[发明专利]悬索桥吊拉组合体系加固结构的计算方法

说明书

技术领域：

本发明涉及公路桥梁的设计和施工技术领域，具体涉及悬索桥加固项目中悬索桥吊拉组合体系加固结构的计算方法。

背景技术：

吊拉组合体系加固悬索桥的构思和实践可以追溯至19世纪后期。1854年桥梁大师罗勃林受塔科玛大桥垮塌事件启发，提出采用抗弯刚度大的加劲桁架和拉索弥补单纯悬索桥系统不足的方法。基于罗勃林提出的方法，勃罗克大桥、布隆克斯-白石大桥、泰戈斯河大桥等桥均采用悬索桥与斜拉索结合增强了抗震能力，并通过实践发现在拉索承担大部分恒载的区域内，主缆的曲率比所有荷载由主缆承担的跨中区域小，证明斜拉索加固悬索桥的可行性。

采用吊拉组合体系方式加固的悬索桥，其主缆承担全桥主要荷载，新增斜拉索协助主缆受力，即将主缆承担的部分荷载转移至斜拉索，提高主缆的安全系数，因此斜拉索设置是悬索桥吊拉组合体系加固的关键。斜拉索的设置包含斜拉索布置形式、斜拉索初始张拉力以及斜拉索初始张拉温度三部分内容。常见的斜拉索布置方式有三种：（1）在跨中侧布置斜拉索，斜拉索两端分别锚固于主塔和加劲梁处；（2）在边跨、跨中分别布置斜拉索，边跨侧斜拉索两端分别锚固于主塔和地面处，跨中侧斜拉索两端分别锚固于主塔和加劲梁处；（3）斜拉索一端锚固地面，另外一端通过主塔顶部拉索转向装置后锚固于加劲梁处，斜拉索在主塔顶部转向装置内可以纵向滑动。

悬索桥吊拉组合加固采用的斜拉索布置方式确定后，应选择斜拉索初始张拉力和初始张拉温度，以保证斜拉索协助主缆受力的有效性和主塔、加劲梁的安全性。斜拉索协助主缆受力的有效性是指斜拉索能够提供足够的竖向力为主缆卸载，使主缆安全系数满足规范要求；主塔的安全性是指斜拉索索力的水平分力会引起主塔发生纵桥向位移，而主塔顶部承担着主缆传递来的竖向力，主塔发生纵向位移使主塔顶部竖向力在主塔根部产生附加弯矩，当附加弯矩不会对主塔造成不利影响可认为主塔是安全的；加劲梁的安全性是指斜拉索对加劲梁产生的水平分力和竖向分力不会对加劲梁造成不利影响。

目前常规确定斜拉索初始张拉力和初始张拉温度的方法是建立协作体系模型进行结构理论分析计算，研究不同初始张拉力和初始张拉温度对结构体系的影响情况，并提出满足斜拉索协助主缆受力的有效性和主塔、加劲梁的安全性的斜拉索初始张拉力和初始张拉温度。

常规结构理论分析计算方法存在以下问题：（1）吊拉组合体系结构是由斜拉桥和悬索桥组成的协作体系，结构受力复杂，精确分析结构受力状态技术难度大；（2）既有悬索桥经过多年的使用，结构状态往往与新建时存在差异（如桥面恒载发生变化等），部分桥梁还存在一定的病害（如主缆下挠、主缆出现矢高差、索鞍发生偏位、材料劣化等），当结构理论计算难以准确模拟悬索桥实际受力状态时，理论计算结果将与实际情况产生较大差异；（3）悬索桥不同位置环境温度场存在差异，组成桥梁结构各个部件的材料、尺寸和结构形式不同，因此环境温度变化使桥梁内各部分的温度成复杂的分布形式，理论结构计算难以精确模拟环境温度对桥梁的影响；（4）桥梁荷载的实际变化情况与理论计算存在差异，理论计算结果与实际情况产生差异。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提出一种精确分析悬索桥吊拉组合体系加固结构的斜拉索初始张拉力和初始张拉温度的实用计算方法，以保证斜拉索协助主缆受力的有效性和主塔、加劲梁的安全性。

本发明解决技术问题的方案如下：

本发明悬索桥吊拉组合体系加固结构的计算方法，包括以下步骤：

（1）针对加固前的悬索桥进行监测，主要监测内容为环境温度、桥梁荷载变化情况和加劲梁处斜拉索锚固位置的竖向位移，得出以下数据关系：1）温度-加劲梁处斜拉索锚固位置竖向位移关系；2）荷载-加劲梁处斜拉索锚固位置竖向位移关系。

（2）根据现场监测数据得出的关系建立以下工况：

环境整体升温；

环境整体降温；

环境整体升温引起加劲梁处斜拉索锚固位置向下发生竖向位移；

环境整体降温引起加劲梁处斜拉索锚固位置向上发生竖向位移；

桥梁荷载变化引起加劲梁处斜拉索锚固位置向下发生竖向位移；

桥梁荷载变化引起加劲梁处斜拉索锚固位置向上发生竖向位移。

（3）基于监测数据建立的工况提出荷载工况组合。

1）++；

2）++；

3）++；

4）++。

（4）根据斜拉索布置方式选择公式建立方程关系。