒng)張拉與原吊桿切割的位移應(yīng)控制為小于閾值[s]，閾值取為10mm與吊桿之間距離的s1的1/1000的較小值，s1為吊桿之間距離。

二、公式推導(dǎo)

首先不考慮相鄰吊桿對(duì)更換吊桿的影響，假設(shè)吊桿索力為f1、彈性模量為e1、吊桿截面面積為a1，兜吊系統(tǒng)面積為a2、彈性模量為e2，當(dāng)兜吊系統(tǒng)第一次提升加載δf1，則必定有原索力減小δf1，則橋面系上升高度δh1-0為：

當(dāng)進(jìn)行第一次吊桿切割，此時(shí)橋面系下降，而兜吊系統(tǒng)也參與到系統(tǒng)受力中，故而橋面系下降高度δh1-1為：

當(dāng)兜吊系統(tǒng)第二次提升加載δf，此時(shí)舊吊桿面積為(a1-δa1)，則橋面系上升高度δh2-0為：

當(dāng)進(jìn)行第二次吊桿切割δa2，此時(shí)橋面系下降，而兜吊系統(tǒng)也參與到系統(tǒng)受力中，故而橋面系下降高度δh2-1為：

依次類推，有第n次張拉兜吊系統(tǒng)引起的吊桿處橋面位移上升高度δhn-0為：

第n次切割吊桿引起的橋面下降高度δhn-1為：

式中，吊桿索力為fy、吊桿彈性模量為e1、吊桿截面面積為a1，兜吊系統(tǒng)總面為a2、兜吊系統(tǒng)彈性模量為e2，每次吊桿切割面積為δan，每次兜吊系統(tǒng)加載荷載為δfn。

然而在每根吊桿實(shí)際加載提升與切割過程中，由于橋面剛度的存在，相鄰吊桿支撐的橋面恒載對(duì)此根吊桿兜吊加載提升與吊桿切割引起的橋面位移變化具有顯著影響，會(huì)導(dǎo)致施加在兜吊上的力僅有部分提升更換吊桿，而部分引起了相鄰吊桿的提升。故引入分配系數(shù)kd來修正橋面恒載單獨(dú)考慮的各級(jí)兜吊系統(tǒng)的逐級(jí)張拉與吊桿逐級(jí)切割的橋面位移變化計(jì)算方法，該分配系數(shù)kd表征的是某根吊桿的兜吊系統(tǒng)張拉單位力f，該根吊桿的內(nèi)力變化值fb與f的比值。故而對(duì)拱橋跨中部位最長吊桿進(jìn)行試驗(yàn)性更換，將每級(jí)兜吊加載等級(jí)細(xì)化至5-10％的索力值，對(duì)每一級(jí)兜吊加載提升以及吊桿切割時(shí)，對(duì)更換的吊桿與相鄰的吊桿的每級(jí)橋面位移變化值進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計(jì)，通過數(shù)值統(tǒng)計(jì)，更換的吊桿及相鄰吊桿分配比例的平均值作為分配系數(shù)。

三、應(yīng)用實(shí)例

某拱橋進(jìn)行全部吊桿更換，需要對(duì)該吊桿的更換過程進(jìn)行位移控制。

首先通過對(duì)該拱橋跨徑中心部位14#吊桿進(jìn)行理論計(jì)算，獲得不考慮相鄰吊桿影響的每級(jí)兜吊加載提升及吊桿割斷下降的理論計(jì)算值。舊吊桿索力為1260kn，截面面積a1為3270mm²，彈性模量e1為1.95e11，兜吊總面積a2為3297mm²，彈性模量e2為1.95e11，每級(jí)按照10％來增加吊桿索力，并逐級(jí)適當(dāng)剪斷吊桿截面積，通過式(5)、(6)的計(jì)算，獲得不考慮相鄰吊桿影響的每級(jí)兜吊加載提升及吊桿割斷下降的理論計(jì)算值，見表1。

表1每級(jí)兜吊系統(tǒng)加載提升與吊桿割斷橋面位移變化計(jì)算表

表1中，位移與標(biāo)高的正號(hào)表示橋面標(biāo)高上升，負(fù)號(hào)表示橋面標(biāo)高下降。

其次，通過實(shí)橋吊桿的試驗(yàn)性更換，通過統(tǒng)計(jì)每一級(jí)加載與切割過程中的更換吊桿與相鄰吊桿的橋面位移變化，計(jì)算吊桿更換的分配系數(shù)kd，將每級(jí)兜吊加載等級(jí)細(xì)化至10％的索力值，對(duì)每一級(jí)兜吊加載提升以及吊桿切割時(shí)，對(duì)更換的吊桿與相鄰的吊桿的每級(jí)橋面位移變化值進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計(jì)，通過數(shù)值統(tǒng)計(jì)，見附圖2，更換的吊桿1分配比例的平均值為55％。故而有：

根據(jù)式(9)、(10)重新計(jì)算每一級(jí)兜吊加載提升與吊桿切割的橋面位移變化值，重新計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。設(shè)定每一級(jí)兜吊提升加載與吊桿切割的閥值[s]＝min(10mm，5000mm/1000)＝5mm，由表3可知，按照計(jì)算結(jié)果，完全滿足δhn-0＜[s]、δhn-1＜[s]，可考慮適量增大各級(jí)兜吊提升加載力與切割吊桿面積比例，以減少加載次數(shù)，提高施工速度。

表214#吊桿實(shí)際張拉過程中13#、14#、15#橋面位移變化值

表2中，單位為mm，正號(hào)表示橋面標(biāo)高上升，負(fù)號(hào)表示橋面標(biāo)高下降。

表3兜吊加載提升與割斷過程中橋面位移變化理論修正計(jì)算表

表3中，位移與標(biāo)高正號(hào)表示橋面標(biāo)高上升，負(fù)號(hào)表示橋面標(biāo)高下降。