一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法技术

一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，首先建立主桁钢梁节段的计算模型并提取预加力的参数，主桁钢梁节段包括第一组件和第二组件，第一组件包括下层桥面系和设于下层桥面系两侧的主桁，主桁包括设于下层桥面系两侧的腹杆，第二组件包括上层桥面系，预加力施加在主桁顶部；制造并组装第一组件；在下层桥面系两侧的主桁上施加预加力；根据施加预加力后两主桁顶部之间距离制造第二组件，并将第二组件安装在两主桁之间；释放预加力。本发明专利技术具有节省钢材用量，提高桥梁的经济性和安全性，并有利于超宽桁架桥的设计的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢桁架桥建造领域，具体涉及一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法。
技术介绍
桁架桥是以桁架作为主要承重构件的桥梁，桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量。对于超宽的钢桁架桥，钢桁架桥桥面系的自重荷载以及后续恒荷载均由桥面横梁传递给桁架主桁，由于超宽桁架桥横梁的跨度很大，在横梁与主桁连接的端部将产生很大的面外弯矩，此面外弯矩主要由主桁的腹杆承受，导致腹杆的绝大部分应力由面外弯矩产生。目前解决这一问题的办法就是加强腹杆截面，提高腹杆面外刚度，但由于腹杆面外刚度增加，所承受的面外弯矩也相应增加，同时也极大地增加了钢桁架桥的钢材用量。常规钢桁架桥主桁杆件基本上只承担轴向力，对于承受很大的面外弯矩的超宽桁架桥腹杆，若按此方法进行设计和制造，桁架桥的经济性优势将无法体现。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，在超宽桁架桥主桁钢梁节段制造过程中，通过对主桁上端施加预加力来削减腹杆在桥梁使用中受到的面外弯矩，从而改善腹杆受力，节省钢材用量，提高桥梁的经济性和安全性，并有利于超宽桁架桥的设计。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，包括以下步骤：S1.建立主桁钢梁节段的计算模型并提取预加力P的参数，所述主桁钢梁节段包括第一组件和第二组件，所述第一组件包括下层桥面系和设于所述下层桥面系两侧的主桁，所述主桁包括设于所述下层桥面系两侧的腹杆，所述第二组件包括上层桥面系，所述预加力P施加在所述主桁顶部；S2.制造并组装第一组件；S3.在下层桥面系两侧的主桁上施加预加力P；S4.根据施加预加力P后两主桁顶部之间距离制造第二组件，并将所述第二组件安装在两所述主桁之间；S5.释放预加力P。在上述技术方案的基础上，步骤S1具体包括：步骤S1.1.输入所述主桁、下层桥面系和上层桥面系的设计尺寸、自重荷载和后续恒荷载参数，建立所述主桁钢梁节段的有限元模型；步骤S1.2.对所述有限元模型进行分析计算，提取所述腹杆受到的自重荷载和后续恒荷载形成的第一面外弯矩参数；步骤S1.3.提取所述预加力P参数，所述预加力P使所述腹杆受到第二面外弯矩，所述第二面外弯矩与所述第一面外弯矩大小相等，并且方向相反。在上述技术方案的基础上，步骤S2具体包括：步骤S2.1.施工下层桥面系支承，所述下层桥面系支承包括中段支承和位于所述中段支承两侧的侧支承；步骤S2.2.在所述下层桥面系支承上施工所述下层桥面系，且使
所述下层桥面系的两端分别位于两个所述侧支承上；步骤S2.3.在所述下层桥面系两侧的上方施工主桁侧向支承，以所述主桁侧向支承为支撑，在所述下层桥面系两侧施工主桁，所述主桁包括与所述下层桥面系相连的下弦杆，所述腹杆位于所述下弦杆上，且所述腹杆上部还设有上弦杆和接头；步骤S2.4.拆除所述主桁侧向支承和所述中段支承。在上述技术方案的基础上，步骤S3具体包括：步骤S3.1.在两个所述主桁顶部施加所述预加力P；步骤S3.2.测量两个所述主桁顶部的面外水平位移量△1。在上述技术方案的基础上，所述预加力P包括水平预加力P1和竖向预加力P2。在上述技术方案的基础上，所述水平预加力P1施加在所述腹杆的上端，所述竖向预加力P2施加在所述接头的末端。在上述技术方案的基础上，步骤S4具体包括：步骤S4.1.根据两个所述主桁顶部的面外水平位移量△1计算出两个所述主桁顶部之间的距离；步骤S4.2.并根据两个所述主桁顶部之间的距离制造所述上层桥面系；步骤S4.3.在两个所述上弦杆之间设置上层桥面系支承，并在所述上层桥面系支承上组装所述上层桥面系，所述上层桥面系两端与所述接头连接。在上述技术方案的基础上，步骤S4.1中，确定两个所述主桁顶部之间的距离依据公式：两个所述主桁顶部之间的距离＝所述上层桥面系的设计宽度W-2*△1，所述上层桥面系的设计宽度W为步骤S1.1中所述上层桥面系的设计尺寸。在上述技术方案的基础上，步骤S5还包括拆除所述上层桥面系支承。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术通过在超宽桁架桥主桁钢梁节段制造过程中对主桁上端施加预加力的方法来削减腹杆在桥梁使用过程中受到的面外弯矩，从而改善腹杆受力，节省钢材用量，提高桥梁的经济性和安全性。2、由于腹杆受到的面外弯矩以及由此引起的内应力极大地降低了，因此在超宽桁架桥设计过程中，腹杆截面型式可以大幅优化，横梁与主桁腹杆连接构造可以得到简化，有利于超宽桁架桥的设计。3、由于在桥梁使用过程中腹杆受到的面外弯矩较为复杂，腹杆不同位置上的面外弯矩大小和方向都不相同，仅施加单一的预加力通常难以达到完全抵消面外弯矩的目的，采用施加在主桁上端不同位置的水平预加力P1和竖向预加力P2的方法不但可以较好地抵消面外弯矩，而且设计和实施过程简单方便。附图说明图1为本专利技术一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法的流程示意图；图2为主桁钢梁节段横断面的结构示意图；图3为本专利技术步骤S2中第一组件的组装示意图；图4为图3中拆除主桁侧向支承和中段支承后的第一组件组装示意图；图5为本专利技术步骤S3中施加预加力的示意图；图6为本专利技术步骤S4中上层桥面系的安装示意图。图中：1-主桁，11-腹杆，12-下弦杆，13-上弦杆，14-接头，2-下层桥面系，3-上层桥面系，4-主桁侧向支承，5-下层桥面系支承，
51-中段支承，52-侧支承，6-上层桥面系支承。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1和图2所示，一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，包括以下步骤：S1.建立主桁钢梁节段的计算模型并提取预加力P的参数，主桁钢梁节段包括第一组件和第二组件，第一组件包括下层桥面系2和设于下层桥面系2两侧的主桁1，主桁1包括设于下层桥面系2两侧的腹杆11，第二组件包括上层桥面系3，预加力P施加在主桁1顶部。S2.制造并组装第一组件。S3.在下层桥面系2两侧的主桁1上施加预加力P。S4.根据施加预加力P后两主桁1顶部之间距离制造第二组件，并将第二组件安装在两主桁1之间。S5.释放预加力P。以下结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1和图2所示，一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，包括以下步骤：S1.建立主桁钢梁节段的计算模型并提取预加力P的参数，主桁钢梁节段包括第一组件和第二组件，第一组件包括下层桥面系2和设于下层桥面系2两侧的主桁1，主桁1包括设于下层桥面系2两侧的腹杆11，第二组件包括上层桥面系3，预加力P施加在主桁1顶部。步骤S1具体包括：步骤S1.1.输入主桁1、下层桥面系2和上层桥面系3的设计尺寸、自重荷载和后续恒荷载参数，建立主桁钢梁节段的有限元模型。步骤S1.2.对有限元模型进行分析计算，提取腹杆11受到的自
重荷载和后续恒荷载形成的第一面外弯矩参数。步骤S1.3.提取预加力P参数，预加力P使腹杆11受到第二面外弯矩，第二面外弯矩与第一面外弯矩大小相等，并且方向相反。预加力P使腹杆11受到的第二面外弯矩与主桁钢梁节段的自重荷载以及后续恒荷载所使腹杆11受到的第一面外弯矩相抵消，从而达到大幅削减腹杆11的面外弯矩的目的，并极大地降低了腹杆11由于面外弯矩引起的内应力，使腹杆11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立主桁钢梁节段的计算模型并提取预加力P的参数，所述主桁钢梁节段包括第一组件和第二组件，所述第一组件包括下层桥面系(2)和设于所述下层桥面系(2)两侧的主桁(1)，所述主桁(1)包括设于所述下层桥面系(2)两侧的腹杆(11)，所述第二组件包括上层桥面系(3)，所述预加力P施加在所述主桁(1)顶部；S2.制造并组装第一组件；S3.在下层桥面系(2)两侧的主桁(1)上施加预加力P；S4.根据施加预加力P后两主桁(1)顶部之间距离制造第二组件，并将所述第二组件安装在两所述主桁(1)之间；S5.释放预加力P。

【技术特征摘要】
1.一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立主桁钢梁节段的计算模型并提取预加力P的参数，所述主桁钢梁节段包括第一组件和第二组件，所述第一组件包括下层桥面系(2)和设于所述下层桥面系(2)两侧的主桁(1)，所述主桁(1)包括设于所述下层桥面系(2)两侧的腹杆(11)，所述第二组件包括上层桥面系(3)，所述预加力P施加在所述主桁(1)顶部；S2.制造并组装第一组件；S3.在下层桥面系(2)两侧的主桁(1)上施加预加力P；S4.根据施加预加力P后两主桁(1)顶部之间距离制造第二组件，并将所述第二组件安装在两所述主桁(1)之间；S5.释放预加力P。2.如权利要求1所述的一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，其特征在于：步骤S1具体包括：步骤S1.1.输入所述主桁(1)、下层桥面系(2)和上层桥面系(3)的设计尺寸、自重荷载和后续恒荷载参数，建立所述主桁钢梁节段的有限元模型；步骤S1.2.对所述有限元模型进行分析计算，提取所述腹杆(11)受到的自重荷载和后续恒荷载形成的第一面外弯矩参数；步骤S1.3.提取所述预加力P参数，所述预加力P使所述腹杆(11)受到第二面外弯矩，所述第二面外弯矩与所述第一面外弯矩大小相等，并且方向相反。3.如权利要求1所述的一种削减超宽桁架腹杆面外弯矩的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：步骤S2.1.施工下层桥面系支承(5)，所述下层桥面系支承(5)包括中段支承(51)和位于所述中段支承(51)两侧的侧支承(52)；步骤S2.2.在所述下层桥面系支承(5)上施工所述下层桥面系(2)，且使所述下层桥面系(2)的两端分别位于两个所述侧支承(52)上；步骤S2.3.在所述下层桥面系(2)两侧的上方施工主桁侧向支承(4)，以所述主桁侧向支承(4)为支撑，在所述下层桥面系(2)两侧施工主桁(1)，所述主...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗扣，李恒，欧阳涛，高宗余，万田保，舒思利，肖海珠，别业山，梅大鹏，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42