基于折角控制的拱桥吊杆更换的监控方法技术

本发明专利技术属于基于折角控制的拱桥吊杆更换的监控方法，包括桥面折角阈值的计算，基于对桥面变形矩阵、桥面折角矩阵计算出桥面折角阈值A：基于折角量测的现场监控，使用倾角仪直接采用直观的折角进行监控。本发明专利技术安全可靠：采用折角控制吊杆更换中铺装的结构安全，整个阈值的理论计算方法合理可行，施工中只要以此阈值为指标就可以确保吊杆更换施工过程中桥面铺装、系梁的安全。

【技术实现步骤摘要】
基于折角控制的拱桥吊杆更换的监控方法[
]本专利技术属于桥梁工程，具体地指一种针对刚性系吊杆拱桥吊杆更换的监控更换方法，确保更换过程中桥梁结构的安全。[
技术介绍
]吊杆拱桥采用吊杆作为重要的传力构件，一般采用钢绞线或者平行钢丝通过锚头锚固于拱肋以及系梁或者横梁。《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)明确规定吊杆的使用寿命20年，使用年限到期后须根据吊杆损伤状况，对这些桥梁的吊杆进行更换，确保桥梁的安全使用。目前更换吊杆的方法主要有以下几种：无替代法、临时支架法、临时兜吊法、临时吊杆法、桥面支撑法。吊杆拱桥主要包括悬挂式拱桥以及系杆拱桥(刚性系梁拱桥以及柔性系杆拱桥)。拱桥吊杆更换过程中需要经过两个体系转换，第一次体系转换为将旧吊杆力转换为临时体系受力，即张拉临时体系，切断旧吊杆，第二次体系转换为将临时体系受力转换为新吊杆受力，即张拉新吊杆，放松临时体系。由于张拉临时体系、切断旧吊杆、张拉新吊杆、放松临时体系这四个步骤均会导致拱桥系梁(对于刚性系梁拱桥)在相应吊杆位置发生弯曲变形、对应桥面标高发生变化。刚性系梁弯曲变形将导致系梁产生弯矩，当系梁弯矩超过截面抗裂弯矩时将会导致系梁横向开裂，截面刚度受损，同理，桥面标高变化也有可能导致桥面铺装连续处开裂。为了保证拱桥吊杆更换顺利完成的同时，拱桥刚性系梁、桥面铺装等构件不受损，需要对吊杆更换过程进行施工监控。鉴于此，本专利技术提出了一种吊杆更换过程中如何确保桥梁构件安全无损的施工监控方法，并给出了具体的实现思路。传统的吊杆更换监控方法除了监控索力外，一般以桥面标高控制为主，将吊杆更换过程中桥面标高变化控制在设计允许范围以内，设计允许范围一般取桥面正常交通运营下可能出现的最大位移。具体操作为对待更换吊杆及相邻两根吊杆处的桥面高程进行跟踪测量，使其高程变化控制在设计允许范围内。桥面标高控制的监控方法有一定的局限性。以最常用的临时吊杆法为例，张拉临时吊杆时该吊杆处桥面相对于相邻吊杆处桥面有抬高，此时桥面的变形如图1所示，此时桥面会产生折角A，割断旧吊杆过程中折角A开始减小，同理张拉临时新吊杆时折角A增大，割断临时吊杆时折角A减小。由于桥面铺装在待更换吊杆处连续，因此整个施工过程中桥面铺装以及系梁(对于刚性系梁拱桥)由于折角A的存在主要受到弯矩作用，在待更换吊杆处弯矩最大，对应该部位桥面铺装及系梁产生最大的折角。当桥面铺装或者系梁受弯矩超过截面抗弯承载能力时，桥面铺装或系梁将会开裂。而传统监控方法以桥面标高控制为主，桥面标高阈值一般取活载作用下相应吊杆挠度最大值，考虑到吊杆更换过程中桥面标高变化与活载作用下标高变化形态不同，施工过程中待更换吊杆处桥面标高的变化并不能完全反应待更换吊杆处桥面折角的大小，因此也无法反应出待更换吊杆处桥面铺装、系梁所受弯矩的大小，即标高变化大并不表示桥面折角大，同理标高变化过大并不一定导致桥面铺装或系梁损伤；标高变化小也并不表示桥面折角小，即标高变化小仍可能存在桥面铺装或系梁损伤风险。因此基于桥面标高阈值控制的吊杆更换监控方法是有局限性的。针对上述问题，为了保证桥面或者系梁在吊杆更换过程中不发生损伤，即不发生过大的折角，本专利技术提出基于桥面折角控制的监控方法，并提出桥面折角阈值的计算方法。[
技术实现思路
]本专利技术涉及一种基于桥面折角控制的吊杆更换过程桥梁构件监控方法，包括桥面折角阈值的计算公式以及基于折角量测的现场监控方法，施工中只要以此阈值为指标就可以确保吊杆更换施工过程中桥面铺装、系梁的安全。一种基于折角控制的拱桥吊杆更换的监控方法，其特征在于，包括桥面折角阈值的计算，基于对桥面变形矩阵、桥面折角矩阵计算出桥面折角阈值Amax：步骤一，假设在a#吊杆处施加单位力时，b#吊杆处的桥面变形为得到全桥一侧吊杆的变形影响矩阵(1-2)，其中矩阵的阶数n等于一侧吊杆数；步骤二，基于桥面变形矩阵(1-2)，结合更换吊杆位置处桥面折角求得桥面折角矩阵Dθ，其中L代表吊杆的间距；步骤三，各吊杆位置处的折角可根据式(1-3)计算得到；θ＝DθF(1-3)式中F＝[F1F2…Fn]T为单位力列向量，各分量为各吊杆位置处施加的力；式中θ＝[θ1θ2…θn]T，各分量为各吊杆位置处的折角；步骤四，对该桥梁建立有限元模型，然后根据步骤一所述的方法提取该桥梁结构的桥面变形矩阵Dd，然后根据步骤二所述的方法转化成桥面折角矩阵Dθ。从桥面折角矩阵建立过程以及定义可知该矩阵第i行对应的就是第i根吊杆处桥面折角的纵向影响线。由于正常运营状态下桥面最大折角均为桥面活载引起，因此采用各吊杆的桥面折角影响线加载，可求得正常运营状态下各根吊杆位置桥面最大折角，即吊杆更换过程中各根吊杆位置桥面折角阈值Amax。还包括基于折角量测的现场监控，步骤五，基于折角量测的现场监控，使用倾角仪直接采用直观的折角进行监控，考虑桥面的变形方式，现场监测中在更换吊杆的吊点位置左右各放置一个倾角仪，在相邻的两根吊杆位置各放置一个倾角仪，通过监测4个倾角仪的数值推算出待更换吊杆处桥面最大折角，吊杆更换过程中桥面最大折角不超过相应桥面折角阈值，确保吊杆更换过程中桥梁构件的安全。考虑到折角A的值较小，更换吊杆位置处桥面折角近似用式(1-1)计算。其中A为更换吊杆位置处桥面折角，X为桥面位置与跟换吊杆之间的垂直高度，Y为一侧相邻吊杆垂直高度，Z为另一侧相邻吊杆垂直高度，L为吊杆的间距。其中矩阵的阶数n等于一侧吊杆数，位移以向上为正，向下为负。桥面折角矩阵，矩阵第i行对应的就是第i根吊杆处桥面折角的纵向影响线。4个倾角仪可以接入到监测系统进行自动化采集数据并进行控制分析，实现实时监测。由于正常运营状态下桥面最大折角均为桥面活载引起，因此采用各吊杆的桥面折角影响线加载，可求得正常运营状态下各根吊杆位置桥面最大折角，即吊杆更换过程中各根吊杆位置桥面折角阈值，只要吊杆更换过程中桥面最大折角不超过相应桥面折角阈值，即可保证桥面铺装不会因过大折角导致受弯开裂。专利技术的有益效果：1、安全可靠：采用折角控制吊杆更换中铺装的结构安全，整个阈值的理论计算方法合理可行。2、实现实时监测：通过布置4个倾角仪可以直接指导吊杆更换施工，相对于传统的基于水准测量的标高控制方法更为简单快捷，且折角可以直接接入到监测系统里进行自动采集数据、控制分析，实现实时监测。3、经济性好：该套装置主要由市场成形的产品组成，实现整套系统的难度较小，成本较低。4、应用前景好：解决了吊杆更换过程中控制指标不清晰的问题，实现吊杆更换过程中桥面的安全可控，是一项值得推广应用的技术，具有广阔的应用前景。[附图说明]图1桥面支撑法施工桥面变形图2倾角仪安装位置[具体实施方式]现结合附图及实施例对本专利技术的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。如图1-2所示，本专利技术包括：对于传统的吊杆更换监控方法，考虑到折角A的值较小，更换吊杆位置处桥面折角可以近似用式1-1计算。1.桥面折角阈值的确定本专利技术基于对桥面变形矩阵、桥面折角矩阵的计算提出了一种桥面折角阈值Amax的准确计算方法，为今后的吊杆更换设计和施工提供了一种可行的计算方法。(1)建立桥面折角矩阵吊杆更换过程中桥面的最大折角都发生在桥梁的待更换的吊杆位置处，并且该折角主要跟待更换吊杆以及相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于折角控制的拱桥吊杆更换的监控方法，其特征在于，包括桥面折角阈值的计算，基于对桥面变形矩阵、桥面折角矩阵计算出桥面折角阈值Amax：步骤一，假设在a#吊杆处施加单位力时，b#吊杆处的桥面变形为

【技术特征摘要】
1.一种基于折角控制的拱桥吊杆更换的监控方法，其特征在于，包括桥面折角阈值的计算，基于对桥面变形矩阵、桥面折角矩阵计算出桥面折角阈值Amax：步骤一，假设在a#吊杆处施加单位力时，b#吊杆处的桥面变形为得到全桥一侧吊杆的变形影响矩阵(1-2)，其中矩阵的阶数n等于一侧吊杆数；步骤二，基于桥面变形矩阵(1-2)，结合更换吊杆位置处桥面折角A求得桥面折角矩阵Dθ，其中L代表吊杆的间距；步骤三，各吊杆位置处的折角θ可根据式(1-3)计算得到；θ＝DθF(1-3)式中F＝[F1F2…Fn]T为单位力列向量，各分量为各吊杆位置处施加的力；式中θ＝[θ1θ2…θn]T，各分量为各吊杆位置处的折角；步骤四，对该桥梁建立有限元模型，然后根据步骤一所述的方法提取该桥梁结构的桥面变形矩阵Dd，然后根据步骤二所述的方法转化成桥面折角矩阵Dθ；从桥面折角矩阵建立过程以及定义可知该矩阵第i行对应的就是第i根吊杆处桥面折角的纵向影响线；由于正常运营状态下桥面最大折角均为桥面活载引起，因此采用各吊杆的桥面折角影响线加载，可求得正常运营状态下各根吊杆位置桥面最大折角，即吊杆更换过程中各根吊杆位置桥面折角阈值Amax；还包括基于折角量测的现场监控，步骤五，基于折角量测的现场监控，使用倾角仪直接采用直观的折角进行监控，考虑桥面的变形方式，现场监测中在更换吊杆的吊点位置左右各放置一个倾角仪，在相邻的两根吊杆位置各放置一个倾角仪，通过监...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛，陈勇，邢云，吴华勇，崔鑫，
申请(专利权)人：上海市建筑科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31