預(yù)應(yīng)力鋼拱橋的設(shè)計和施工方法技術(shù)

一種預(yù)應(yīng)力鋼拱橋的設(shè)計和施工方法，在設(shè)計時，根據(jù)對鋼拱圈因橋面荷載而引起的正彎矩、和因鋼拱的軸向壓力產(chǎn)生的彈性收縮－形變而引起的正彎矩、此二重正彎矩之和的計算，計算出由橋兩端橋面以上拱腳向跨中推動、使拱頂產(chǎn)生與上述正彎矩等值的負彎矩時、拱腳向跨中推動的距離，以該距離確定在施工中鋼拱圈拱腳向跨中內(nèi)移的調(diào)整位置。（*該技術(shù)在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于橋梁設(shè)計施工方法，特別是在軟基礎(chǔ)上鋼拱橋設(shè)計施工方法。鋼拱橋拱肋的受力分為三大類1、拱的軸向應(yīng)力；2、由橋面體系荷載產(chǎn)生的拱頂正彎矩及拱腳負彎矩；3、由于荷載引起的拱肋彈性收縮而產(chǎn)生的拱頂正彎矩及拱腳負彎矩。現(xiàn)有技術(shù)在設(shè)計鋼拱橋時，根據(jù)前述之2、3兩項產(chǎn)生的拱頂正彎矩與拱腳負彎矩及拱的軸向應(yīng)力之和來設(shè)計拱肋的鋼材用量。其中由于彎矩的因素所需要的用鋼量約在拱肋的總用鋼量的25％左右。現(xiàn)有技術(shù)在鋼拱橋施工時，或者是從穩(wěn)固拱腳開始，再逐段將拱肋連接成拱圈；或者是將拱圈整體成型后再采取吊裝的方式將拱腳穩(wěn)固在巖基礎(chǔ)上或樁基礎(chǔ)上。本專利技術(shù)的目的是提出一種預(yù)應(yīng)力鋼拱橋的設(shè)計施工方法，利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，減少鋼拱橋拱肋的用鋼量。本專利技術(shù)的內(nèi)容是首先在設(shè)計時，根據(jù)對鋼拱圈因橋面荷載而引起的正彎矩、和因鋼拱的軸向壓力產(chǎn)生的彈性收縮一形變而引起的正彎矩、此二重正彎矩之和的計算，計算出由橋兩端橋面以上拱圈向跨中推動、使拱頂產(chǎn)生與上述正彎矩等值的負彎矩時、拱腳向跨中推動的距離，以該距離確定在施工中拱腳向跨中內(nèi)移的調(diào)整位置；施工時，先制作整體鋼拱圈；在安裝鋼拱圈時，根據(jù)前述計算的結(jié)果將兩端拱腳向跨中移動、當拱腳到達確定的調(diào)整位置時、用拉索拉緊拱肋、使鋼拱圈產(chǎn)生負彎矩，此時拱頂也因該負彎矩而提高；當全部荷載到位后，正負彎矩即可抵消，拱頂位于設(shè)計位置。本專利技術(shù)在作樁基礎(chǔ)中承拱鋼拱橋的設(shè)計時，可以把兩側(cè)的邊梁作為鋼拱圈的預(yù)應(yīng)力梁，并將邊梁的應(yīng)力與拱腳向跨中推動產(chǎn)生的負彎矩的合力一同計算，來確定施工時拱腳的調(diào)整位置；在施工時，將橋兩端邊孔近似三角形區(qū)域拉索中的部分拉索用預(yù)應(yīng)力錨固的方法連接到拱橋兩側(cè)的邊梁，并張拉拉索使邊梁兼作為預(yù)應(yīng)力梁；再將拱腳推移到樁基礎(chǔ)上的調(diào)整位置固定；然后再將鋼拱圈與從其中穿過的邊梁固定連接。當全部荷載到位后，正負彎矩即可抵消，拱頂位于設(shè)計位置。本專利技術(shù)在施工時，可以按照施加預(yù)應(yīng)力的計算結(jié)果，將鋼拱橋的主拱鋼拱圈整體制造成型，同時將兩端的近似三角形邊拱整體制造成型；安裝拱橋時，先將兩端邊拱的拱腳穩(wěn)定在樁基礎(chǔ)的調(diào)整位置上，再將主拱圈兩端與拱腳部分的拱肋對接，同時將邊拱的邊梁和主拱圈的邊梁部分對接，形成整體的拱橋。本專利技術(shù)突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步是采用先進的預(yù)應(yīng)力技術(shù)改進了鋼拱橋的傳統(tǒng)設(shè)計思想，使鋼拱橋的拱肋用鋼量大幅度降低，減輕了鋼拱圈的重量，節(jié)約鋼材同時降低了成本；鋼拱圈各部分在預(yù)應(yīng)力作用下形成穩(wěn)定的整體。本專利技術(shù)的實施例如附圖所示附圖說明圖1是樁基礎(chǔ)中承拱鋼拱橋構(gòu)造示意圖；圖2是鋼拱圈在荷載作用下的變形示意圖鋼拱圈在受力狀態(tài)下拱頂產(chǎn)生向下?lián)锨肮澳_向外推移，拱圈發(fā)生變形；圖3是預(yù)應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)變形示意圖采用本專利技術(shù)，鋼拱圈在預(yù)應(yīng)力作用下使拱頂產(chǎn)生向上、拱腳產(chǎn)生向內(nèi)的位移，拱圈在預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生的變形值應(yīng)與圖2中因荷載產(chǎn)生的變形值近似相等，但方向相反；圖4是邊梁的剖面示意圖，在箱型的邊梁中穿過拉索。圖中的標識符號分別表示1、鋼拱橋的設(shè)計拱圈；2、拱頂；2A、產(chǎn)生正彎矩時的拱頂位移；2B、計算出與2A對應(yīng)負彎矩的拱頂位移，也就是施加預(yù)應(yīng)力時的拱頂位移；3、拱腳；3A、產(chǎn)生負彎矩的拱腳位移；3B、拱腳的設(shè)計位置；3C、預(yù)應(yīng)力施工時拱腳的調(diào)整位移；4、基礎(chǔ)；5、邊梁/橋面拉索；6、邊拱。結(jié)合實施例附圖對本專利技術(shù)加以具體說明本實施例僅以樁基礎(chǔ)的中承拱鋼拱橋為例，對本專利技術(shù)技術(shù)方案加以說明。根據(jù)本例的說明也可以明了在上承拱和下承拱時，以及巖面基礎(chǔ)時采用本專利技術(shù)的設(shè)計和施工方法。如圖1所示采用本專利技術(shù)設(shè)計的中承拱鋼拱橋，其中鋼拱圈1包括拱頂2和拱腳3，拱腳3安置在樁基礎(chǔ)4上，在鋼拱圈1中部設(shè)置有穩(wěn)定拱圈的邊梁5A，拉索5從邊梁5A的箱腔中穿過、拉索5和邊梁5A兩端與在兩岸的邊拱6連接，邊拱6與主拱圈外的邊梁5A、位于邊梁5A下部的拱腳3的拱肋構(gòu)成邊孔端近似三交形區(qū)域。如圖2所示沒有預(yù)應(yīng)力的情況下，在荷載到位后，鋼拱圈的拱頂產(chǎn)生正彎矩變型；其中拱圈1的拱頂2在荷載作用下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，形成向下?lián)锨墓绊?A，而拱腳3則由于產(chǎn)生負彎矩而從設(shè)計拱腳位置3B向外推移，為了克服鋼拱圈的彎矩，現(xiàn)有技術(shù)采取的措施是加大鋼材用量，在總用鋼量中用于彎矩的鋼材約占25％。如圖3所示采用本專利技術(shù)，加力將拱腳3向內(nèi)推移到調(diào)整位置3C，在預(yù)應(yīng)力作用下使拱圈1向上撓曲，拱頂2向上位移，形成拱頂2B。在單一的預(yù)應(yīng)力作用下，拱頂會高于設(shè)計位置，當荷載到位后，其產(chǎn)生的應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力抵消，使拱圈恢復到設(shè)計位置。本專利技術(shù)利用預(yù)應(yīng)力克服拱頂在荷載下產(chǎn)生的彎矩，節(jié)省鋼材。在巖面基礎(chǔ)上拱腳因彎矩而引起的受壓面可以加厚鋼板來承受。本例中的中承拱鋼拱橋安置在軟土地基的樁基礎(chǔ)4上。在樁基礎(chǔ)的中承拱鋼拱橋兩端及邊孔三角形區(qū)域的橋面必須有拉索5，一般的作法是拉索長度為邊孔端至邊孔端的全長?，F(xiàn)有技術(shù)中，橋面兩側(cè)的邊梁5A主要是為拱橋起穩(wěn)定作用，同時也承受彎矩應(yīng)力，但彎矩應(yīng)力較小。因此該邊梁5A在承受彎矩之外還有相當大的多余承載能力。而現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的橋面拉索沒有利用拱橋邊梁的這部分承載能力。本專利技術(shù)將部分拉索5與邊梁5A采用預(yù)應(yīng)力錨固連接，利用邊梁5A的多余承載能力做預(yù)應(yīng)力梁使用。在本例的各示意圖中，拉索5與邊梁5A用同一條線表示。在圖4中可以看出邊梁5A的斷面，拉索5是在邊梁5A中穿過的。關(guān)于部分拉索5與邊梁5A用錨具連接，屬于常規(guī)技術(shù)，無須再加以說明。在圖3中，邊拱6與邊梁5A和拱腳3的部分拱肋構(gòu)成了邊孔的近似三角形區(qū)域。在該近似三角形區(qū)域中，由于邊梁的張拉作用會使拱腳3部分的拱肋產(chǎn)生正彎矩，能夠抵消拱腳3的負彎矩。本實施例在把兩側(cè)的邊梁5A作為鋼拱圈1的預(yù)應(yīng)力梁時，將邊梁的應(yīng)力與拱腳向跨中推動使拱頂產(chǎn)生的負彎矩的合力一同計算，來確定施工時拱腳的調(diào)整位移；本專利技術(shù)采用現(xiàn)有技術(shù)在施工時，可以有多種實施方式例如，在整體制作鋼拱圈時，可以將橋兩端邊孔近似三角形區(qū)域拉索中的部分拉索用預(yù)應(yīng)力錨固的方法連接到拱橋兩側(cè)的邊梁，并張拉拉索使邊梁兼作為預(yù)應(yīng)力梁；將鋼拱圈的拱腳推移到樁基礎(chǔ)上的調(diào)整位置固定；再將鋼拱圈與從其中穿過的邊梁固定連接。本實施例還可以采取另一種分體制作鋼拱圈的施工方法即在施工時，可以按照施加預(yù)應(yīng)力的計算結(jié)果，將鋼拱橋的邊拱與其上部的主拱鋼拱圈整體制造成型，同時將鋼拱橋兩端的近似三角形邊拱整體制造成型；安裝拱橋時，先將兩端邊拱近似三角形的拱腳穩(wěn)定在樁基礎(chǔ)的調(diào)整位置上，再將主拱圈兩端與拱腳部分的拱肋對接，同時將邊拱的邊梁和主拱圈的邊梁部分對接，形成整體的鋼拱圈。當全部荷載到位后，各部位的正負彎矩可以抵消。本專利技術(shù)創(chuàng)造性地將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到鋼拱橋的設(shè)計和施工中，可以將現(xiàn)有技術(shù)中用于克服鋼拱圈在荷載下產(chǎn)生彎矩的大量鋼材節(jié)約下來，降低鋼拱橋的制造和施工成本。權(quán)利要求1.一種鋼拱橋的設(shè)計和施工方法特別是，其特征在于首先在設(shè)計鋼拱橋時，根據(jù)對鋼拱圈因橋面荷載而引起的正彎矩、和因鋼拱的軸向壓力產(chǎn)生的彈性收縮—形變而引起的正彎矩、此二重正彎矩之和的計算，計算出由橋兩端橋面以上拱圈向跨中推動、使拱頂產(chǎn)生與上述正彎矩等值的負彎矩時、拱腳向跨中推動的距離，以該距離確定在施工中拱腳向跨中內(nèi)移的調(diào)整位置；施工時，先制作整體鋼拱圈；在安裝鋼拱圈時，根據(jù)前述計算的結(jié)果將兩端拱腳向跨中移動、當拱腳到達確定的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鋼拱橋的設(shè)計和施工方法特別是預(yù)應(yīng)力鋼拱橋的設(shè)計和施工方法，其特征在于：首先在設(shè)計鋼拱橋時，根據(jù)對鋼拱圈因橋面荷載而引起的正彎矩、和因鋼拱的軸向壓力產(chǎn)生的彈性收縮－形變而引起的正彎矩、此二重正彎矩之和的計算，計算出由橋兩端橋面以上拱圈 向跨中推動、使拱頂產(chǎn)生與上述正彎矩等值的負彎矩時、拱腳向跨中推動的距離，以該距離確定在施工中拱腳向跨中內(nèi)移的調(diào)整位置；施工時，先制作整體鋼拱圈；在安裝鋼拱圈時，根據(jù)前述計算的結(jié)果將兩端拱腳向跨中移動、當拱腳到達確定的調(diào)整位置時、用拉 索拉緊拱肋、使鋼拱圈產(chǎn)生負彎矩，此時拱頂也因該負彎矩而提高；當全部荷載到位后，正負二彎矩即可抵消，拱頂位于設(shè)計位置。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊裕球，
申請(專利權(quán))人：楊裕球，
類型：發(fā)明
國別省市：12[中國|天津]