一种自更换式拱桥吊杆及索力控制方法

1.本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种自更换式拱桥吊杆及索力控制方法。


背景技术：

2.吊杆作为拱桥的主要承载构件，受限于材料特性、加工工艺、施工质量、运营养护等多种原因，实际使用寿命大致在12至18年之间；因此，在桥梁的使用年限中存在多次更换吊杆的需求。城市景观桥梁不仅具有美化城市的作用，往往也承担着较大的交通流量，吊杆更换作业的时间长短势必影响着城市的交通正常运行，如何缩短吊杆更换所需要的时间，降低拱桥吊杆更换对城市交通的影响，是值得深入研究的。城市景观桥梁复杂的拱肋设计，一方面让传统的吊杆更换装置安装难度增加，另一方面又让吊杆角度姿态富于变化，进一步提高了拱桥吊杆的安装与更换难度，也使得拱桥在使用过程中更容易出现应力松弛、应力分布不均等问题。此外，目前拱桥吊杆更换主要使用临时吊杆或临时兜吊装置，也普遍存在工序较多、作业进度慢、影响交通正常通行时间长，而且存在大型起吊设备台班消耗量大、部分施工装置无法周转使用，施工成本较高的问题。鉴于频繁的更换吊杆必然会消耗相当成本，那么在使用过程中确保吊杆的承力性，实现对索力的优化，避免因应力松弛、应力分布不均等问题而必须更换吊杆，增加吊杆寿命和正常工作期限，显然也是降低拱桥维护成本的一个重要途径，这是本发明研究的重点。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种自更换式拱桥吊杆，其优化了拱桥吊杆的承力结构，并可实现拱桥吊杆在使用过程中的在线索力调节功能，从而在提升吊杆更换便捷性的同时，亦能保证拱桥吊杆的正常使用寿命，使用灵活方便。
4.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
5.一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：包括用于固定在拱肋上的上吊点以及固定于桥面系钢梁上的下吊点，中间吊杆的顶端铰接于上吊点处，中间吊杆的底端套设有连接块，连接块的两侧对称设置吊钩，从而分别与下吊点处两组对称设置的吊环间形成钩合配合，进而限制连接块相对下吊点作上行动作；中间吊杆的伸出连接块的一段杆身设置外螺纹段，且外螺纹段处螺纹配合有紧固螺母，从而限制中间吊杆相对连接块作上行动作；中间吊杆上还布置有用于在线测试中间吊杆的索力的索力传感器。
6.优选的，所述下吊点包括直接固定在桥面系钢梁上的下耳板，下拉杆的底部铰接在下耳板上，下拉杆的顶部布置所述吊环；所述下拉杆为两根且沿中间吊杆的轴线轴对称设置。
7.优选的，所述下耳板包括底板以及布置于底板上的竖板，竖板与底板之间彼此相交；竖板构成用于铰接下拉杆的铰接板且两者间通过下销轴彼此铰接。
8.优选的，所述上吊点包括直接固定在拱肋上的上耳板，中间吊杆顶端同轴安装有
叉耳，叉耳与上耳板之间彼此插接并通过上销轴铰接彼此。
9.优选的，中间吊杆的杆身处设置刻度。
10.优选的，索力传感器为磁通量传感器。
11.优选的，索力控制方法，该索力控制方法应用所述的一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：进行中间吊杆的维护时，通过旋紧紧固螺母的方法来调整索力，紧固螺母的需旋转周数通过以下公式计算：
[0012][0013]
式中：
[0014]
n为紧固螺母的需旋转周数；
[0015]
f为索力调整值，由中间吊杆的额定索力值减去当前索力传感器的读数获得；
[0016]
l为中间吊杆的可用段长度；
[0017]
p为中间吊杆处外螺纹段的螺纹螺距；
[0018]
e为中间吊杆的弹性模量；
[0019]
s为中间吊杆的截面面积。
[0020]
本发明的有益效果在于：
[0021]
1)、抛弃了传统的吊杆直接对拉的操作方式，转而使用了一种便捷可拆装的吊杆结构，一方面，通过采用可拆装的中间吊杆，使用时，依靠吊钩与吊环的配合来保证其便捷可拆装性，并依托对称布局的下吊点来进一步优化吊杆承力结构。同时，解决了普通拱桥吊杆更换和维护较为繁琐的问题，可快速的进行中间吊杆的安装和更换，减小了拱桥维护对于城市交通的影响，降低了拱桥吊杆更换的成本，并适用于多种形式的拱桥。另一方面，在中间吊杆底端增设了紧固螺母与连接块的组合构造，连接块在形成前述吊环与吊钩的装配基体的同时，又依托紧固螺母和索力传感器的配合，实现中间吊杆处拉应力的实时补偿，预防拱桥吊杆的应力松弛问题，从而在提升中间吊杆更换便捷性的同时，亦能保证拱桥吊杆的正常使用寿命，使用灵活方便。
[0022]
2)、在上述结构的基础上，本发明进一步提出了一种索力的优化控制方法，其可以简单方便的实现索力的优化计算，更适合现场单人快速操作，门槛更低，并可有效确保乃至延长拱桥吊杆的使用年限，成效显著。
附图说明
[0023]
图1为本发明的立体结构示意图；
[0024]
图2和图3为本发明的两种实施例的结构侧视图；
[0025]
图4为本发明的正视图；
[0026]
图5为吊钩和吊环的脱锁状态图；
[0027]
图6为本发明的结构爆炸图。
[0028]
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
[0029]
10-上吊点；11-上耳板；12-上销轴；
[0030]
20-下吊点；21-吊环；22-下耳板；23-下拉杆；24-下销轴；
[0031]
30-中间吊杆； 31-外螺纹段； 32-刻度；
[0032]
40-连接块； 41-吊钩；
[0033]
51-紧固螺母；52-索力传感器。
具体实施方式
[0034]
为便于理解，此处结合图1-6，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
[0035]
本发明的具体实施例构造参照图1-6所示，包括中间吊杆30、下拉杆23、连接块40、索力传感器52、索力控制结构、上吊点10及下吊点20。在该实施例中，可以看成拱桥吊杆被一分为二，部分形成中间吊杆30，另一部分则由延长的下拉杆23来替代；工作时，核心承力及更换区域为中间吊杆30，可通过接触中间吊杆30与下拉杆23的连接处即可快速的完成中间吊杆30的更换。
[0036]
设计时，如图1所示的，中间吊杆30可采用环氧喷涂平行钢丝吊杆，吊杆钢护筒内设置减振装置，中间吊杆30采用双层hdpe护套，并采用pvf胶带防腐设计。中间吊杆30顶端布置上叉耳，并通过上销轴12与上吊点10处上耳板11进行连接。中间吊杆30底端为张拉端，底端设有外螺纹段31，并通过紧固螺母51与连接块40连接。配套的紧固螺母51的旋动，即可实现中间吊杆30的快速张拉。中间吊杆30的杆身中下段绘制有辅助用的刻度32，用于记录中间吊杆30的张拉情况，以加快中间吊杆30的更换效率。
[0037]
下拉杆23为钢构件，使用高强度钢制作，上端设有吊环21用于和连接块40处吊钩41固定，底端为叉耳式结构，也即底端设置下叉耳。下叉耳通过下销轴24与下吊点20处下耳板22进行连接。每套本发明，共有两根下拉杆23。
[0038]
连接块40为钢构件，使用高强度钢制作，中央开有圆形孔洞以供中间吊杆30穿过，侧边设有两个吊钩41，用于钩合下拉杆23，参照图1所示。
[0039]
所述索力传感器52可采用磁通量传感器，使用时安装于连接块40上方，用于对整个吊杆索力进行实时监测，并辅助相应控制装置完成索力控制和优化。索力控制结构则由紧固螺母51、外螺纹段31、连接块40等共同组成，通过调节紧固螺母51改变中间吊杆30索力。
[0040]
进一步的，参照图1-6所示的，上吊点10包括上耳板11、上垫板、上加劲肋等，通过焊接的形式固定于拱肋上。下吊点20包括下耳板22、下垫板、下加劲肋等，通过焊接的形式固定于桥面系钢梁上。如图2-3所示的，下吊点20可根据拱肋外倾或内倾加工为不同的倾斜角度，与中间吊杆30轴线保持一致。
[0041]
在上述结构的基础上，本发明的安装方法包括以下步骤：
[0042]
s1、在构件预制工厂或施工现场完成各吊点的安装，拱桥吊杆安装开始时，将所需零部件运至既定位置。
[0043]
s2、令下拉杆23的下叉耳穿过下吊点20，插入下销轴24。
[0044]
s3、令中间吊杆30处上叉耳穿过上吊点10，插入上销轴12；令连接件穿过中间吊杆30，旋上紧固螺母51完成初步固定。
[0045]
s4、调整紧固螺母51，使连接块40的吊钩41高度与下拉杆23处吊环21高度一致后，转动下拉杆23令吊钩41穿过吊环21，如图4-5所示。
[0046]
s5、进一步旋紧紧固螺母51，使连接块40上移，吊钩41钩紧下拉杆23。
[0047]
s6、可通过液压装置辅助，进一步旋紧紧固螺母51，完成拱桥吊杆的张拉。
[0048]
s7、记录张拉至预定值后的中间吊杆30处的刻度值，以便维护拱桥吊杆使用，结束拱桥吊杆的安装。
[0049]
中间吊杆30的更换流程则包括以下步骤：
[0050]
s1、旋松紧固螺母51，使连接块40下降，调整连接块40的高度，令吊钩41与下拉杆23处吊环21齐平。
[0051]
s2、转动下拉杆23，令吊钩41穿过吊环21，完成中间吊杆30和下拉杆23的脱离，如图5所示。
[0052]
s3、将连接件从原有中间吊杆30上拆除后，再拆除中间吊杆30。
[0053]
s4、将新的中间吊杆30的上叉耳穿过上吊点10，插入上销轴12；令连接件穿过新的中间吊杆30，旋上紧固螺母51，完成初步固定。
[0054]
s5、调整紧固螺母51，使连接块40的吊钩41高度与下拉杆23处吊环21高度一致后，转动下拉杆23令吊钩41穿过吊环21。
[0055]
s6、进一步旋紧紧固螺母51，使连接块40上移，吊钩41拉紧下拉杆23。
[0056]
s7、可通过液压装置辅助，进一步旋紧紧固螺母51，完成拱桥吊杆的张拉，完成中间吊杆30的更换作业。
[0057]
而在上述安装之后，更换之前，可以通过多频次的维护操作，来实现中间吊杆30处拉应力的实时补偿，预防拱桥吊杆的应力松弛问题，从而保证拱桥吊杆的正常使用寿命，具体如下：
[0058]
进行中间吊杆30的维护时，通过旋紧紧固螺母51的方法来调整索力，紧固螺母51的需旋转周数通过以下公式计算：
[0059][0060]
式中：
[0061]
n为紧固螺母51的需旋转周数；
[0062]
f为索力调整值，由中间吊杆30的额定索力值减去当前索力传感器52的读数获得；
[0063]
l为中间吊杆30的可用段长度；中间吊杆30的可用段，也即顶端至紧固螺母51之间的一段中间吊杆30的杆身长度，也即实际工作时的中间吊杆30的承拉段长度。
[0064]
p为中间吊杆30处外螺纹段31的螺纹螺距；
[0065]
e为中间吊杆30的弹性模量；
[0066]
s为中间吊杆30的截面面积。
[0067]
至此，本发明产生的技术优势如下：
[0068]
a.本发明提出的一种易于更换的吊杆结构，结构简单，安装与更换方便，不仅降低了拱桥吊杆的安装难度，可以实现中间吊杆30的快速更换，可有效缩短拱桥吊杆更换所需的时间和人工、设备数量，降低拱桥吊杆更换对城市交通的影响，并降低拱桥吊杆更换的施工成本。
[0069]
b.本发明提出的吊杆结构简单、布置灵活、安全可靠，其安装与维护方法易于操作，可以根据拱肋截面变化形式灵活安装，广泛适用于多种异形拱桥结构，降低了异形拱桥吊杆的安装与更换难度，降低了异形拱桥吊杆安装和更换对场地及设备的要求，有助于解
决异形拱桥吊杆更换困难、更换成本高的问题，缩小了异形拱桥吊杆更换时的施工风险，扩大了此类拱桥的适用范围。
[0070]
c.本发明提供的吊杆安装方法操作简便，对安装空间的要求较低，利于在异形拱桥的复杂结构体系中开展安装工作，安装所需人工及设备较少，安装成本较低。
[0071]
d.本发明采用新型的pvf胶带防腐设计，可有效防止雨水等渗入到pe套管内，同时隔离臭氧及紫外线等对hdpe的侵蚀，从而减轻拱桥吊杆在高应力和振动工况下受臭氧、雨水、酸碱及紫外线影响hdpe外护套管产生应力开裂的问题，进而大幅度提升拱桥吊杆的耐久性，延长拱桥吊杆的使用寿命。
[0072]
e.本发明提出的索力控制结构可配合磁通量索力传感器52，在拱桥使用过程中对索力进行实时监控，在索力下降时及时进行索力补偿；本发明提出的索力控制结构操作简便，调整索力时无需拆除拱桥结构，无需搭设临时结构，不影响拱桥的正常使用；本发明可简便实现拱桥的索力控制，有效延长拱桥吊杆的使用寿命，降低拱桥维护的成本。
[0073]
f.本发明结构简单美观，造型独特，除上述功能性优点外，亦可作为装饰物增加拱桥的美观度和独特性，拓宽了钢拱桥的应用场景，成效显著。
[0074]
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0075]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0076]
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

技术特征：
1.一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：包括用于固定在拱肋上的上吊点(10)以及固定于桥面系钢梁上的下吊点(20)，中间吊杆(30)的顶端铰接于上吊点(10)处，中间吊杆(30)的底端套设有连接块(40)，连接块(40)的两侧对称设置吊钩(41)，从而分别与下吊点(20)处两组对称设置的吊环(21)间形成钩合配合，进而限制连接块(40)相对下吊点(20)作上行动作；中间吊杆(30)的伸出连接块(40)的一段杆身设置外螺纹段(31)，且外螺纹段(31)处螺纹配合有紧固螺母(51)，从而限制中间吊杆(30)相对连接块(40)作上行动作；中间吊杆(30)上还布置有用于在线测试中间吊杆(30)的索力的索力传感器(52)。2.根据权利要求1所述的一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：所述下吊点(20)包括直接固定在桥面系钢梁上的下耳板(22)，下拉杆(23)的底部铰接在下耳板(22)上，下拉杆(23)的顶部布置所述吊环(21)；所述下拉杆(23)为两根且沿中间吊杆(30)的轴线轴对称设置。3.根据权利要求2所述的一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：所述下耳板(22)包括底板以及布置于底板上的竖板，竖板与底板之间彼此相交；竖板构成用于铰接下拉杆(23)的铰接板且两者间通过下销轴(24)彼此铰接。4.根据权利要求2或3所述的一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：所述上吊点(10)包括直接固定在拱肋上的上耳板(11)，中间吊杆(30)顶端同轴安装有叉耳，叉耳与上耳板(11)之间彼此插接并通过上销轴(12)铰接彼此。5.根据权利要求1或2或3所述的一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：中间吊杆(30)的杆身处设置刻度(32)。6.根据权利要求1或2或3所述的一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：索力传感器(52)为磁通量传感器。7.索力控制方法，该索力控制方法应用如权利要求1所述的一种自更换式拱桥吊杆，其特征在于：进行中间吊杆(30)的维护时，通过旋紧紧固螺母(51)的方法来调整索力，紧固螺母(51)的需旋转周数通过以下公式计算：式中：n为紧固螺母(51)的需旋转周数；f为索力调整值，由中间吊杆(30)的额定索力值减去当前索力传感器(52)的读数获得；l为中间吊杆(30)的可用段长度；p为中间吊杆(30)处外螺纹段(31)的螺纹螺距；e为中间吊杆(30)的弹性模量；s为中间吊杆(30)的截面面积。

技术总结
本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种自更换式拱桥吊杆及索力控制方法。本发明的自更换式拱桥吊杆包括上吊点以及下吊点，中间吊杆的顶端铰接于上吊点处，中间吊杆的底端套设有连接块，连接块的两侧对称设置吊钩，从而分别与下吊点处两组对称设置的吊环间形成钩合配合；中间吊杆的伸出连接块的一段杆身设置外螺纹段，且外螺纹段处螺纹配合有紧固螺母；中间吊杆上还布置有用于在线测试中间吊杆的索力的索力传感器；其优化了拱桥吊杆的承力结构，并可实现拱桥吊杆在使用过程中的在线索力调节功能，从而在提升吊杆更换便捷性的同时，亦能保证拱桥吊杆的正常使用寿命，使用灵活方便。便。便。


技术研发人员：储根法 宣菲 魏世军 王静峰 沈奇罕 梁苡铭 谢浩 李贝贝 刘用
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/20