用于桥梁拉索的破损安全方法技术

本发明专利技术公开的用于桥梁拉索的破损安全方法，其特征在于该方法是通过拉索的索端张拉或取定索长的方式，将每一根拉索中的部分丝束Ｆ或每个双吊杆中的一根杆Ｆ的张拉应力，大于其另一部分丝束Ｓ或另一根杆Ｓ的张拉应力，并使二者之间的应力比为２．１４～２．５１。由于本发明专利技术方法将现行拉索或拉索系统（双吊杆）分解为应力水平不同的Ｆ和Ｓ二部分，因二者应力不同会先后破断：应力水平高的Ｆ先断即示警，未断者Ｓ尚存安全，进而可安全拆换修复，避免毁桥。本发明专利技术方法适用面广，不仅可用于现行拉索或拉索系统，也可用于具有中间过渡媒介－－联结器或联结体的已有的多根拉索系统和单根拉索（或吊杆）系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于桥梁拉索工程的安全
具体涉及一种用于桥梁拉索的破损安全方法。
技术介绍
在我国，带吊杆、系杆和斜拉索的拱桥，估计逾千座以上，今后还将继续增加，其中大多为大桥或特大桥。在桥梁的服役期内，统称为拉索的吊杆、系杆和斜拉索等受力的关键部件将会多次破断或拆换[唐寰澄：桥梁拉索隐患剖析，《桥梁》，2005/5期]。虽然，现对拉索已普遍采用的健康检测与诊断技术，并实行“二年一检测，十年一拆换”的安全保障措施，但由于桥梁载荷的随机性和检测的局限性，拉索的寿命预测为‘不确定的统计量’[周传月等.MSC.Fatigus疲劳分析应用与实例.pp.49]。因此拉索何时破断并无法准确确定，哪怕准确到年的事例都没有，以致因拉索骤然破断带来的垮桥风险不能排除，如美国明尼阿波利斯市密西西比河大桥，经明尼苏达大学土木工程系等，基于健康监测和检测，不只一次地评估预测得出结论：近期不必因疲劳问题而提前对大桥进行更换。于是，更换工程被安排到了2020年。然而，大桥却提前于2007年8月1日，在只有半幅通车的情况下，骤然垮塌了[张启伟.‘屡检屡过’的大桥坍塌背后.科学时报.2007.8.24]。这无疑对桥梁拉索健康监测和诊断技术的可靠性，提出了尖锐质疑(虽然该桥为杆系桁架结构，但其拉杆与本专利技术之拉索在工作行为、疲劳失效上属于同一类问题，故具有参照性)。其次对桥梁拉索进行拆换的费用很高，德国汉堡Kohlbrand Estuary桥拉索拆换一次的费用为桥梁总造价的4倍[王文涛.斜拉桥换学工程.前言]；中国四川成渝公路内江新龙坳桥换索费用为全桥当年总造价的1.2倍；四川宜宾小南门桥断索毁桥后，拉索拆换及桥梁修复的费用为全桥当年总造价的1.5倍以上。统计表明，拉索骤断损毁桥梁的修复费用，将是全桥当年总造价的1～4倍；桥梁拉索拆换一次的费用，与当年同一桥梁的总造价相当；为当年拉索造价的6～10倍。如果十年一拆换，在桥梁全寿命周期(若为100年)内，拉索的服役成本(造价)，也是十分令人惊讶的！-->由此可见，“二年一检测，十年一拆换”的安全保障措施，并未排除在此十年的拆换周期内，拉索骤断毁桥的风险。考查航空、石油等领域，一般不依赖寿命预测及健康监控作为安全控制的手段，而是基于断裂力学的破损安全理论，从结构破损的角度去研究安全(设计)方法来作为结构安全控制的技术措施。由此，综观国内外现行桥梁拉索的结构发现，在一个力的支承点处，拉索多是基于单路传力和全截面应力相等的原则设计的，这种结构设计无疑会导致只要拉索有部分钢丝开始断裂，其余部分就会很快破断的后果。一旦钢丝开始断裂的现象未能观察到并及时更换拉索，必将随之扩展至其他拉索，最终使桥梁受损乃至垮塌。为了解决拉索结构设计不合理所带来的骤断毁桥问题，中国专利ZL200520034394.9公开了一种用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置。该装置的技术特征是：拉索由两根成品拉索组成的，其中一根为承载索，另一根为安全索；承载索受力，安全索不承载；承载索破断后，安全索即受力，这一方面避免桥梁受损或垮塌，另一方面可在线更换承载索。但该装置只适用于具有多根拉索的系统，且拉索数量增多，既要对整个桥梁的美观产生影响，也不便于对现有桥梁进行修复和改造。针对上述装置存在的缺陷，专利ZL200720081631.6公开了一种破损安全拉索，该拉索将组成拉索的钢丝(或绞线)分为外层的承载(丝束)部份和中心的不受力(安全索)部份，当外层受力钢丝(或绞线)承载破断示警，中心部分钢丝(或绞线)顶替承载。由于拉索整体不致同时破断，因而避免了桥梁受损或垮塌。但其只适用于单根拉索(或吊杆)的情况。虽然这两种结构设计都体现了破损安全思想的核心：“以应力差，实现寿命差”，但其一，具体实现的相关参数、工艺方案等均未定量确定；其二，二者都需要有联结器或联结体作为中间过渡来实现，结构较为复杂，同时增加了用材和费用。
技术实现思路
本专利技术的目的针对已有技术存在的问题，提供一种用于桥梁拉索的破损安全方法。本专利技术提供的用于桥梁拉索的破损安全方法，是应用破损安全准则，在适用现行桥梁规范的前提下研发的，其特征在于该方法是通过对现行成品拉索，在施工或加工时，采用对索端张拉或取定索长的方式，将桥梁上每一根拉索中的部分丝束F或每个双吊杆中的一根杆F的张拉应力大于其另一部分丝束S或另一根杆S的张拉应力，二者之间的应力比为2.14～2.51。-->应用该方法，对于单根拉索而言就可实现“断丝(束)不断索”，对于双吊杆而言，就可实现“断索不毁桥”，这样就可排除拉索骤断毁桥的风险。应用该方法，即可省略已有技术使用的中间过渡构件——联结器或联结体，直接在现行常规成品拉索的基础上，通过加工时对单根拉索部分丝束索端张拉的应力不同或取定的索长不同的方式来实现，或在施工时对双吊杆的不同拉索的索端张拉的应力不同或取定的索长不同方式来实现。同时也可将该方法应用于上述已有技术的多根拉索系统和单根拉索(或吊杆)的情况。本专利技术还从安全角度出发，对桥梁在正常服役状态下，将F丝束或杆的最小强度安全系数取为2.52；S丝束或杆的最小强度安全系数取为5.78。其目的在于：使拉索或双吊杆既具有破损安全功能，同时也满足相应桥梁规范的要求。仍然基于上述目的，本专利技术方法将应力大的F丝束或杆的破断瞬时的冲击系数在1.64～1.98中取定；将在F丝束或杆破断瞬时的S丝束或杆的最小安全系数取定为1.924；将在F丝束或杆破断后的既存S丝束或杆的最小安全系数定为2.98。本专利技术与已有技术相比，具有以下优点：1、由于本专利技术方法将现行拉索或拉索系统(双吊杆)分解为应力水平不同的F和S二部分，因二者应力不同会先后破断：应力水平高的F先断即示警，未断者S尚存安全，进而可安全拆换修复，避免毁桥。2、由于本专利技术从现行桥梁规范及破损安全要求出发，不仅给出了相关参数，而且给出的相关参数中也尽可能地考虑各种因素影响，因而使“以应力差，实现寿命差”的破损安全准则与规范相协调，不仅具有了现实的可操作性，可直接投入工程应用，而且安全系数高，可排除拉索骤断毁桥的风险。3、由于用本专利技术方法所确定的桥梁破损安全拉索(Failuer Safety Cable以下简称FSC)或双吊杆系统，与传统拉索或系统的用材量相同，费用相近(相差在正负10％以内)，因而实现了：无代价地增加了断索(束或杆)不毁桥的功能。4、应用本专利技术方法可以做到拉索安全拆换、损一换一，不必一换全换，因而不仅使拉索一次拆换的费用、以及在桥梁全寿命周期内拉索的总费用，均远低于现行方法的拉索费用，而且可摒弃“二年一检测，十年一拆换”的繁杂且存在骤断忧虑的维护方法。5、本专利技术方法适用面广，不仅可用于现行拉索或拉索系统，也可用于具有中间过渡媒介——联结器或联结体的已有的多根拉索系统和单根拉索(或吊杆)系统。-->附图说明图1为已有技术双吊杆通常的锚固方式，即二根吊杆取都为固定端或都为张拉端锚固；图2为本专利技术所用的锚固方式，即二吊杆中有一杆为可张拉端锚固，即图中的K处。具体实施方式下面结合附图给出实施例以对本专利技术作出进一步说明，但所给出的实施例不能理解为对本专利技术保护范围的限制，因而本专业的技术人员根据上述本专利技术的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整也应属于本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于桥梁拉索的破损安全方法，其特征在于该方法是通过拉索的索端张拉或取定索长的方式，将每一根拉索中的部分丝束Ｆ或每个双吊杆中的一根杆Ｆ的张拉应力，大于其另一部分丝束Ｓ或另一根杆Ｓ的张拉应力，并使二者之间的应力比为２．１４～２．５１。

【技术特征摘要】
1、用于桥梁拉索的破损安全方法，其特征在于该方法是通过拉索的索端张拉或取定索长的方式，将每一根拉索中的部分丝束F或每个双吊杆中的一根杆F的张拉应力，大于其另一部分丝束S或另一根杆S的张拉应力，并使二者之间的应力比为2.14～2.51。2、根据权利要求1所述的用于桥梁拉索的破损安全方法，其特征在于该方法对桥梁在正常服役状态下，将F丝束或杆的最小强度安全系数取为2.52，S丝束或杆的最小强度安全系数为5.78。3、根据权利要求1或2所述的用于桥梁拉索的破损安全方法，其特征在于该方法中的F丝束或杆的破断瞬时的冲击系数为1.64～1.98。4、根据权利要求1或2所述的用于桥梁拉索的破损安全方法，其特征在于该...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤国栋，陈宜言，姜瑞娟，
申请(专利权)人：陈宜言，汤国栋，姜瑞娟，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]