專利名稱：系桿拱橋吊桿無損傷更換的動態控制方法
技術領域：
本發明屬橋梁工程技術領域，具體涉及一種系桿拱橋的吊桿無損傷更換的動態控制方法。
另一方面，吊桿屬于預應力構件，其受力狀態的準確建立和端部錨具、夾具等的構造處理，都受到建造時的材料、技術水平等的限制，加之維修養護措施的局限，使得這類橋梁的吊桿受力與設計受力狀態相差較遠或甚遠，尤其當吊桿是由大量的平行鋼絲束組成時，會發生偏心(或有時重偏心)、銹蝕、斷絲、個別鋼絲松弛(不發揮承載作用)等等，我們檢測的合肥壽春路橋就出現了上述情況。
基于這些安全隱患檢測診斷后，需要更換吊桿，以把吊桿的新技術、新材料及錨夾具技術應用到梁的維護工作中，切實保證人民的生命財產安全。
目前，拱橋的事故雖然發生較多，但對發生事故后的處理以及檢測維修中發現有隱患的吊桿拱橋的處理方面，還沒有一套符合經濟、安全和技術發展要求的成熟技術報道，通常的處理有部分重建、炸掉重建、大量設置支撐更換且橋面系損傷嚴重等。
本發明提出的系桿拱橋吊桿無損傷更換的動態控制方法，包括兩個方面的內容一是替換新吊桿長度的設計確定；二是吊桿更換過程的控制(1)張拉力的控制，(2)橋面反應的控制，(3)力的轉移控制。
新吊桿長度的設計，因為吊桿的放樣長度是零應力長度，而竣工圖和量測到的均為張力狀態下的長度，應換算到放樣長度，這就要求橋梁索力的精確確定。
索力的精確確定通過兩種途徑，相互檢驗和修正，并通過概率統計理論，進行估計和檢驗。一種方法是有限元理論計算，影響參數有模型建立的差異、參數取值的出入等；另一種方法為振動頻率法，現場實測，影響參數有拾震裝置的靈敏度、邊界約束條件的影響、彎曲剛度的影響、吊桿鋼絲束的偏心、分散影響自振頻率等。鑒于上述兩類原因，精確計算和實測吊桿鋼絲的索力，從而換算新吊桿的放樣長度具有偏差，所以取得了索力的兩組數據后，還要綜合平衡，根據概率統計理論進行確定。新吊桿的長度誤差應取擬更換吊桿長度的+2％左右。
吊桿更換過程的控制中，張拉力的控制采用多臺千斤頂(一般為4臺)，通過自動伺服裝置，讓加載的千斤頂同步，使施加的合力的重心與擬更換吊桿和新吊桿的軸心在同一條直線上。
力的轉移控制，采用了一種吊桿工具，并通過放置在吊桿工具的正交的焊接鋼板箱形承臺上的一組(一般為4臺)千斤頂加載來實現，使力從擬更換吊桿平滑轉移到新吊桿。
本發明中，在吊桿更換時使用了專門設計的吊桿工具，其結構如下由箱形承臺、精軋螺紋鋼、防松保險螺栓、局壓墊板、液壓千斤頂和調節鋼支架構成(見
圖1)。其中，箱形承臺1由2根工字鋼11和12于翼緣處焊接構成，工字鋼翼緣間設置有加勁鋼肋13；局壓墊板2設置于工字鋼的對接處的兩端，局壓墊板2上開有貫穿箱形承臺的預留孔5，用于穿過精軋螺紋鋼3，預留孔5一般為2-4個；防松保險螺栓4由一對螺栓11和12構成，工作時用于固定于精軋螺紋鋼3；液壓千斤頂6設于箱形承臺上，調節鋼支架7設置于箱形承臺2和千斤頂6之間。通常稱上述自自控裝置為工具吊桿。
在工程使用中，箱形承臺由4組焊接工字鋼11和12正交設置構成，相應的精軋螺紋鋼3、液壓千斤頂6、調節鋼支架7等也為4組。
各主要構件的尺寸參數符號見附圖2(1)焊接工字鋼尺寸控制參數。單個焊接工字鋼尺寸指標如圖2(a)所示翼緣寬度bf，翼緣厚度hf1，hf2，腹板高度hw，腹板寬度bw；拼焊后工具吊桿的外形尺寸控制參數如圖2(d)、(e)所示長度L，寬度W，高度H(H＝2hf2+hw)。
(2)局壓墊板2的尺寸控制參數如圖2(b)所示厚度ha，螺栓外延伸長度hb。
(3)加勁鋼肋13的尺寸控制參數如圖2(c)、(e)所示間距d1和d2，以及加勁鋼肋的個數n，加勁鋼肋的平面尺寸hr和br。
(4)精軋螺紋鋼3的尺寸控制參數為其直徑δ和與螺距相配套的高強螺栓。
(5)局壓墊板、預留孔道和高強螺栓之間的關系尺寸控制參數指標為wi，dv，dh。見圖2(f)所示。
(6)局壓鋼板的尺寸控制參數如圖2(f)所示為長度hs，寬度ws。
(7)液壓千斤頂和調節鋼支架的選用和設計參數有擬更換橋梁的荷載噸位，具體選用和設計。
本發明中，精軋螺紋鋼3根據具體工程的需要而選擇，其長度便于調節，且數量若干(依擬更換橋梁吊桿的數量、長度差異性等決定)，相鄰精軋螺紋鋼接頭處的高強螺栓的螺距應滿足強度要求，組裝后的精軋螺紋鋼為逐步分級卸載擬更換吊桿的內力和將內力逐步傳遞到新吊桿的核心傳力轉換構件，其強度和組裝精軋螺紋鋼組的合力重心與擬更換吊桿幾何重心的偏差度為主要的力學控制參數。防松保險螺栓4有2個螺栓，用于防止裝置松脫，并可調節釋放內力。局壓墊板2為防止吊桿內力過大，對工具吊桿上翼緣(蓋板)產生局壓破壞而設置的集中荷載擴散裝置。預留孔道5為穿插精軋螺紋鋼之用，一般在每個工具吊桿上預留4只孔道，見附圖1(b)。箱形承臺1的焊接工字鋼11和焊接工字鋼12為該工具吊桿裝置的骨架結構，應滿足強度、穩定、剛度和局壓等結構設計指標。調節鋼支架5是在吊桿逐步分級加載或卸載裝置過程中，起保險作用，同時液壓千斤頂的止油閥門也具有保險功能。液壓千斤頂及讀數控制油表的作用及原理是該裝置控制的核心部件，一般工程中采用4臺千斤頂同步施加或釋放荷載，因而其選用原則有加載范圍、精度和同步控制性能等。
吊桿更換過程中，橋面系以及整個橋梁結構的反應控制，是通過如下三條途徑綜合實現的(一)在每個縱橫梁的交叉點處用環氧樹脂粘貼刻度鋼尺，在離拱橋的適當距離，架設全站儀，測量在吊桿更換過程中，梁系的相對位移，控制在±3mm以內。
(二)通過安置在焊接鋼板箱形承臺上四臺千斤頂的張拉伸長量來控制，使螺距控制在3mm以內。
(三)通過張拉千斤頂的油表讀數，來控制張力，從而控制力的轉移步驟。
本發明方法，實現了力從擬更換吊桿到新吊桿平滑轉移，從而使系桿拱橋吊桿的更換做到無損傷，且安全、可靠、工程量也較少。
圖2為工具吊桿的構件參數圖示。其中圖2(a)為箱形承臺1的單個焊接工字鋼結構參數圖示，圖2(b)為局壓墊板2結構參數圖示，圖2(c)為加強肋間距圖示，圖2(d)為焊接工字鋼尺寸參數圖示，圖2(e)為加強肋結構參數圖示，圖2(f)為墊板、孔道、螺栓結構參數圖示。
圖中標號圖中標號1為箱形承臺，2為局壓墊板，3為精軋螺紋鋼，4為防松保險螺栓，5為預留孔，6為液壓千斤頂，7為調節鋼支架，11、12為焊接工字鋼，13為加強鋼肋。
(c)局壓墊板的尺寸hs×ws＝280×1650mm2。
(d)加勁鋼肋的參數個數n＝6，肋厚度ω＝20mm，d1＝d2＝80mm，肋的總長度為l＝440mm。
(e)精軋螺紋鋼的尺寸控制參數為其直徑δ＝32mm，長度取2.5m，4.5m，9m等幾種。
(f)液壓千斤頂選用CY70千斤頂。
(h)每次加載大小m＝120kN，加載級數為n＝5～8次。橋面系變形控制幅值為±3mm，力控制范圍為±0.8kN。該拱橋的吊桿更換非常順利，橋系無損傷。
權利要求
1.一種系桿拱橋吊桿無損傷更換的動態控制方法，其特征在于包括2個方面的內容(一)替換新吊桿長度的設計確定；(二)吊桿更換過程的控制(1)張拉力的控制，(2)橋面反應的控制，(3)力的轉移的控制。
2.根據權利要求1所述的動態控制方法，其特征在于根據橋梁索力精確確定新吊桿的設計長度，誤差為擬替換吊桿長度的+2％左右。
3.根據權利要求2所述的動態控制方法，其特征在于橋梁索力的確定通過理論計算和現場實測后，經綜合平衡確定，其中，理論計算可采用有理元方法，現場實測采用振動頻率法。
4.根據權利要求1所述的動態控制方法，其特征在于張拉力的控制采用多臺千斤頂，并通過自動伺服裝置，讓加載的千斤頂同步，使施加的合力的重心與擬更換吊桿與新吊桿的軸心在同一直線上。
5.根據權利要求1所述的動態控制方法，其特征在于吊桿更換過程中，橋面系以及整個橋梁結構的反應控制，通過如下三條途徑綜合實現(一)在每個縱橫梁的交叉點處用環氧樹脂粘貼刻度鋼尺，在離拱橋的適當距離，架設全站儀，測量在吊桿更換過程中，梁系的相對位移，控制在±3mm以內；(二)通過安置在焊接鋼板箱形承臺上四臺千斤頂的張拉伸長量來控制，使螺距控制在3mm以內；(三)通過張拉千斤頂的油表讀數，來控制張力力，從而控制力的轉移步驟。
6.根據權利要求1所述的動態控制方法，其特征在于力的轉移控制采用了一種吊桿工具，通過放置在吊桿工具的正交的焊接鋼板箱形承臺上的一組千斤頂加載來實現，使力從擬更換吊桿平滑轉移到新吊桿。
7.一種如權利要求1所述系桿拱橋吊桿無損傷更換的動態控制方法實施過程中所用的工具吊桿，由箱形承臺、精軋螺紋鋼、防松保險螺栓、局壓墊板、液壓千斤頂和調節鋼支架構成，其特征在于箱形承臺(1)由2根工字鋼(11)和(12)于翼緣處焊接構成，工字鋼翼緣間設置有加勁鋼肋(13)；局壓墊板(2)設置于工字鋼的對接處的兩端，局壓墊板(2)上開有貫穿箱形承臺的預留孔(5)，用于穿過精軋螺紋鋼(3)，防松保險螺栓(4)由一對螺栓(11)和(12)構成，工作時用于固定于精軋螺紋鋼(3)；液壓千斤頂(6)設于箱形承臺上，調節鋼支架(7)設置于箱形承臺(2)和千斤頂(6)之間。
全文摘要
本發明涉及一種系桿拱橋吊桿無損傷更換的動態控制方法，它包括2個方面內容一是替換新吊桿長度的確定；二是吊桿更換過程的控制(1)張拉力的控制，(2)橋面反應的控制，(3)力的轉移的控制。本發明還設計了控制吊桿更換過程的專用工具吊桿。本發明方法實現了力從擬更換吊桿到新吊桿的平滑轉移，使吊桿更換做到無損傷，而且安全、可靠，工程量也較少。
文檔編號E01D22/00GK1401854SQ0213692
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月10日 優先權日2002年9月10日
發明者熊學玉, 張大照, 陳軍 申請人:同濟大學, 上海同吉預應力工程有限公司