一种钢桁梁节段的临时加固方法 |
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| 申请号 | CN202310823314.0 | 申请日 | 2023-07-05 | 公开(公告)号 | CN116732909A | 公开(公告)日 | 2023-09-12 |
| 申请人 | 中铁大桥勘测设计院集团有限公司; | 发明人 | 陈铭; 蔡銮; 邹敏勇; 王帆; 彭最; 汪小朋; 万田保; 王忠彬; | ||||
| 摘要 | 本 申请 公开了一种 钢 桁梁节段的临时加固方法，涉及钢桁梁节段临时加固技术领域，包含以下步骤：S1.拟定施工阶段钢桁梁节段的 支撑 点；S2.判断是否需要对钢桁梁节段进行加固；S3.选用双侧加固方案或单侧加固方案；S41.按拉杆设计增设第一加 固件 或第二加固件，按拉压杆设计增设第三加固件；S42.按拉杆设计增设第一加固件和第二加固件，并可选的按拉杆设计增设第三加固件；S5.判断钢桁梁节段及各加固件的应 力 、 变形 是否均满足设计要求；若是，转S7；若否，转S6；S6.调整加固件的截面面积和/或无 应力 长度，然后执行步骤S5；S7.结束设计。本申请的临时加固方法，最大限度提高钢桁梁节段加固措施的经济性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钢桁梁节段的临时加固方法，其特征在于，包含以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种钢桁梁节段的临时加固方法技术领域[0001] 本申请涉及钢桁梁节段临时加固技术领域，具体涉及一种钢桁梁节段的临时加固方法。 背景技术[0002] 一方面，受运输条件、吊装能力以及施工费用等因素的限制，钢桁梁节段常按单节段运输及安装，由于钢桁梁节段的腹杆数量少且抗弯刚度偏弱，造成钢桁梁节段的稳定性较差，需对其进行加固以防止施工阶段应力、变形过大。 [0003] 另一方面，对于受相同支撑、相同外力的超静定结构其平衡状态不唯一。设计过程中，不同的迭代设计初值(加固件拉压设计类型、加固件截面、加固件无应力长度)会得到不同的平衡状态，不同平衡状态下结构的受力可能会相差较大，合理平衡状态的获取并非一件必然发生的事情。 [0004] 相关技术中，钢桁梁节段普遍采用焊接加固钢撑杆的方式进行加固，加固件设计时常初选用具备拉压刚度的焊接工字钢截面，其无应力长度常取其对应的几何长度。评估节段运输状态受力时，加固件计算内力常为压力，进而涉及稳定问题，这导致最终加固件选用较大截面，同时由于加固件倒用率较低，往往造成临时加固工程量大，尤其对大跨度桥梁来讲，其费用更高。发明内容 [0006] 为达到以上目的，采取的技术方案是：一种钢桁梁节段的临时加固方法，包含以下步骤： [0007] S1.拟定施工阶段钢桁梁节段的支撑点； [0008] S2.评估施工阶段钢桁梁节段的受力情况，判断是否需要对钢桁梁节段进行加固，若钢桁梁节段的应力和变形均满足设计要求，则无需加固，执行步骤S7；若钢桁梁节段的应力和变形任一不满足设计要求，执行步骤S3； [0009] S3.根据钢桁梁节段分段情况，选用双侧加固方案或单侧加固方案，若选用单侧加固方案，执行步骤S41；若选用双侧加固方案，执行步骤S42； [0010] S41.按拉杆设计增设第一加固件或第二加固件，按拉压杆设计增设第三加固件，并拟定各加固件的材料、截面和无应力长度； [0011] S42.按拉杆设计增设第一加固件和第二加固件，并可选的按拉杆设计增设第三加固件，并拟定各加固件的材料、截面和无应力长度； [0012] S5.评估施工阶段加固后的钢桁梁节段的受力情况，判断钢桁梁节段及各加固件的应力、变形是否均满足设计要求；若是，执行步骤S7；若否，执行步骤S6； [0013] S6.调整加固件的截面面积和/或无应力长度，然后执行步骤S5； [0014] S7.结束设计。 [0015] 在上述技术方案的基础上，步骤S1中所述施工阶段包含运输阶段和吊装阶段，拟定施工阶段钢桁梁节段的支撑点包含： [0016] 确定钢桁梁节段底部的运输支撑点、以及钢桁梁节段顶部的吊装支撑点。 [0017] 在上述技术方案的基础上，步骤S41和S42中的各个加固件在钢桁梁节段的横向可布置2组以上，且加固件在横向可与钢桁梁节段的上下弦杆相对应，亦可与靠近弦杆的横梁的端部相对应。 [0019] 在上述技术方案的基础上，所述钢桁梁节段包含上弦杆、完整腹杆、下弦杆、第一待连接腹杆和第二待连接腹杆；在运输阶段，所述上弦杆、完整腹杆、第一待连接腹杆和第二待连接腹杆的组合结构具有上部等效重心；在吊装阶段，所述下弦杆、完整腹杆、第一待连接腹杆和第二待连接腹杆的组合结构具有下部等效重心； [0020] 步骤S42中，所述第一加固件和第二加固件分别位于钢桁梁节段完整腹杆纵向两侧，可选的第三加固件与上部等效重心分别位于完整腹杆纵向两侧； [0021] 步骤S41和S42中，所述第一加固件和第二加固件的端部与上弦杆、下弦杆的连接位置，邻近于运输支撑点和吊装支撑点。 [0022] 在上述技术方案的基础上，步骤S41中，所述钢桁梁节段设置第三加固件、以及第一加固件或第二加固件，两个加固件的两端分别连接上弦杆和下弦杆，两个加固件和完整腹杆分别位于上部等效重心的纵向两侧。 [0023] 本申请提供的技术方案带来的有益效果包括： [0024] 本申请的钢桁梁节段的临时加固方法，根据钢桁梁节段的分段情况和受力情况(包含重力分布特征)，选用双侧加固方案或单侧加固方案，在增设加固件时，以柔性、轻型加固件为主，构造一种高效的荷载竖向传递路径，实现钢桁梁节段施工阶段不同平衡状态受力的合理化，本申请的临时加固方法避免了对钢桁梁节段进行盲目加固，充分利用了钢桁梁节段永久构件(包含完整腹杆)的承载能力，能大幅提高加固措施的经济性。附图说明 [0025] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0026] 图1为本申请实施例提供的临时加固方法的流程图； [0027] 图2为本申请实施例提供的钢桁梁节段形成的三角形桁架的第一种分段方案； [0028] 图3为图2中的一节钢桁梁节段吊装阶段的其中一种临时加固结构； [0029] 图4为本申请实施例提供的钢桁梁节段形成的三角形桁架的第二种分段方案； [0030] 图5为图4中的一节钢桁梁节段吊装阶段的其中一种临时加固结构； [0031] 图6为本申请实施例提供的钢桁梁节段形成的三角形桁架的第三种分段方案； [0032] 图7为图6中的一节钢桁梁节段吊装阶段的其中一种临时加固结构； [0033] 图8为本申请实施例提供的钢桁梁节段形成的N字形桁架的一种分段方案； [0034] 图9为图8中的一节钢桁梁节段吊装阶段的其中一种临时加固结构； [0035] 附图标记：100、上弦杆；101、完整腹杆；102、下弦杆；103、第一待连接腹杆；104、第二待连接腹杆；1、第一加固件；2、第二加固件；3、第三加固件；10、第一交点；11、第二交点。 具体实施方式[0036] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0037] 如图1所示，一种钢桁梁节段的临时加固方法，包含以下步骤： [0038] S1.拟定施工阶段钢桁梁节段的支撑点。具体地，支撑点包含运输支撑点和吊装支撑点，支撑点的位置不同，钢桁梁节段的受力不同，因此先确定钢桁梁节段的支撑点。 [0039] S2.评估施工阶段的钢桁梁节段的受力情况，判断是否需要对钢桁梁节段进行加固，若钢桁梁节段的应力和变形均满足设计要求，则无需加固，执行步骤S7；若钢桁梁节段的应力和变形任一不满足设计要求，执行步骤S3。具体地，设计完成后的钢桁梁节段的各个结构的重量已知、材料已知和尺寸已知，根据这些已知条件可以进行钢桁梁节段在运输阶段和吊装阶段进行受力分析。具体地，钢桁梁节段的各个结构均设置各自的应力阈值和变形阈值，若计算后的应力计算值小于应力阈值，变形计算值小于变形阈值，则钢桁梁节段的应力和变形均满足设计要求；反之，不满足设计要求。 [0040] S3.根据钢桁梁节段分段情况，选用双侧加固方案或单侧加固方案，若选用单侧加固方案，执行步骤S41；若选用双侧加固方案，执行步骤S42。 [0041] S41.若选用单侧加固方案，增设第三加固件3，第一加固件1和第二加固件2任选其中一个。 [0042] 具体地，按拉杆设计增设第一加固件1或第二加固件2，按拉压杆设计增设第三加固件3，并拟定各加固件的材料、截面和无应力长度。 [0043] S42.若选用双侧加固方案，增设第一加固件1和第二加固件2，可选的增设第三加固件3。 [0044] 具体地，按拉杆设计增设第一加固件1和第二加固件2，并可选的按拉杆设计增设第三加固件3，并拟定各加固件的材料、截面和无应力长度。 [0045] S5.评估施工阶段加固后的钢桁梁节段的受力情况，判断钢桁梁节段及各加固件的应力、变形是否均满足设计要求；若是，执行步骤S7；若否，执行步骤S6； [0046] S6.调整加固件的截面面积和/或无应力长度，然后执行步骤S5； [0047] S7.结束设计。 [0048] 进一步地，在步骤S1中，施工阶段包含运输阶段和吊装阶段，拟定施工阶段钢桁梁节段的支撑点包含： [0049] 确定钢桁梁节段底部的运输支撑点、以及钢桁梁节段顶部的吊装支撑点。 [0050] 优选地，根据钢桁梁节段分段情况，选用双侧加固方案或单侧加固方案，规则为： [0051] 若完整腹杆101与上弦杆100、下弦杆102的交点(例如图7)，到整个钢桁梁节段侧端面的距离小于4m，宜选用单侧加劲；其余情况，宜选用双侧加固。 [0052] 进一步地，步骤S41和S42中的各个加固件(即第一加固件1、第二加固件2和第三加固件3)在钢桁梁节段的横向可布置2组以上，且加固件在横向可与钢桁梁节段的上下弦杆相对应，亦可与靠近弦杆的横梁的端部相对应，即可以是加固件、上弦杆和下弦杆位于同一平面，还可以是加固件不与上下弦杆所在平面同面，加固件的两端连接用于连接弦杆的横梁的端部。 [0053] 图2的左右方向为纵向，图2的左视图方向为横向。 [0054] 具体地，步骤S41和S42中，按拉杆设计的加固件可选用钢丝绳、倒链、钢拉杆或焊接工字钢，按拉压杆设计的加固件可选用焊接工字钢。 [0055] 具体地，按拉杆设计的加固件在受拉时参与受力，按拉杆设计的加固件在受压时不参与受力；按拉压杆设计的加固件在受拉时和受压时均参与受力。 [0056] 进一步地，钢桁梁节段包含上弦杆100、完整腹杆101、下弦杆102、第一待连接腹杆103和第二待连接腹杆104。在运输阶段，上弦杆100、完整腹杆101、第一待连接腹杆103和第二待连接腹杆104的组合结构具有上部等效重心，此时下弦杆102被支撑，除下弦杆102以外的结构具有上部等效重心。 [0057] 在吊装阶段，下弦杆102、完整腹杆101、第一待连接腹杆103和第二待连接腹杆104的组合结构具有下部等效重心。此时上弦杆100被吊挂，除上弦杆100以外的结构具有上部等效重心。 [0058] 步骤S42中，第一加固件1和第二加固件2分别位于钢桁梁节段完整腹杆101纵向两侧，可选的第三加固件3与上部等效重心分别位于完整腹杆101纵向两侧。 [0059] 步骤S41和S42中，第一加固件1和第二加固件2的端部与上弦杆100、下弦杆102的连接位置，邻近于运输支撑点和吊装支撑点。具体地，第一加固件1的两端分别连接于上弦杆100和下弦杆102，连接位置分别为上连接位和下连接位，上连接位邻近吊装支撑点，下连接位邻近运输支撑点。 [0060] 进一步地，上弦杆100、完整腹杆101和第一待连接腹杆103相交于第一交点10，下弦杆102、完整腹杆101和第二待连接腹杆104相交于第二交点11。 [0061] 优选地，双侧加固时，第三固定件3的一端连接于第一交点10，其另一端连接于第二待连接腹杆104；或者第三固定件3一端连接于第二交点11，其另一端连接于下弦杆102。 [0062] 单侧加固时，第三固定件3的一端连接于第一交点10，其另一端连接于下弦杆102；或者第三固定件3一端连接于第二交点11，其另一端连接于上弦杆100。 [0063] 进一步地，步骤S41中，钢桁梁节段设置第三加固件3、且第一加固件1和第二加固件2根据实际分段情况选择一个加固件，总共两个加固件。两个加固件的两端分别连接上弦杆100和下弦杆102，两个加固件和完整腹杆101分别位于上部等效重心的纵向两侧。 [0064] 多节钢桁梁节段组成的桁梁具有多种形式，其中包含三角形桁架和N字形桁架。 [0065] 在步骤S41和步骤S42中，结合上部等效重心和下部等效重心，选用第一加固件1、第二加固件2和第三加固件3。 [0066] 如图2和图3，在第一个实施例中，根据钢桁梁节段形成的三角形桁架的第一种分段方案，中间竖直分段，选用双侧加固方案见图示，即对应S42。 [0067] 按拉杆设计增设第一加固件1、第二加固件2和第三加固件3，第一加固件1和第二加固件2两端的连接位，邻近吊装支撑点和运输支撑点。第三加固件3的一端固定于第一交点10，另一端连接于下弦杆102，且第三加固件3和下弦杆102的连接点重合于第二加固件2和下弦杆102的连接点。 [0068] 在运输阶段，钢桁梁节段的下弦杆102受支撑，完整腹杆101受压；当上部等效重心位于第二交点11铅锤线的右侧时，第一加固件1受拉，第二加固件2和第三加固件3受压，可不参与受力；当上部等效重心位于第二交点11铅锤线的左侧时，第二加固件2和第三加固件3受拉，第一加固件1可不参与受力。 [0069] 在吊装阶段，钢桁梁节段的上弦杆100被吊挂，完整腹杆101受拉，当下部等效重心位于第一交点10铅锤线的右侧时，第二加固件2和第三加固件3受拉，第一加固件1辅助受拉或不参与受力；当上部等效重心位于第一交点10铅锤线的左侧时，第一加固件1受拉，第二加固件2和第三加固件3辅助受拉或不参与受力。 [0070] 按照上述分析进行受力分析，确定第一加固件1、第二加固件2和第三加固件3的材料、截面和无应力长度。 [0071] 如图4和图5，在第二个实施例中，根据钢桁梁节段形成的三角形桁架的第二种分段方案，中间斜向分段，选用双侧加固方案见图示，即对应S42。 [0072] 同样地，按拉杆设计增设第一加固件1、第二加固件2和第三加固件3，第一加固件1和第二加固件2两端的连接位，邻近吊装支撑点和运输支撑点。第三加固件3的一端固定于第一交点10，另一端连接于下弦杆102。 [0073] 在运输阶段，钢桁梁节段的下弦杆102受支撑，完整腹杆101受压；当上部等效重心位于第二交点11铅锤线的右侧时，第一加固件1受拉，第二加固件2和第三加固件3受压，可不参与受力；当上部等效重心位于第二交点11铅锤线的左侧时，第二加固件2和第三加固件3受拉，第一加固件可1不参与受力。 [0074] 在吊装阶段，钢桁梁节段的上弦杆100被吊挂，完整腹杆101受拉，当下部等效重心位于第一交点10铅锤线的右侧时，第二加固件2和第三加固件3受拉；当上部等效重心位于第一交点10铅锤线的左侧时，第一加固件1受拉。 [0075] 按照上述分析进行受力分析，确定第一加固件1、第二加固件2和第三加固件3的材料、截面和无应力长度。 [0076] 如图6和图7，在第三个实施例中，根据钢桁梁节段形成的三角形桁架的第三种分段方案，侧边斜向分段，选用单侧加固方案见图示，即对应S41。 [0077] 按拉杆设计增设第二加固件2，按拉压杆设计增设第三加固件3，第二加固件2两端的连接位邻近吊装支撑点和运输支撑点。第三加固件3的一端固定于第二交点11，另一端连接于上弦杆100。 [0078] 在运输阶段，钢桁梁节段的下弦杆102受支撑，完整腹杆101受压；当上部等效重心位于第二交点11铅锤线的右侧时，第三加固件3受压，第一加固件1可不参与受力；当上部等效重心位于第二交点11铅锤线的左侧时，第二加固件2和第三加固件3均受拉。 [0079] 在吊装阶段，钢桁梁节段的上弦杆100被吊挂，完整腹杆101受拉，下部等效重心位于第一交点10铅锤线的右侧，第二加固件2和第三加固件3均受拉。 [0080] 按照上述分析进行受力分析，确定第一加固件1、第二加固件2和第三加固件3的材料、截面和无应力长度。 [0081] 如图8和图9，在第四个实施例中，根据钢桁梁节段形成的N字形桁架的一种分段方案，中间竖向分段，选用双侧加固方案见图示，即对应S42。 [0082] 上部等效重心和下部等效重心刚好位于完整腹杆101的中心线。按拉杆设计增设第一加固件1和第二加固件2，第一加固件1和第二加固件2两端的连接位，邻近吊装支撑点和运输支撑点。 [0083] 在运输阶段，钢桁梁节段的下弦杆102受支撑，完整腹杆101受压，第一加固件1和第二加固件2可不参与受力。 [0084] 在吊装阶段，钢桁梁节段的上弦杆100被吊挂，完整腹杆101受拉，第一加固件1和第二加固件2受拉。 [0085] 按照上述分析进行受力分析，确定第一加固件1和第二加固件2的材料、截面和无应力长度。 [0086] 本申请的钢桁梁节段的临时加固方法，钢桁梁节段的分段情况和受力情况(包含重力分布特征)，选用双侧加固方案或单侧加固方案，在增设加固件时，以柔性、轻型加固件为主，构造一种高效的荷载竖向传递路径，实现钢桁梁节段施工阶段不同平衡状态受力的合理化，本申请的临时加固方法避免了对钢桁梁节段进行盲目加固，充分利用了钢桁梁节段永久构件(包含完整腹杆101)的承载能力，能大幅提高加固措施的经济性。 [0087] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。 [0088] 需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0089] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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