一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法技术

本发明专利技术公开了一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，该方法针对所有的超静定桥梁结构，超静定桥梁结构包括：无铰拱桥、连续梁桥、连续刚构桥等，为了更直观的描述说明本发明专利技术内容的创新点，本发明专利技术将无铰拱桥作为其中一个实施例进行具体描述。包括锚固件、高强螺栓、万向头连接装置和拉索，锚固件的材料为铸钢构件，锚固件的右端通过预埋或植筋的方式锚固在主拱的钢筋砼里，锚固件的左端设有承拉杆，承拉杆上设有高强螺栓孔，万向头连接装置的右端通过高强螺栓和法兰盘与承拉杆连接，法兰盘与万向头连接装置之间设有多个加强筋，拉索通过万向球头螺帽安装在万向头连接装置的左端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及桥梁领域，具体是一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法。
技术介绍
桥梁结构处于自然环境中不可避免地要受到外界条件的影响，如环境温度、湿度及大风、地震等的影响，其中环境温度的变化对桥梁的影响较为常见，由温度作用产生的内力和变形必然会对桥梁结构的正常使用及安全运营产生影响。以无铰拱桥为例，无铰拱桥是一种超静定的桥梁结构，由于拱圈材料的热胀冷缩，势必会产生温度变形，当变形受到约束时，拱圈内部会产生相当大的温度附加内力。通常，降温会导致无铰拱桥的拱脚产生负弯矩，而在拱顶产生正弯矩，引起拱脚拱背侧开裂；因而，对于无铰拱桥而言，降温通常是不利的。近年来，通过对实桥进行检测，已经发现大量的空腹式无铰拱桥拱脚截面上缘及拱顶截面下缘开裂的病害，也印证了这一点，如图5所示。20世纪下半叶以来，国内外都发现由于温度应力而导致混凝土结构严重劣损的事故。文献[1]通过对不同地区、不同修建年代、不同公路等级的跨径50m以上的钢筋混凝土肋拱桥的病害调查，发现拱肋拱脚、跨中底部开裂已成为了该型桥梁的典型病害之一。文献[2]对箱形拱桥病害进行总结后也发现，主拱圈拱顶横向开裂已经成为箱形拱桥的典型病害之一。文献[3]介绍了德国Jagst厚腹板箱梁桥在通车第五年后就发现了严重裂缝的现象，估算温度拉应力高达2.6Mpa。针对环境温度场的分布，不同的研究者进行了大量的现场实测和理论分析。文献[4]采用ASHRAE晴空模型，利用光线追踪算法，首次在拱桥温度场计算中实现了太阳辐射、空气对流、长波辐射等环境温度荷载的自动加载。文献[5]开展了箱形梁拱架温度场的现场实测，提出了温度荷载在实测基础上采用指数函数拟合的简单方法。桥梁结构在设计时，应当在可变作用中考虑温度作用（均匀温度和梯度温度）已经成为共识。公路桥涵设计规范规定在计算桥梁结构因均匀温度作用引起外加变形或次内力时，要求从受到约束时的结构温度开始，考虑最高和最低有效温度的作用效应。由此可知，当前在超静定桥梁结构设计中对于温度次内力的处理方式，是通过在设计时计入温度作用的影响从而反应在荷载效应组合中（参见文献[6]）。然而，由于对桥位处年平均温度等情况的调查不可能都全面，有时甚至存在较大的偏差；另外，设计的合拢温度通常和实际的合拢温度也会存在差异，这些都导致在设计中精确地考虑环境温度的影响将是不可能的。参考文献：[1]袁瑞.钢筋混凝土肋拱桥病害处治及加固技术研究[D].重庆交通大学,2010.[2]张麒蛰.钢筋混凝土箱形拱桥病害分析与加固技术探讨[J].水利与建筑工程学报.2009(03):94-95.[3]凯尔别克F.太阳辐射对桥梁结构的影响[M].1981.[4]尹冠生，赵振宇，徐兵.太阳辐射作用下拱桥温度场研究[J].应用力学学报.2014:1.[5]房贞政，黄润，郑则群.箱型截面空腹式刚架拱桥温度场的实测与研究[J].福州大学学报(自然科学版).2005(02):212-217.[6]公路桥涵通用设计规范[S].北京：人民交通出版社,2004.另外，温度效应可能达到甚至超过车辆活载效应，因而温度效应已被认为是混凝土桥梁产生裂缝的重要原因之一。对于无铰拱桥而言，由于降温是非常不利的，如何自适应地减小甚至消除降温对无铰拱桥产生的不利影响，已经成为该类桥型病害防治及加固维修的重要关注点。同样，对于其他诸如大跨度连续梁桥、连续刚构桥、刚架桥等超静定桥梁结构，同样存在温度次内力的情况，如何自适应地主动地去控制其不利影响，已成为一个具有重大现实意义的工程问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以无铰拱桥为例，包括锚固件、高强螺栓、万向头连接装置和拉索，锚固件的材料为铸钢构件，锚固件的右端通过预埋或植筋的方式固结在拱桥端面的钢筋砼里，锚固件的左端设有承拉杆，承拉杆上设有高强螺栓孔，万向头连接装置的右端通过高强螺栓和法兰盘与承拉杆连接，法兰盘与万向头连接装置之间设有多个加强筋，拉索通过万向球头螺帽安装在万向头连接装置的左端。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术构造简单、安装方便，当环境温度降低时，拉索缩短产生拉力，对结构的某部位产生弯矩，可减小甚至完全抵消由于超静定结构升温（或者降温）引起的不利影响。拉索采用高强钢缆绳，缆绳的直径大小可根据结构跨度、设计温差等参数综合选定，拉索锚固位置根据需要确定，例如针对无铰拱桥可锚固于主拱1/8~3/8区间，另一端锚固于桥台侧墙或者便于锚固的构造物上，可以根据需要布置1根或多根拉索，拉索安装，强调在比超静定结构合拢温度更高的温度情况下进行张紧安装，这样的话，就可以预先储备一定的温差，当降温时，拉索里面的拉力会更大，效果更明显，安装拉索在合拢温度以上10摄氏度进行，这是对降温不利的情况的考虑，类似地，如果该超静定结构的某个部位是升温不利的，则相反。作为本专利技术进一步的方案：以无铰拱桥为例，锚固件与有桥台拱桥的连接方法为：在制作桥台时将锚固件通过植筋的方式与桥台砼钢筋连在一起，再浇筑混凝土桥台，锚固件预先留出即可。作为本专利技术进一步的方案：以无铰拱桥为例，锚固件与无桥台拱桥的连接方法为法：现浇钢筋砼锚固墩法和岩体地锚法，其中岩体地锚法是直接在岩体上打孔，然后再浇筑钢筋混凝土。作为本专利技术进一步的方案：以无铰拱桥为例，锚固孔的形状成宝塔状，下大上小。作为本专利技术进一步的方案：以无铰拱桥为例，法兰盘与承拉杆之间设置四个加强筋，从而使得承拉杆的连接结构更加稳定。作为本专利技术进一步的方案：以无铰拱桥为例，所述法兰盘、承拉杆、万向球头帽和球头构成的万向头连接装置表面进行热处理，以提高构件的强度，而锚固件侧面的螺栓孔进行热处理和防锈处理，使得结构能承受较大的抗拉、抗剪应力。作为本专利技术进一步的方案：以无铰拱桥为例，万向球头螺帽经过热处理，并采用梯形螺纹，能够大大承受拉力，在安装时，用1.5米的加力杆将螺帽旋入到拉索直至全部预紧，锁死螺帽。作为本专利技术进一步的方案：以无铰拱桥为例，拉索采用钢绞线或者钢缆绳且在两端采用锚具进行锚固。本专利技术巧妙地降低甚至可完全消除温差引起的超静定结构的附加内力。该套系统与原有结构的受力体系独立，是一套自适应的温度内力控制体系，可以用于无铰拱桥、连续梁、连续刚构及其他超静定结构的温度内力控制。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术用于有桥台拱桥的示意图。图3为本专利技术用于无桥台拱桥并进行现浇钢筋砼构造时的结构示意图。图4为本专利技术用于无桥台拱桥并进行岩体地锚时的结构示意图。图5为本专利技术描述今年来大量的空腹式无铰拱桥拱脚截面上缘及拱顶截面下缘开裂的病害示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以无铰拱桥为例，所描述的实施例仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以无铰拱桥为例，包括锚固件（1）、高强螺栓（2）、万向头连接装置（3）和拉索（4），其特征在于，所述锚固件（1）的材料为铸钢构件，锚固件（1）的右端通过预埋或植筋的方式固结在主拱圈上（5）的钢筋砼里，锚固件（1）的左端设有承拉杆（6），所述承拉杆（6）上设有高强螺栓孔，所述万向头连接装置（3）的右端通过高强螺栓和法兰盘（7）与承拉杆（6）连接，所述法兰盘（7）与万向头连接装置（3）之间设有多个加强筋（8），所述拉索（4）通过万向球头螺帽安装在万向头连接装置（3）的左端。

【技术特征摘要】
1.一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以无铰拱桥为例，包括锚固件（1）、高强螺栓（2）、万向头连接装置（3）和拉索（4），其特征在于，所述锚固件（1）的材料为铸钢构件，锚固件（1）的右端通过预埋或植筋的方式固结在主拱圈上（5）的钢筋砼里，锚固件（1）的左端设有承拉杆（6），所述承拉杆（6）上设有高强螺栓孔，所述万向头连接装置（3）的右端通过高强螺栓和法兰盘（7）与承拉杆（6）连接，所述法兰盘（7）与万向头连接装置（3）之间设有多个加强筋（8），所述拉索（4）通过万向球头螺帽安装在万向头连接装置（3）的左端。
2.根据权利要求1所述的一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以无铰拱桥为例，其特征在于，当环境温度降低时，拉索缩短产生拉力，对结构的某部位产生弯矩，可减小甚至完全抵消由于超静定结构升温（或者降温）引起的不利影响。
3.根据权利要求1所述的一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以无铰拱桥为例，其特征在于，拉索采用高强钢缆绳，缆绳的直径大小可根据结构跨度、设计温差等参数综合选定。
4.根据权利要求1所述的一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以无铰拱桥为例，其特征在于，拉索锚固位置根据需要确定，例如针对无铰拱桥可锚固于主拱1/8~3/8区间，另一端锚固于桥台侧墙或者其他便于锚固的构造物上，可以根据需要布置1根或多根拉索。
5.根据权利要求1所述的一种针对超静定桥梁结构的温度内力自适应控制方法，以无铰拱桥为例，其特征在于，拉索安装，强调在拢温度更高的环境温度情况下进行张紧安装，这样的话，就可以预先储备一定的温差，当降温时，拉索里面的拉力会更大，效果更明显，安装拉索在合拢温度以上10摄氏度进行，这是对降温不利的情况的考虑，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖军，李铮，刘晨光，张德义，陈昆萍，周霜林，张明金，王建培，肖林，贾宏宇，
申请(专利权)人：肖军，李铮，陈昆萍，
类型：发明
国别省市：四川;51