專利名稱：一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及現(xiàn)有橋梁的加固結(jié)構(gòu)，具體涉及一種現(xiàn)有斜拉橋動(dòng)力性能的加固結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
橋梁是一種永久性建筑物，隨著時(shí)間的推移、環(huán)境的變遷以及車流量和通行車輛噸位的增大，原結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)就會(huì)顯現(xiàn)出來。因此在現(xiàn)有技術(shù)中，為了延長(zhǎng)現(xiàn)有橋梁的服役壽命、改善使用性能所采用的加固方案主要有兩類，一是結(jié)構(gòu)損傷的修復(fù)，二是受力構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)，如，本實(shí)用新型人之一在前申請(qǐng)并授權(quán)的申請(qǐng)?zhí)枮?00810219685. 3和 200810219686.8的發(fā)明專利方案就屬于前者，公開號(hào)為CN102140780A的發(fā)明專利申請(qǐng)方案就屬于后者。單索面斜拉橋是一種常見的橋梁型式，這種橋梁通常設(shè)有橋塔，主梁位于橋塔與橋墩間，橋塔和主梁之間設(shè)斜拉索，這些拉索均位于單索斜拉橋的橋中線所在的鉛垂面上， 該類橋梁造型簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)本身就存在以下的不足在地震、風(fēng)載或汽車行走產(chǎn)生的偏載作用下，橋梁容易產(chǎn)生以橋軸線為中心的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并且橋?qū)挾仍酱?，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)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(duì)于單索面斜拉橋來說，如果也采用補(bǔ)強(qiáng)受力構(gòu)件的方案來進(jìn)行加固，顯然是難以解決其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)，該加固結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省、減振效果突出。本實(shí)用新型解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)，該加固結(jié)構(gòu)是沿所述斜拉橋的長(zhǎng)度方向，在每一橋塔前后的主梁的腹板兩側(cè)分別對(duì)稱且垂直向外延伸一懸臂梁，該懸臂梁與經(jīng)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(diǎn)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(diǎn)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(gè)優(yōu)選方案是選用NiTi形狀記憶合金拉索。本實(shí)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(nèi)設(shè)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(jìn)所述的錐形孔并與錨杯螺紋連接，所述的拉索從另一端伸進(jìn)連接筒并延伸至所述的錐形孔內(nèi)，其每一根NiTi合金絲的端部均固定在位于所述錐形孔內(nèi)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松散，所述的拉索上設(shè)有若干個(gè)索夾，該索夾由兩個(gè)半圓柱筒組成，并由螺栓固定在一起。本實(shí)用新型的加固結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方法如下I、收集影響待加固的單索面斜拉橋舒適性指標(biāo)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如，跨徑、橋?qū)挕?橋塔聞度、橋墩聞度等。2、擬定加固要求和控制目標(biāo)，如，單索面斜拉橋在偏心車輛荷載作用下的斯佩林 (Sperling)舒適性指標(biāo)。3、進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。首先對(duì)待加固單索面斜拉橋進(jìn)行有限元軟件分析，判斷待加固斜拉橋是否已達(dá)到所擬定的控制目標(biāo)；若未達(dá)到便按本實(shí)用新型所述的加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。4、加固設(shè)計(jì)方案校核。建立加固設(shè)計(jì)方案的有限元模型并進(jìn)行分析，再判斷分析結(jié)果是否達(dá)到所擬定的控制目標(biāo)，若未達(dá)到便改變所述形狀記憶合金拉索的錨固點(diǎn)及其規(guī)格和根數(shù)進(jìn)行修正，然后再進(jìn)行校核，直至達(dá)到所擬定的控制目標(biāo)。5、將經(jīng)過校核達(dá)到所擬定的控制目標(biāo)的加固設(shè)計(jì)方案確定為待加固斜拉橋的加固方案并付諸實(shí)施。本實(shí)用新型所述的加固結(jié)構(gòu)，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(gè)穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，當(dāng)橋梁在汽車偏載荷作用或地震產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，位于偏載一側(cè)與橋塔錨固的形狀記憶合金拉索以及位于對(duì)側(cè)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(zhuǎn)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成熱能而耗散，從而有效地降低了主梁的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的幅度?？梢?，本實(shí)用新型所述加固結(jié)構(gòu)無論是與現(xiàn)有更換直徑較大的拉索的方案相比，還是與現(xiàn)有給橋梁施加體外預(yù)應(yīng)力的方案相比，不但耗材顯著減少，而且施工簡(jiǎn)單、節(jié)省人力。

圖I為本實(shí)用新型所述的單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2圖I所示實(shí)施例中橋塔部分的縱向局部放大圖。圖3為圖I所示實(shí)施例中橋塔部分的橫向局部放大圖。圖4為圖I所示實(shí)施例中橋塔部分的俯視局部放大圖。圖5為圖I所示實(shí)施例中橋塔部分的仰視局部放大圖。圖6為本實(shí)用新型所述的冷鑄錨具的一個(gè)具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型所述的冷鑄錨具與橋塔之間的一種連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型所述的冷鑄錨具與橋墩之間的一種連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本實(shí)用新型所述的冷鑄錨具與懸臂梁之間的一種連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖10和圖11為本實(shí)用新型所述的索夾的一種結(jié)構(gòu)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(gè)使用狀態(tài)圖。圖13為本實(shí)用新型所述的懸臂梁的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖。[0029]圖14為實(shí)施本實(shí)用新型的加固結(jié)構(gòu)的流程框圖。圖15 圖18為圖I所示單索面斜拉橋加固前的有限元模型圖，其中，圖15為單索面斜拉橋橋體的有限元計(jì)算模型；圖16為橋塔側(cè)傾振型圖；圖17為主梁扭轉(zhuǎn)振型圖；圖 18主梁豎彎振型圖。圖19為本實(shí)用新型所述的NiTi記憶合金拉索的有限元計(jì)算模型。圖20為本實(shí)用新型所述的NiTi形狀記憶合金拉索在3%初應(yīng)變下力與位移滯回曲線。圖21 圖24為圖I所示單索面斜拉橋添加NiTi形狀記憶合金拉索后的有限元模型圖，其中，圖21為單索面斜拉橋橋體的有限元計(jì)算模型；圖22為橋塔側(cè)傾振型圖；圖 23為主梁扭轉(zhuǎn)振型圖；圖24主梁豎彎振型圖。
具體實(shí)施方式
參見圖14，本實(shí)用新型的加固結(jié)構(gòu)的實(shí)施步驟如下所述。I、收集待加固的單索面斜拉橋的結(jié)構(gòu)參數(shù)參見圖I 圖5，本實(shí)施例中的待加固的單索面斜拉橋?yàn)楠?dú)塔單索面斜拉橋，橋塔 3兩側(cè)的斜拉索19呈輻射狀斜拉于橋塔3與主梁I之間；塔、墩、梁固結(jié)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 跨徑組合為(139+106)m，塔高69m，主梁I采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采用C55混凝土建造。2、擬定加固要求此處以單索面斜拉橋在偏心車輛荷載作用下的斯佩林(Sperling)舒適性指標(biāo)為控制目標(biāo)，加固后，該指標(biāo)應(yīng)該達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。其中，所述的斯佩林舒適性指標(biāo)是體現(xiàn)行車過程中人的舒適性感受的一個(gè)指標(biāo)，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表I所示(表中wz表示舒適度指標(biāo)值)。依據(jù)上述原則，本例按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTJOO1-97)定義的掛車_120作為產(chǎn)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(biāo)的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為wz < I。(I)待加固斜拉橋的振動(dòng)響應(yīng)分析、舒適度校核①利用ANSYS軟件建立待加固的單索面斜拉橋有限元計(jì)算分析模型(參見圖 15)；②對(duì)斜拉橋進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)分析，計(jì)算斜拉橋在偏心車輛荷載作用下的斯佩林舒適性指標(biāo)，并將計(jì)算結(jié)果與步驟2中的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷是否需要加固。其中，斯佩林舒適性指標(biāo)計(jì)算公式為Wz =2.7 X^Z3Z2F(Z)⑴(I)式中，Z為振動(dòng)幅值(mm) ;f為行車振動(dòng)卓越頻率(Hz) ；F(f)為頻率修正系數(shù)， 對(duì)于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)F (f) = 0. 8f2 0. 5Hz < f ^ 5. 4HzF(f) = 650/f 5. 4Hz < f ^ 26Hz(II)F(f) = I經(jīng)計(jì)算，本實(shí)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(biāo)Wz= I. 64 (參見表2),而設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)Wz < 1，因此不滿足要求，需要采用本實(shí)用新型的加固結(jié)構(gòu)對(duì)該斜拉橋進(jìn)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(jù)橋面寬度、橋塔3和橋墩2高度以及通航凈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(diǎn)位置。參見圖I 圖5，在本實(shí)施例中，沿斜拉橋的長(zhǎng)度方向，在位于橋塔3前后的主梁 I的腹板的兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置兩根用于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?，F(xiàn)在初步確定所述懸臂梁7的結(jié)構(gòu)參數(shù)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(jīng)過橋塔軸線的橫垂面之間的距離為1875cm，即相當(dāng)于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(diǎn)離主梁 I上表面的高度為5000cm，即相當(dāng)于橋面寬度的I. 5倍；形狀記憶合金拉索5與橋墩2之間的錨固點(diǎn)離主梁I下表面的高度為840cm，即相當(dāng)于橋面寬度的0. 25倍。②初步確定形狀記憶合金拉索5的數(shù)量及截面積。本例中選用NiTi形狀記憶合金來制作形狀記憶合金拉索5，單根由NiTi形狀記憶合金制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(jù)斜拉橋的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及步驟3-(1)的待加固斜拉橋的振動(dòng)響應(yīng)分析、舒適度校核結(jié)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(shè)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(duì)稱設(shè)在經(jīng)過橋塔軸線的橫垂面的兩側(cè)(參見圖I 圖5)。3、擬定加固方案的校核(I)利用ANSYS軟件建立形狀記憶合金拉索5的三維實(shí)體有限元計(jì)算模型(參見
圖19)，獲得其初應(yīng)變?yōu)?%時(shí)力與位移的滯回曲線(參見圖20)，并按公式(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系數(shù)。
權(quán)利要求1.一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)，該加固結(jié)構(gòu)是沿所述斜拉橋的長(zhǎng)度方向，在每一橋塔(3)前后的主梁(I)的腹板兩側(cè)分別對(duì)稱且垂直向外延伸一懸臂梁(7)，該懸臂梁(7)與經(jīng)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(diǎn)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(diǎn)離主梁(I)下表面的高度為橋面寬度的0. 2 I倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求2所述的一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的形狀記憶合金拉索(5)由拉索(5-1)和設(shè)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(nèi)設(shè)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(jìn)所述的錐形孔并與錨杯(9)螺紋連接，所述的拉索(5-1)從另一端伸進(jìn)連接筒(10)并延伸至所述的錐形孔內(nèi)，其每一根 NiTi合金絲(5-2)的端部均固定在位于所述錐形孔內(nèi)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(jù)權(quán)利要求I 3之一所述的一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的拉索(5-1)上設(shè)有若干個(gè)索夾(8)，該索夾(8)由兩個(gè)半圓柱筒(8-1)組成，并由螺栓(21)固定在一起。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種單索面斜拉橋的加固結(jié)構(gòu)，該加固結(jié)構(gòu)具有在每一橋塔(3)前后的主梁(1)的腹板兩側(cè)對(duì)稱且垂直向外延伸的懸臂梁(7)，該懸臂梁(7)與經(jīng)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(diǎn)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(diǎn)離主梁(1)下表面的高度為橋面寬度的0.2～1倍。本實(shí)用新型的加固結(jié)構(gòu)可有效的抑制單索面斜拉橋主梁的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
文檔編號(hào)E01D11/04GK202347426SQ20112047895
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月26日
發(fā)明者劉愛榮, 張俊平, 汪荷玲, 禹輝君, 程方杰 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)