一種單索麵斜拉橋的加固結構的製作方法

2023-07-10 06:06:46 2

專利名稱：一種單索麵斜拉橋的加固結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及現有橋梁的加固結構，具體涉及一種現有斜拉橋動力性能的加固結構。
背景技術：
橋梁是一種永久性建築物，隨著時間的推移、環境的變遷以及車流量和通行車輛噸位的增大，原結構的薄弱環節就會顯現出來。因此在現有技術中，為了延長現有橋梁的服役壽命、改善使用性能所採用的加固方案主要有兩類，一是結構損傷的修復，二是受力構件的補強，如，本實用新型人之一在前申請並授權的申請號為200810219685. 3和 200810219686.8的發明專利方案就屬於前者，公開號為CN102140780A的發明專利申請方案就屬於後者。單索麵斜拉橋是一種常見的橋梁型式，這種橋梁通常設有橋塔，主梁位於橋塔與橋墩間，橋塔和主梁之間設斜拉索，這些拉索均位於單索斜拉橋的橋中線所在的鉛垂面上， 該類橋梁造型簡約美觀、視野開闊，因而被工程界廣泛使用。由以上描述可見，該結構本身就存在以下的不足在地震、風載或汽車行走產生的偏載作用下，橋梁容易產生以橋軸線為中心的扭轉振動，並且橋寬度越大，扭轉振動的幅度就越大，既影響行車的舒適度，也影響橋梁自身的安全。因此對於單索麵斜拉橋來說，如果也採用補強受力構件的方案來進行加固，顯然是難以解決其扭轉振動的問題。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種單索麵斜拉橋的加固結構，該加固結構簡單，投資省、減振效果突出。本實用新型解決該技術問題所採用的技術方案是一種單索麵斜拉橋的加固結構，該加固結構是沿所述斜拉橋的長度方向，在每一橋塔前後的主梁的腹板兩側分別對稱且垂直向外延伸一懸臂梁，該懸臂梁與經過橋塔軸線的橫垂面之間的距離為橋面寬度的I. I I. 2倍，它的延伸端與主梁邊緣的距離為 150cm 250cm ;每一懸臂梁的外端部與橋塔和橋墩之間分別錨固有形狀記憶合金拉索，其中，所述形狀記憶合金拉索與橋塔之間的錨固點離主梁上表面的高度為橋面寬度的I 3 倍，所述形狀記憶合金拉索與橋墩之間的錨固點離主梁下表面的高度為橋面寬度的0. 2 I倍。所述的形狀記憶合金拉索的一個優選方案是選用NiTi形狀記憶合金拉索。本實用新型所述形狀記憶合金拉索由拉索和配套的冷鑄錨具組成；所述的冷鑄錨具主要由錨杯和連接筒組成，其中，所述錨杯為圓柱形，其體內設有與所述圓柱形同軸的錐形孔，所述連接筒由端面積較小的一頭伸進所述的錐形孔並與錨杯螺紋連接，所述的拉索從另一端伸進連接筒並延伸至所述的錐形孔內，其每一根NiTi合金絲的端部均固定在位於所述錐形孔內的一錨板上，所述錨板為圓錐盤，其外徑與所述錐形孔橫截面較大的一頭相匹配；所述的錨杯的外壁上螺紋連接一螺母。為了防止由多根NiTi合金絲拼組在一起的拉索鬆散，所述的拉索上設有若干個索夾，該索夾由兩個半圓柱筒組成，並由螺栓固定在一起。本實用新型的加固結構的具體實施方法如下I、收集影響待加固的單索麵斜拉橋舒適性指標的主要結構參數，如，跨徑、橋寬、 橋塔聞度、橋墩聞度等。2、擬定加固要求和控制目標，如，單索麵斜拉橋在偏心車輛荷載作用下的斯佩林 (Sperling)舒適性指標。3、進行加固設計。首先對待加固單索麵斜拉橋進行有限元軟體分析，判斷待加固斜拉橋是否已達到所擬定的控制目標；若未達到便按本實用新型所述的加固結構進行加固設計。4、加固設計方案校核。建立加固設計方案的有限元模型並進行分析，再判斷分析結果是否達到所擬定的控制目標，若未達到便改變所述形狀記憶合金拉索的錨固點及其規格和根數進行修正，然後再進行校核，直至達到所擬定的控制目標。5、將經過校核達到所擬定的控制目標的加固設計方案確定為待加固斜拉橋的加固方案並付諸實施。本實用新型所述的加固結構，其中所述的形狀記憶合金拉索與主梁和橋塔以及形狀記憶合金拉索與主梁和橋墩均形成了一個穩定的三角形結構，當橋梁在汽車偏載荷作用或地震產生的扭轉振動時，位於偏載一側與橋塔錨固的形狀記憶合金拉索以及位於對側的與橋墩錨固的形狀記憶合金拉索均受拉，由其阻尼作用將主梁的扭轉振動轉換成熱能而耗散，從而有效地降低了主梁的扭轉振動的幅度。可見，本實用新型所述加固結構無論是與現有更換直徑較大的拉索的方案相比，還是與現有給橋梁施加體外預應力的方案相比，不但耗材顯著減少，而且施工簡單、節省人力。

圖I為本實用新型所述的單索麵斜拉橋的加固結構的一個具體實施例的結構示意圖。圖2圖I所示實施例中橋塔部分的縱向局部放大圖。圖3為圖I所示實施例中橋塔部分的橫向局部放大圖。圖4為圖I所示實施例中橋塔部分的俯視局部放大圖。圖5為圖I所示實施例中橋塔部分的仰視局部放大圖。圖6為本實用新型所述的冷鑄錨具的一個具體結構示意圖。圖7為本實用新型所述的冷鑄錨具與橋塔之間的一種連接結構示意圖。圖8為本實用新型所述的冷鑄錨具與橋墩之間的一種連接結構示意圖。圖9為本實用新型所述的冷鑄錨具與懸臂梁之間的一種連接結構示意圖。圖10和圖11為本實用新型所述的索夾的一種結構示意圖，其中，圖10為主視圖， 圖11為圖10的A-A剖視圖。圖12為圖10和圖11所示的索夾的一個使用狀態圖。圖13為本實用新型所述的懸臂梁的一個結構示意圖。[0029]圖14為實施本實用新型的加固結構的流程框圖。圖15 圖18為圖I所示單索麵斜拉橋加固前的有限元模型圖，其中，圖15為單索麵斜拉橋橋體的有限元計算模型；圖16為橋塔側傾振型圖；圖17為主梁扭轉振型圖；圖 18主梁豎彎振型圖。圖19為本實用新型所述的NiTi記憶合金拉索的有限元計算模型。圖20為本實用新型所述的NiTi形狀記憶合金拉索在3%初應變下力與位移滯回曲線。圖21 圖24為圖I所示單索麵斜拉橋添加NiTi形狀記憶合金拉索後的有限元模型圖，其中，圖21為單索麵斜拉橋橋體的有限元計算模型；圖22為橋塔側傾振型圖；圖 23為主梁扭轉振型圖；圖24主梁豎彎振型圖。
具體實施方式
參見圖14，本實用新型的加固結構的實施步驟如下所述。I、收集待加固的單索麵斜拉橋的結構參數參見圖I 圖5，本實施例中的待加固的單索麵斜拉橋為獨塔單索麵斜拉橋，橋塔 3兩側的斜拉索19呈輻射狀斜拉於橋塔3與主梁I之間；塔、墩、梁固結，其結構參數如下 跨徑組合為(139+106)m，塔高69m，主梁I採用單箱三室箱型斷面，主梁I的頂板寬度(即橋面寬度)33. 5m,底寬4. 5m,主梁高3. 5m ;橋塔3和主梁I採用C55混凝土建造。2、擬定加固要求此處以單索麵斜拉橋在偏心車輛荷載作用下的斯佩林(Sperling)舒適性指標為控制目標，加固後，該指標應該達到設定標準。其中，所述的斯佩林舒適性指標是體現行車過程中人的舒適性感受的一個指標，其評價標準如表I所示(表中wz表示舒適度指標值)。依據上述原則，本例按《公路工程技術標準》(JTJOO1-97)定義的掛車_120作為產生偏載的行車荷載，行駛速度為70Km/h，擬定斯佩林舒適性指標的設定標準為wz < I。(I)待加固斜拉橋的振動響應分析、舒適度校核①利用ANSYS軟體建立待加固的單索麵斜拉橋有限元計算分析模型(參見圖 15)；②對斜拉橋進行振動響應分析，計算斜拉橋在偏心車輛荷載作用下的斯佩林舒適性指標，並將計算結果與步驟2中的設定標準進行比較，判斷是否需要加固。其中，斯佩林舒適性指標計算公式為Wz =2.7 X^Z3Z2F(Z)⑴(I)式中，Z為振動幅值(mm) ;f為行車振動卓越頻率(Hz) ；F(f)為頻率修正係數， 對於扭轉振動F (f) = 0. 8f2 0. 5Hz < f ^ 5. 4HzF(f) = 650/f 5. 4Hz < f ^ 26Hz(II)F(f) = I經計算，本實施例中的斜拉橋在偏心車輛荷載作用下佩斯林舒適性指標Wz= I. 64 (參見表2),而設定標準Wz < 1，因此不滿足要求，需要採用本實用新型的加固結構對該斜拉橋進行加固。(2)擬定加固方案①初步確定形狀記憶合金拉索5的錨固位置。根據橋面寬度、橋塔3和橋墩2高度以及通航淨空來初步確定形狀記憶合金拉索5在主梁I懸臂梁7以及橋塔3和橋墩2的錨固點位置。參見圖I 圖5，在本實施例中，沿斜拉橋的長度方向，在位於橋塔3前後的主梁 I的腹板的兩側分別對稱設置兩根用於錨固形狀記憶合金拉索5的懸臂梁7，每一懸臂梁7 的外端部與橋塔3和橋墩2之間分別錨固有形狀記憶合金拉索5。現在初步確定所述懸臂梁7的結構參數如下懸臂梁7自腹板處垂直向外延伸的延伸端超出主梁I邊緣(即主梁 I的頂板的邊緣)200cm;懸臂梁7與經過橋塔軸線的橫垂面之間的距離為1875cm，即相當於1/2橋面寬度的I. 12倍。初步確定形狀記憶合金拉索5與橋塔3之間的錨固點離主梁 I上表面的高度為5000cm，即相當於橋面寬度的I. 5倍；形狀記憶合金拉索5與橋墩2之間的錨固點離主梁I下表面的高度為840cm，即相當於橋面寬度的0. 25倍。②初步確定形狀記憶合金拉索5的數量及截面積。本例中選用NiTi形狀記憶合金來製作形狀記憶合金拉索5，單根由NiTi形狀記憶合金製成的形狀記憶合金拉索3通常由直徑為5mm的NiTi合金絲5_2組拼而成。根據斜拉橋的結構參數以及步驟3-(1)的待加固斜拉橋的振動響應分析、舒適度校核結果，初步確定每一懸臂梁7的外端部與橋塔3和橋墩2之間分別錨固一根形狀記憶合金拉索3，每一根形狀記憶合金拉索5的最終截面積為0. 016426m2 (即每根形狀記憶合金拉索5包含837根直徑為5mm的NiTi合金絲5_2)。亦即，在主梁I與橋塔3及橋敦2間共設置八根形狀記憶合金拉索5，這八根形狀記憶合金拉索5對稱設在經過橋塔軸線的橫垂面的兩側(參見圖I 圖5)。3、擬定加固方案的校核(I)利用ANSYS軟體建立形狀記憶合金拉索5的三維實體有限元計算模型(參見
圖19)，獲得其初應變為3%時力與位移的滯回曲線(參見圖20)，並按公式(III)和(IV)
分別求得NiTi形狀記憶合金拉索5等效剛度和等效阻尼係數。
權利要求1.一種單索麵斜拉橋的加固結構，該加固結構是沿所述斜拉橋的長度方向，在每一橋塔(3)前後的主梁(I)的腹板兩側分別對稱且垂直向外延伸一懸臂梁(7)，該懸臂梁(7)與經過橋塔⑶軸線的橫垂面之間的距離為橋面寬度的I. I I. 2倍，它的延伸端與主梁⑴ 邊緣的距離為150cm 250cm ;每一懸臂梁(7)的外端部與橋塔(3)和橋墩(2)之間分別錨固有形狀記憶合金拉索(5)，其中，所述形狀記憶合金拉索(5)與橋塔(3)之間的錨固點離主梁⑴上表面的高度為橋面寬度的I 3倍，所述形狀記憶合金拉索(5)與橋墩⑵之間的錨固點離主梁(I)下表面的高度為橋面寬度的0. 2 I倍。
2.根據權利要求I所述的一種單索麵斜拉橋的加固結構，其特徵在於，所述的形狀記憶合金拉索(5)為NiTi形狀記憶合金拉索。
3.根據權利要求2所述的一種單索麵斜拉橋的加固結構，其特徵在於，所述的形狀記憶合金拉索(5)由拉索(5-1)和設在其兩端的冷鑄錨具(4)組成；所述的冷鑄錨具(4)主要由錨杯(9)和連接筒(10)組成，其中，所述錨杯(9)為圓柱形，其體內設有與所述圓柱形同軸的錐形孔，所述連接筒(10)由端面積較小的一頭伸進所述的錐形孔並與錨杯(9)螺紋連接，所述的拉索(5-1)從另一端伸進連接筒(10)並延伸至所述的錐形孔內，其每一根 NiTi合金絲(5-2)的端部均固定在位於所述錐形孔內的一錨板(11)上，所述錨板(11)為圓錐盤，其外徑與所述錐形孔橫截面較大的一頭相匹配；所述的錨杯(9)的外壁上螺紋連接一螺母(13)。
4.根據權利要求I 3之一所述的一種單索麵斜拉橋的加固結構，其特徵在於，所述的拉索(5-1)上設有若干個索夾(8)，該索夾(8)由兩個半圓柱筒(8-1)組成，並由螺栓(21)固定在一起。
專利摘要本實用新型涉及一種單索麵斜拉橋的加固結構，該加固結構具有在每一橋塔(3)前後的主梁(1)的腹板兩側對稱且垂直向外延伸的懸臂梁(7)，該懸臂梁(7)與經過橋塔(3)軸線的橫垂面之間的距離為橋面寬度的1.1～1.2倍，它的延伸端與主梁(1)邊緣的距離為150cm～250cm；每一懸臂梁(7)的外端部與橋塔(3)和橋墩(2)之間分別錨固有形狀記憶合金拉索(5)，其中，所述形狀記憶合金拉索(5)與橋塔(3)之間的錨固點離主梁(1)上表面的高度為橋面寬度的1～3倍，所述形狀記憶合金拉索(5)與橋墩(2)之間的錨固點離主梁(1)下表面的高度為橋面寬度的0.2～1倍。本實用新型的加固結構可有效的抑制單索麵斜拉橋主梁的扭轉振動。
文檔編號E01D11/04GK202347426SQ20112047895
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月26日 優先權日2011年11月26日
發明者劉愛榮, 張俊平, 汪荷玲, 禹輝君, 程方傑 申請人:廣州大學