本發明涉及一種內懸索組合截面橋梁及其施工方法。具體的說是一種橋身為鋼桁架、橋面為混凝土面板、在橋梁梁體內(即鋼桁架內)放置鋼懸索的橋梁型式。
背景技術:
橋梁從大的類型來劃分,有多種型式,包括簡支梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋、連續剛構橋等。
對于簡支梁橋,所不同的是構成梁體截面的不同材料,及不同的材料組合截面和不同的截面幾何型式。
隨著鋼筋混凝土技術的發展,梁體材料成為鋼筋與混凝土的組合,截面型式則可以是箱型截面或工字型截面。
普通鋼筋混凝土梁發展到預應力混凝土梁,梁體材料則變成了鋼筋與鋼絞線,再加上混凝土的組合。并可對鋼絞線實施張拉,以改變箱體內的應力分布。
發展到近代出現的鋼桁架-混凝土組合橋梁和鋼箱梁-混凝土組合橋梁則分別是下部鋼桁架,上部混凝土面板的組合(這一種橋梁常用于公鐵兩用雙層橋梁)和下部用鋼板焊接的箱型梁和上部混凝土面板的組合型式。
通常所說的懸索橋有二個高大的橋墩,以懸掛并固定懸索,在懸索上等水平距離設有吊索,吊著橋梁梁身,橋梁梁身則為鋼箱梁、鋼桁架或混凝土箱梁。由于懸索內必然產生巨大的水平力,因此,必須在橋兩側設置巨大的錨錠來平衡懸索水平力。對于跨度較小的懸索橋,也可以依靠混凝土箱梁來平衡水平力,即自錨式懸索橋。
對于通常的簡支鋼桁架橋梁來說,鋼桁架上弦桿總是受壓,下弦桿總是受拉,同時必然有一些斜腹桿受拉以抵抗剪力,如果將鋼桁架下弦桿設計成對稱的拋物線型,則下弦桿既能抵抗因彎矩引起的下弦桿拉力,同時還能承擔大部分剪力,這主要是由于下弦桿角度的改變而使桿件拉力有垂直分量。考慮到混凝土是最經濟的受壓材料,同時高強鋼懸索又是最經濟的受拉材料,因此,若將混凝土置于鋼桁架上弦,高強鋼懸索置于鋼桁架下弦,并使三者聯合受力,則必然得到一個很經濟的受力結構,即由混凝土承擔大部分上弦壓力,由鋼懸索承擔大部分下弦拉力和腹桿剪力,鋼桁架主體則起應力傳遞和穩定作用。
技術實現要素:
本發明的目的是基于通過鋼懸索張拉實現應力轉換的原理而提供一種內懸索組合截面橋梁及其施工方法,是一種簡支梁組合截面橋與懸索橋結合的橋梁形式。
本發明的目的可通過下述技術措施來實現:
本發明的內懸索組合截面橋梁包括水平結構的左右上弦桿,凹弧形結構的左右下弦桿,連接在上弦桿、下弦桿之間的垂直腹桿和斜腹桿,沿左右下弦桿弧面分別布置的至少兩道鋼懸索,以及通過連接件鋪設在上弦桿頂面的鋼板和澆筑在鋼板上的混凝土,且在鋼板上設置有用于固接混凝土的抗剪栓釘。(上弦桿與鋼板、抗剪栓釘、混凝土作為一個整體,共同構成橋梁的上弦,并在橋梁受力中起受壓桿作用)。
本發明中所述下弦桿為拋物線型結構,通過節點板與垂直腹桿、斜腹桿連接;所述鋼懸索由多根無粘接鋼絞線通過熱塑pvc集束捆扎組成,鋼懸索沿下弦桿布置,鋼懸索通過每一個垂直腹桿下端時,穿過弧形卡具與下弦桿相固接,形成與下弦桿一致的拋物線型結構;所述鋼懸索由多根無粘接鋼絞線通過熱塑pvc集束捆扎而成。
本發明中所述鋼懸索的端部依次穿過上弦桿、鋼板、鋼錨座,通過錨環固定;所述錨環內含用于在鋼懸索張拉后逐根夾緊鋼絞線,以保持鋼絞線的張拉力的夾片;在所述錨環上部設置有起壓緊錨環內夾片的作用的鋼壓板,采用連接件緊固于錨環上。
本發明中所述下弦桿、垂直腹桿、斜腹桿均通過高強螺栓連接在節點板上,所述弧形卡具采用連接件固定于節點板上;且所述下弦桿、垂直腹桿、斜腹桿均在節點板兩側對稱布置,所述弧形卡具同樣分設于節點板兩側,兩道鋼懸索分別從分設于節點板兩側的弧形卡具中穿過,改變一個角度,并整體形成一個拋物線型。
進一步說,對于通常的簡支鋼桁架橋梁來說,鋼桁架上弦桿總是受壓,下弦桿總是受拉,同時必然有一些斜腹桿受拉以抵抗剪力,如果將鋼桁架下弦桿設計成對稱的拋物線型,則下弦桿既能抵抗因彎矩引起的下弦桿拉力,同時還能承擔大部分剪力,這主要是由于下弦桿角度的改變而使桿件拉力有垂直分量。考慮到混凝土是最經濟的受壓材料,同時高強鋼懸索又是最經濟的受拉材料,因此,若將混凝土置于鋼桁架上弦,高強鋼懸索置于鋼桁架下弦,并使三者聯合受力,則必然得到一個很經濟的受力結構,即由混凝土承擔大部分上弦壓力,由鋼懸索承擔大部分下弦拉力和腹桿剪力,鋼桁架主體則起應力傳遞和穩定作用,這就是本發明的核心內容。
本發明的施工方法包括以下步驟:
a、首先將在工廠預制的各部件進行現場組裝,通過連接件組裝成為鋼桁架結構,布置好鋼懸索,并對鋼懸索進行第一次張拉(由于鋼桁架有一定的自重,會在鋼桁架上弦產生壓力,在下弦桿產生拉力,通過第一次張拉使下弦桿中的拉力全部轉移到鋼懸索上,并通過一定的超張拉使型鋼下弦桿中產生一定的壓應力,從而使下弦桿中有更多的拉應力儲備),一次張拉完成后,在上弦鋼板上焊接抗剪栓釘,綁扎鋼筋網,并澆筑混凝土;
b、由于橋梁上部混凝土占了整個橋自重70%以上,因此,澆筑混凝土后鋼桁架又有一次新的應力分配,由于混凝土的重量,使桁架下弦桿又出現拉應力,因此需要對鋼懸索進行第二次或多次張拉(在混凝土強度達到70%后),完成下弦中拉應力從下弦桿到鋼懸索的轉移,并使下弦重新產生一定的壓應力,其結果就是,在所有的橋梁自重荷載下,下弦的拉力全部由鋼懸索承擔,下弦桿由于拉索的作用,有一定的預壓應力,因此,具有更大的拉應力儲備。
由于鋼懸索所用的鋼絞線強度是型鋼的近6倍,鋼絞線強度是1860mpa,而q345型鋼的屈服強度是345mpa,因此,用鋼懸索來承擔拉力是比型鋼更有效、更經濟的方式,可大大減輕鋼桁架下部桿件的自重。
以上澆筑混凝土、待混凝土強度到一定值時再張拉的過程也可分多次進行。當橋梁跨度較大,上覆混凝土層較厚時(如大于20cm),在混凝土剛澆筑時,混凝土沒有強度,因此,混凝土自重引起的上弦桿壓力要全部由上弦桿承擔(在由鋼桁架作為現澆混凝土支承體系時的情況),考慮到混凝土重量占橋梁自重超過70%的重量,這就意味著大部分橋梁自重引起的上弦壓力未能由混凝土承擔,因此,就有必要分次澆筑混凝土,待混凝土有一定強度時再分次張拉鋼懸索,這樣,就可使上部混凝土層預先承擔一部分上弦桿壓力。
更進一步說:
1、在工廠預制、在現場拼裝的鋼桁架:鋼桁架上弦為水平線,下弦為下凹拋物線,鋼桁架上弦由型鋼、鋼板組成,其中鋼板與型鋼通過高強螺栓連接,鋼板上焊接有抗剪栓釘,以備與混凝土連接成整體;鋼桁架下弦也由型鋼組成,并由分段的直線型整體形成拋物線型;在上、下弦桿之間,每隔一段相等的水平距離,安裝有垂直腹桿(壓桿),在兩個垂直腹桿之間安裝有斜腹桿(拉桿),壓桿和拉桿也都由型鋼組成。腹桿和上、下弦桿的連接通過節點板,用高強螺栓連接。
2、沿下弦桿布置的高強鋼懸索(內懸索),鋼懸索緊貼桁架下弦桿布置,位于垂直腹桿底部和下弦桿之間。鋼懸索每經過一個垂直腹桿,都穿過一個弧形的卡具(轉向卡具),弧形卡具固定于垂直腹桿底部,對拉索施加一個垂直位移約束,同時,也使拉索改變一個角度,這樣,使拉索整體上和下弦桿一樣,形成一個拋物線。鋼拉索由集束無粘結鋼絞線組成,每一單根鋼絞線都單獨包裹在含潤滑油的pvc護套內,這使鋼絞線可以整體自由伸長而不受垂直腹桿部位弧形卡具的摩擦力約束。多根無粘接鋼絞線可在鋼懸索廠內由專用設備捆扎成束,并用熱塑pvc包裹。
3、鋼桁架上弦現澆混凝土層:混凝土層與鋼桁架上部鋼板通過焊接于鋼板上的抗剪栓釘連接,在鋼板上現澆混凝土時,可綁扎一定數量的鋼筋網,以提高混凝土的整體抗壓能力。
在每一集束無粘結鋼絞線的兩端,都有固定于鋼桁架上弦桿的錨座,鋼絞線穿過上弦桿和錨座,鋼絞線端部有多孔錨環和夾片固定,錨環上有鋼壓板以卡緊夾片,防止鋼絞線張拉后松動。
本發明將自錨式懸索橋與鋼桁架-混凝土組合截面橋結合起來,在鋼桁架體內放置二條或多條懸索,靠鋼桁架上部的混凝土面板來平衡鋼懸索的水平力,形成鋼桁架加鋼懸索,上部為混凝土面板的組合截面型式橋梁。本發明的橋梁型式比通常的鋼桁架-混凝土組合截面橋,自重更輕,可以實現的跨度更大,且在同樣的跨度下,橋梁承載時的撓度更小(即剛度更大),同時又免去了高大的索塔,施工更加簡便,是非常有希望的一種橋梁型式。
本發明的有益效果如下:
1、由于下弦桿采用了拋物線型,通過主動張拉鋼懸索,鋼懸索既承擔了普通鋼桁架中下弦桿的拉力,也承擔了大部分斜腹桿的拉力。
2、由于理論上可將下弦桿通過張拉鋼懸索施壓到受壓極限,因此下弦桿具有了在承受動荷載時,雙倍于自身拉拉強度的應力儲備。
3、由于橋梁自重總是遠大于橋梁動荷載,而橋梁在靜載時下弦桿和腹桿中產生的拉力又全部由強度比型鋼高得多的拉索來承擔,因此,比之通常的鋼-混凝土截面橋梁,本發明是更有效率的承載方式。
4、橋梁撓度大幅減少,增加了橋梁的剛度:由于張拉鋼懸索的過程在力學原理上相當于對橋梁整體施加一個反向彎矩,這使橋梁向上拱,因此橋梁的下撓度能得到主動控制,在橋梁靜載作用下,總是可以通過張拉使橋梁有一定程度的上拱度,這與使下弦桿出現的壓應力是一致的,因此,橋梁整體剛度大大增加了。
5、本發明整個鋼構部分在工廠預制,在現場可直接拼裝,拼裝好后,上部鋼板即作為模板直接澆筑混凝土。省去了大量的腳手架和模板工程,尤其適合于跨越道路、山溝的橋梁建設。
附圖說明
圖1為吊索應力轉換原理圖。
圖2是本發明基本構造原理圖。
圖3是圖1的橫截面剖視圖(內懸索組合截面橋的基本構造)。
圖4是圖2的a部位放大圖(張拉節點詳圖)。
圖5是圖2的b部位放大圖(鋼桁架下弦桿連接節點詳圖)。
圖6是圖5的側視圖。
圖中序號:1、上弦桿(型鋼構成的),2、鋼板(與上弦桿用螺栓連接),3、抗剪栓釘,4、混凝土,5、下弦桿(型鋼組成的鋼桁架下弦),6、鋼懸索,7、節點板,8、垂直腹桿,9、弧形卡具,10、斜腹桿(在桁架受不均勻荷載時,受拉力作用,同時作為鋼桁架的穩定桿),11、12為連系桿,13橋臺,14為鋼錨座,15為錨環,16為鋼壓板。
具體實施方式
本發明以下將結合實施例(附圖)作進一步描述:
如圖2、3所示,本發明的內懸索組合截面橋梁包括水平結構的左右上弦桿1,凹弧形結構的左右下弦桿5,連接在上弦桿1、下弦桿5之間的垂直腹桿8和斜腹桿10,沿左右下弦桿5弧面分別布置的至少兩道鋼懸索6,以及通過連接件鋪設在上弦桿1頂面的鋼板2和澆筑在鋼板上的混凝土4,且在鋼板上設置有用于固接混凝土4的抗剪栓釘3。(上弦桿1與鋼板2、抗剪栓釘3、混凝土4作為一個整體,共同構成橋梁的上弦,并在橋梁受力中起受壓桿作用)。
本發明中所述下弦桿5為拋物線型結構,通過節點板7與垂直腹桿8、斜腹桿10連接;所述鋼懸索6由多根無粘接鋼絞線通過熱塑pvc集束捆扎組成,鋼懸索6沿下弦桿5布置,鋼懸索6通過每一個垂直腹桿8下端時,穿過弧形卡具9與下弦桿5相固接,形成與下弦桿一致的拋物線型結構。
如圖4所示,本發明中所述鋼懸索6的端部依次穿過上弦桿1、鋼板2、鋼錨座14,通過錨環15固定;所述錨環15內含用于在鋼懸索張拉后逐根夾緊鋼絞線,以保持鋼絞線的張拉力的夾片;在所述錨環上部設置有起壓緊錨環內夾片的作用的鋼壓板16,采用連接件緊固于錨環15上。
如圖5、6所示,本發明中所述下弦桿5、垂直腹桿8、斜腹桿10均通過高強螺栓連接在節點板7上,所述弧形卡具9采用連接件固定于節點板上;且所述下弦桿5、垂直腹桿8、斜腹桿10均在節點板兩側對稱布置,所述弧形卡具9同樣分設于節點板7兩側,兩道鋼懸索6分別從分設于節點板7兩側的弧形卡具中穿過,改變一個角度,并整體形成一個拋物線型。
進一步說,對于通常的簡支鋼桁架橋梁來說,鋼桁架上弦桿總是受壓,下弦桿總是受拉,同時必然有一些斜腹桿受拉以抵抗剪力,如果將鋼桁架下弦桿設計成對稱的拋物線型,則下弦桿既能抵抗因彎矩引起的下弦桿拉力,同時還能承擔大部分剪力,這主要是由于下弦桿角度的改變而使桿件拉力有垂直分量。考慮到混凝土是最經濟的受壓材料,同時高強鋼懸索又是最經濟的受拉材料,因此,若將混凝土置于鋼桁架上弦,高強鋼懸索置于鋼桁架下弦,并使三者聯合受力,則必然得到一個很經濟的受力結構,即由混凝土承擔大部分上弦壓力,由鋼懸索承擔大部分下弦拉力和腹桿剪力,鋼桁架主體則起應力傳遞和穩定作用,這就是本發明的核心內容。
本發明的施工方法包括以下步驟:
a、首先將在工廠預制的各部件進行現場組裝,通過連接件組裝成為鋼桁架結構,布置好鋼懸索,并對鋼懸索進行第一次張拉(由于鋼桁架有一定的自重,會在鋼桁架上弦產生壓力,在下弦桿產生拉力,通過第一次張拉使下弦桿中的拉力全部轉移到鋼懸索上,并通過一定的超張拉使型鋼下弦桿中產生一定的壓應力,從而使下弦桿中有更多的拉應力儲備),一次張拉完成后,在上弦鋼板上焊接抗剪栓釘,綁扎鋼筋網,并澆筑混凝土;
b、由于橋梁上部混凝土占了整個橋自重70%以上,因此,鋼桁架又有一次新的應力分配,由于混凝土的重量,使桁架下弦桿又出現拉應力,因此需要對鋼懸索進行第二次或多次張拉(在混凝土強度達到70%后),完成下弦中拉應力從下弦桿到鋼懸索的轉移,并使型鋼組成的鋼桁架下弦——下弦桿重新產生一定的壓應力,其結果就是,在所有的橋梁自重荷載下,下弦的拉力全部由鋼懸索承擔,型鋼組成的鋼桁架下弦——下弦桿由于拉索的作用,有一定的預壓應力,因此,具有更大的拉應力儲備。
由于鋼懸索所用的鋼絞線強度是型鋼的近6倍,鋼絞線強度是1860mpa,而q345型鋼的屈服強度是345mpa,因此,用鋼懸索來承擔拉力是比型鋼更有效、更經濟的方式,可大大減輕鋼桁架下部桿件的自重。
以上澆筑混凝土、待混凝土強度到一定值時再張拉的過程也可分多次進行。當橋梁跨度較大,上覆混凝土層較厚時(如大于20cm),在混凝土剛澆筑時,混凝土沒有強度,因此,混凝土自重引起的上弦桿壓力要全部由上弦桿承擔(在由鋼桁架作為現澆混凝土支承體系時的情況),考慮到混凝土重量占橋梁自重超過70%的重量,這就意味著大部分橋梁自重引起的上弦壓力未能由混凝土承擔,因此,就有必要分次澆筑混凝土,待混凝土有一定強度時再分次張拉鋼懸索,這樣,就可使上部混凝土層預先承擔一部分上弦桿壓力。
更進一步說:
1、在工廠預制、在現場拼裝的鋼桁架:鋼桁架上弦為水平線,下弦為下凹拋物線,鋼桁架上弦由型鋼、鋼板組成,其中鋼板與型鋼通過高強螺栓連接,鋼板上焊接有抗剪栓釘,以備與混凝土連接成整體;鋼桁架下弦也由型鋼組成,并由分段的直線型整體形成拋物線型;在上、下弦桿之間,每隔一段相等的水平距離,安裝有垂直腹桿(壓桿),在兩個垂直腹桿之間安裝有斜腹桿(拉桿),壓桿和拉桿也都由型鋼組成。腹桿和上、下弦桿的連接通過節點板,用高強螺栓連接。
2、沿下弦桿布置的高強鋼懸索(內懸索),鋼懸索緊貼桁架下弦桿布置,位于垂直腹桿底部和下弦桿之間。鋼懸索每經過一個垂直腹桿,都穿過一個弧形的卡具(轉向卡具),弧形卡具固定于垂直腹桿底部,對拉索施加一個垂直位移約束,同時,也使拉索改變一個角度,這樣,使拉索整體上和下弦桿一樣,形成一個拋物線。鋼拉索由集束無粘結鋼絞線組成,每一單根鋼絞線都單獨包裹在含潤滑油的pvc護套內,這使鋼絞線可以整體自由伸長而不受垂直腹桿部位弧形卡具的摩擦力約束。多根無粘接鋼絞線可在鋼懸索廠內由專用設備捆扎成束,并用熱塑pvc包裹。
3、鋼桁架上弦現澆混凝土層:混凝土層與鋼桁架上部鋼板通過焊接于鋼板上的抗剪栓釘連接,在鋼板上現澆混凝土時,可綁扎一定數量的鋼筋網,以提高混凝土的整體抗壓能力。
在每一集束無粘結鋼絞線的兩端,都有固定于鋼桁架上弦桿的錨座,鋼絞線穿過上弦桿和錨座,鋼絞線端部有多孔錨環和夾片固定,錨環上有鋼壓板以卡緊夾片,防止鋼絞線張拉后松動。
內懸橋的具體施工方式
以下結合附圖詳述該發明的具體實工方式。
以一個兩車道,跨度50m的單跨橋為例,橋寬9.5m,其中兩側人行道各1.5m,兩車道,每車道寬3.25m,由兩榀鋼桁架組成。
見圖3主桁架材料選型:上部型鋼弦桿1選用l200x12,下部型鋼弦桿5選用l150x10,材質均為q345鋼,其它腹桿8及聯系桿10一般用l126x8或l100x8,受拉腹桿則選用l75x8。節點板7選用12mmq345鋼板,節點板尺寸滿足螺栓布置要求。型鋼與節點板的連接全部采用高強摩擦螺栓連接。
鋼懸索6共采用4道10xφ15.2無粘結鋼絞線組成的鋼絞線束,每榀桁架安裝兩束,在桁架兩側對稱安裝。鋼絞線強度等級1860mpa。
在上弦桿的每個節點部位,與腹桿交接點部位,連接有一塊平鋼板2,平鋼板與上弦桿用高強螺栓連接,平鋼板上焊接有抗剪栓釘3,抗剪栓釘間距按每10cmx10cm布置一根,抗剪栓釘直徑φ18mm,材質q345鋼,每塊鋼板尺寸50cm(寬)x12mm(厚),與上弦桿等長,上覆20cm厚混凝土層4,靠抗剪栓釘3與上弦鋼板2連接。
在兩榀桁架的上弦桿平面和下弦桿平面之間分別設置有垂直于上、下弦桿的連系桿和斜向連系桿相連。
在垂直于桁架的每個節點立面,(見圖3),也有垂直連系桿和斜向(十字)連系桿連接兩榀桁架,以實現兩榀桁架的橫向連接。
在桁架上平面,抗剪栓釘鋼板以外的區域另鋪設有1.0mm厚薄鋼板,薄鋼板靠下部桁架間連系桿件支撐,起澆筑上部混凝土的模板作用。薄鋼板上部可布設鋼筋網,并在布好鋼筋網后,澆筑混凝土。
由于薄鋼板下的連系桿件距離較遠,在鋪設薄鋼板時,對部分鋼板跨距大的地方,可在鋼板下臨時固定加強角鋼,混凝土澆筑凝固后可拆除。
施工順序
1、現場先建好兩側橋臺13,如圖2。
2、鋼桁架構件:包括上、下弦桿、腹桿、連接板及兩榀桁架間的水平系桿和橫向系桿都在工廠里加工完成,并按設計要求打好高強螺栓孔。
3、在橋梁現場組裝桁架,每榀桁架組裝好后,分別吊裝就位,并用螺栓固定于兩側橋臺。
4、兩榀桁架都就位后,安裝桁架間的水平系桿,橫向系桿,使兩榀桁架形成一個整體。
5、安裝桁架上弦桿節點部位的抗剪栓釘鋼板,抗剪栓釘鋼板上的抗剪栓釘已用專用抗剪栓釘焊接機焊接于鋼板上,鋼板上另打有螺栓孔,與上弦桿上螺栓孔對應,鋼板與上弦桿用高強螺栓連接。
6、安裝鋼懸索:共4條鋼懸索,每條鋼懸索用10根φ15.2無粘結鋼絞線捆扎成束,并用熱塑pvc包裹。每榀桁架兩側分別安裝一束鋼懸索,鋼懸索緊貼下弦桿布置,在每個下弦桿節點板部位有一個固定點,固定點處安裝有一個弧形轉向器,轉向器固定于垂直腹桿與下弦桿相交部位,鋼懸索可從弧形轉向器中空穿過。鋼懸索兩端穿過上弦桿及抗剪栓釘鋼板,固定于專用錨座和錨環上,鋼懸索可以用千斤頂多次張拉緊并被錨環和錨座固定。
7、鋪設鋼桁架上部作為模板的薄鋼板,并安裝邊模。由于上弦桿上部抗剪栓釘鋼板每塊僅有50cm寬,因此,在其它沒有抗剪栓釘鋼板的部位,還必須安裝薄鋼板作為澆筑混凝土的模板。
上部模板安裝完后,可按設計要求綁扎鋼筋。
8、對鋼懸索進行第一次張拉:在上部鋼筋綁扎完后,整個橋梁在澆筑混凝土之前的靜荷載已全部就位,這時,鋼桁架下弦桿必然有一定拉應力,因此可對鋼懸索進行第一次張拉,完成第一次下弦拉力轉移,并使下弦桿出現最大壓應力。
9、澆筑上部混凝土、養護,并待混凝土強度達到設計強度的70%以上。
10、對鋼懸索進行第二次張拉:由于橋梁上部混凝土重占橋梁的大部分重量,因此,澆筑混凝土后,型鋼下弦又出現拉應力,同時,在上部混凝土達到70%強度后,混凝土已能抵抗上弦壓力,因此,可在此時進行第二次張拉,改變整個桁架體系的受力分布,使下弦拉力基本由鋼懸索承擔,上弦壓力基本由上覆混凝土承擔。
11、上覆瀝青層,并用專用蓋板封住張拉錨頭部位,這樣便于檢修和補充張拉。也可在上鋪瀝青層后再次張拉一次,保證在橋梁所有靜載下,下弦桿處于受壓狀態。
12、在最后一次張拉完成后,應擰緊錨環外部的鋼壓板,鋼壓板起約束鋼絞線夾片,使夾片在橋梁震動時不發生松動的作用。
上覆瀝青完成后,橋梁即可投入使用。
附:內懸索組合截面橋的技術原理
通過如下的型鋼吊桿的例子來簡述內懸索橋的技術原理:
如圖1所示,重物(重量等于g)首先通過型鋼吊桿懸掛于剛架上,設型鋼截面積為s,則型鋼中產生拉應力:
б拉=g/s
即型鋼中拉應力與重物重量成正比,與截面積成反比
同時由于型鋼為彈性體,在懸掛重物后,會有一個伸長量δl。
其中e為型鋼材料的彈性模量,l為型鋼長度,在實際的橋梁中,型鋼的伸長量會轉化為橋梁的撓度。
然后,緊貼型鋼,另加一條軟吊索吊著重物(假定吊索吊點和型鋼吊點基本在一條垂直線上,且都通過重物的重心),吊索上端部安裝有錨具和螺絲,可以通過索頂螺絲將吊索往上提。在吊索剛掛上去時,吊索在松弛狀態,重物仍然完全由型鋼承擔。
可以將松弛的吊索通過擰緊螺絲逐漸擰緊,這樣,就有一部分重量轉移到吊索上,型鋼承擔的重量就逐漸減小,型鋼的伸長量也逐漸減少,這樣,隨著不斷地擰緊吊索,我們總是能將型鋼的伸長量減少到零,這時候,型鋼不再承擔重物的重量,重物的重量轉移到完全由吊索承擔。也就是說,可以通過張緊吊索,完成應力分配的轉移,將應力從型鋼轉移到吊索上。這正是本發明中要做的工作:通過張拉桁架內的鋼懸索,將桁架內下弦桿和部分腹桿的拉應力轉移到由鋼懸索承擔。
在將型鋼的承載完全減少到零后,還可以繼續擰緊吊索(假定吊索有足夠的強度,不會斷裂),這時候,吊索會更加繃緊,拉應力增大,因此型鋼內必然出現壓應力,以平衡吊索多余的拉力,在不考慮型鋼失穩的情況下,可以通過擰緊吊索,將型鋼加壓到出現最大壓應力。同時,由于型鋼從受拉變為了受壓,型鋼從原來承載重物時的伸長變成了縮短(這在實際的橋梁中對應著橋梁從下撓變成了上拱),并且由于型鋼容許最大壓應力等于最大容許拉應力(不考慮失穩時),因此,型鋼被壓縮到最大壓應力時的縮短量正好等于達到最大拉應力時的伸長量。
在型鋼被吊索施壓到最大壓應力后,再來考慮型鋼吊桿作為一個受拉承載吊桿的承載力。
1、吊桿在沒有初始荷載,也沒有旁設吊索的情況下,型鋼吊桿的構件承載力g0:
g0=бmax·s
其中:s為型鋼截面面積,бmax為型鋼最大容許拉壓應力。
2、吊桿在有初始荷載,仍沒有旁設吊索的情況下,此時的承載力余幅,即構件承載力減去初始荷載。
承載力余幅g2=g0-g1
在這里,初始荷載g1在實際的橋梁中,對應于橋梁的自重,可見,由于初始荷載的存在,在沒有吊索的情況下,構件的承載力減小了。
3、吊桿在有初始荷載,同時旁設吊索將型鋼施壓到最大壓應力的情況下,型鋼吊桿仍然具有的承載力是:
g3=(б壓max+б拉max)×s=2бmax×s(б壓=б拉)
可見,由于吊索已將初始荷載轉移,同時,型鋼內已有初始壓應力,因此,新增荷載要使型鋼達到最大拉應力,必須先抵消型鋼的初始壓應力,這樣的結果是,型鋼構件仍然具有的受拉承載力余幅等于兩倍的構件承載力,這相當于將型鋼構件的承載力增加了一倍,且還不用計入初始荷載,這一部分初始荷載已全部轉移到吊索上承擔(考慮到實際橋梁自重達到總荷載70%以上,這個荷載轉移的意義就很大)。
另外,考慮鋼構件的受拉變形,在沒有吊索的情況下,一倍的構件承載力g0,就將型鋼拉到了最大伸長量,在考慮初始荷載的作用時,實際新增荷載g0-g1(初始荷載),型鋼即達最大伸長量(這對應實際橋梁的最大撓度)。而在有吊索預張緊的情況下,新增荷載需達到兩倍g0,型鋼才能被拉到最大伸長量,這就說明,整個受力體系的剛度大大增加了。
這就是本發明的基本原理,通過桁架內鋼懸索主動施加拉力,使鋼桁架下弦桿和受拉腹桿受到預壓應力作用,并將橋梁自重荷載全部由吊索承擔,這樣,既大大增加了受拉桿件的承載能力,又增加了橋梁的剛度,這意味著可以設計更大跨度的鋼桁架橋梁。