專利名稱：：用于橋梁拉索的破損安全方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于橋梁拉索工程的安全
技術領域：
。具體涉及一種用于橋梁拉索的破損安全方法。
背景技術：
：在我國，帶吊桿、系桿和斜拉索的拱橋，估計逾千座以上，今后還將繼續(xù)增加，其中大多為大橋或特大橋。在橋梁的服役期內，統(tǒng)稱為拉索的吊桿、系桿和斜拉索等受力的關鍵部件將會多次破斷或拆換[唐寰澄橋梁拉索隱患剖析，《橋梁》，2005/5期]。雖然，現(xiàn)對拉索已普遍釆用的健康檢測與診斷技術，并實行"二年一檢測，十年一拆換"的安全保障措施，但由于橋梁載荷的隨機性和檢測的局限性，拉索的壽命預測為'不確定的統(tǒng)計量'[周傳月等.MSC.Fatigus疲勞分析應用與實例.pp.49]。因此拉索何時破斷并無法準確確定，哪怕準確到年的事例都沒有，以致因拉索驟然破斷帶來的垮橋風險不能排除，如美國明尼阿波利斯市密西西比河大橋，經明尼蘇達大學土木工程系等，基于健康監(jiān)測和檢測，不只一次地評估預測得出結論近期不必因疲勞問題而提前對大橋進行更換。于是，更換工程被安排到了2020年。然而，大橋卻提前于2007年8月1日，在只有半幅通車的情況下，驟然垮塌了[張啟偉.'屢檢屢過'的大橋坍塌背后.科學時報.2007.8.24]。這無疑對橋梁拉索健康監(jiān)測和診斷技術的可靠性，提出了尖銳質疑(雖然該橋為桿系桁架結構，但其拉桿與本發(fā)明之拉索在工作行為、疲勞失效上屬于同一類問題，故具有參照性)。其次對橋梁拉索進行拆換的費用很高，德國漢堡KohlbrandEstuary橋拉索拆換一次的費用為橋梁總造價的4倍[王文濤.斜拉橋換學工程.前言];中國四川成渝公路內江新龍坳橋換索費用為全橋當年總造價的1.2倍；四川宜賓小南門橋斷索毀橋后，拉索拆換及橋梁修復的費用為全橋當年總造價的1.5倍以上。統(tǒng)計表明，拉索驟斷損毀橋梁的修復費用，將是全橋當年總造價的14倍；橋梁拉索拆換一次的費用，與當年同一橋梁的總造價相當為當年拉索造價的6~10倍。如果十年一拆換，在橋梁全壽命周期(若為100年)內，拉索的服役成本(造價)，也是十分令人驚訝的！3由此可見，"二年一檢測，十年一拆換"的安全保障措施，并未排除在此十年的拆換周期內，拉索驟斷毀橋的風險?？疾楹娇?、石油等領域，一般不依賴壽命預測及健康監(jiān)控作為安全控制的手段，而是基于斷裂力學的破損安全理論，從結構破損的角度去研究安全(設計)方法來作為結構安全控制的技術措施。由此，綜觀國內外現(xiàn)行橋梁拉索的結構發(fā)現(xiàn)，在一個力的支承點處，拉索多是基于單路傳力和全截面應力相等的原則設計的，這種結構設計無疑會導致只要拉索有部分鋼絲開始斷裂，其余部分就會很快破斷的后果。一旦鋼絲開始斷裂的現(xiàn)象未能觀察到并及時更換拉索，必將隨之擴展至其他拉索，最終使橋梁受損乃至垮塌。為了解決拉索結構設計不合理所帶來的驟斷毀橋問題，中國專利ZL200520034394.9公開了一種用于橋梁吊桿和拉索的破斷預警及在線拆換裝置。該裝置的技術特征是拉索由兩根成品拉索組成的，其中一根為承載索，另一根為安全索；承載索受力，安全索不承載；承載索破斷后，安全索即受力，這一方面避免橋梁受損或垮塌，另一方面可在線更換承載索。但該裝置只適用于具有多根拉索的系統(tǒng)，且拉索數(shù)量增多，既要對整個橋梁的美觀產生影響，也不便于對現(xiàn)有橋梁進行修復和改造。針對上述裝置存在的缺陷，專利ZL200720081631.6公開了一種破損安全拉索，該拉索將組成拉索的鋼絲(或絞線)分為外層的承載(絲束)部份和中心的不受力(安全索)部份，當外層受力鋼絲(或絞線)承載破斷示警，中心部分鋼絲(或絞線)頂替承載。由于拉索整體不致同時破斷，因而避免了橋梁受損或垮塌。但其只適用于單根拉索(或吊桿)的情況。雖然這兩種結構設計都體現(xiàn)了破損安全思想的核心"以應力差，實現(xiàn)壽命差"，但其一，具體實現(xiàn)的相關參數(shù)、工藝方案等均未定量確定；其二，二者都需要有聯(lián)結器或聯(lián)結體作為中間過渡來實現(xiàn)，結構較為復雜，同時增加了用材和費用。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的針對已有技術存在的問題，提供一種用于橋梁拉索的破損安全方法。本發(fā)明提供的用于橋梁拉索的破損安全方法，是應用破損安全準則，在適用現(xiàn)行橋梁規(guī)范的前提下研發(fā)的，其特征在于該方法是通過對現(xiàn)行成品拉索，在施工或加工時，采用對索端張拉或取定索長的方式，將橋梁上每一根拉索中的部分絲束F或每個雙吊桿中的一根桿F的張拉應力大于其另一部分絲束S或另一根桿S的張拉應力，二者之間的應力比為2.142.51。應用該方法，對于單根拉索而言就可實現(xiàn)"斷絲(束)不斷索"，對于雙吊桿而言，就可實現(xiàn)"斷索不毀橋"，這樣就可排除拉索驟斷毀橋的風險。應用該方法，即可省略已有技術使用的中間過渡構件——聯(lián)結器或聯(lián)結體，直接在現(xiàn)行常規(guī)成品拉索的基礎上，通過加工時對單根拉索部分絲束索端張拉的應力不同或取定的索長不同的方式來實現(xiàn)，或在施工時對雙吊桿的不同拉索的索端張拉的應力不同或取定的索長不同方式來實現(xiàn)。同時也可將該方法應用于上述已有技術的多根拉索系統(tǒng)和單根拉索(或吊桿)的情況。本發(fā)明還從安全角度出發(fā)，對橋梁在正常服役狀態(tài)下，將F絲束或桿的最小強度安全系數(shù)取為2.52;S絲束或桿的最小強度安全系數(shù)取為5.78。其目的在于使拉索或雙吊桿既具有破損安全功能，同時也滿足相應橋梁規(guī)范的要求。仍然基于上述目的，本發(fā)明方法將應力大的F絲束或桿的破斷瞬時的沖擊系數(shù)在1.641.98中取定；將在F絲束或桿破斷瞬時的S絲束或桿的最小安全系數(shù)取定為1.924;將在F絲束或桿破斷后的既存S絲束或桿的最小安全系數(shù)定為2.98。本發(fā)明與已有技術相比，具有以下優(yōu)點-1、由于本發(fā)明方法將現(xiàn)行拉索或拉索系統(tǒng)(雙吊桿)分解為應力水平不同的F和S二部分，因二者應力不同會先后破斷應力水平高的F先斷即示警，未斷者S尚存安全，進而可安全拆換修復，避免毀橋。2、由于本發(fā)明從現(xiàn)行橋梁規(guī)范及破損安全要求出發(fā)，不僅給出了相關參數(shù)，而且給出的相關參數(shù)中也盡可能地考慮各種因素影響，因而使"以應力差，實現(xiàn)壽命差"的破損安全準則與規(guī)范相協(xié)調，不僅具有了現(xiàn)實的可操作性，可直接投入工程應用，而且安全系數(shù)高，可排除拉索驟斷毀橋的風險。3、由于用本發(fā)明方法所確定的橋梁破損安全拉索(FailuerSafetyCable以下簡稱FSC)或雙吊桿系統(tǒng)，與傳統(tǒng)拉索或系統(tǒng)的用材量相同，費用相近(相差在正負10%以內)，因而實現(xiàn)了無代價地增加了斷索(束或桿)不毀橋的功能。4、應用本發(fā)明方法可以做到拉索安全拆換、損一換一，不必一換全換，因而不僅使拉索一次拆換的費用、以及在橋梁全壽命周期內拉索的總費用，均遠低于現(xiàn)行方法的拉索費用，而且可摒棄"二年一檢測，十年一拆換"的繁雜且存在驟斷憂慮的維護方法。5、本發(fā)明方法適用面廣，不僅可用于現(xiàn)行拉索或拉索系統(tǒng)，也可用于具有中間過渡媒介——聯(lián)結器或聯(lián)結體的已有的多根拉索系統(tǒng)和單根拉索(或吊桿)系統(tǒng)。圖1為已有技術雙吊桿通常的錨固方式，即二根吊桿取都為固定端或都為張拉端錨固；圖2為本發(fā)明所用的錨固方式，即二吊桿中有一桿為可張拉端錨固，即圖中的K處。具體實施例方式下面結合附圖給出實施例以對本發(fā)明作出進一步說明，但所給出的實施例不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，因而本專業(yè)的技術人員根據上述本發(fā)明的內容和設計思想所作出的非本質的改進和調整也應屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例1將某拱橋原雙吊桿系統(tǒng)，利用拆換的機會，以本發(fā)明設計的破損安全雙吊桿系統(tǒng)來替換現(xiàn)行的桿系統(tǒng)，使之具有斷索不毀橋的功能。原吊桿拉索的設計內力為879kN，二吊桿分別為S,、S2桿，均為61①7的平行鋼絲構成，截面面積為2348mm2,營運時的安全系數(shù)為4.46,采用圖2所示錨固方案，吊桿兩端為冷鑄鐓頭錨?，F(xiàn)釆用發(fā)明方法，圖3所示的左側取為F桿，用36①7平行鋼絲束，截面面積為1386mm2,而右側S桿用8507平行鋼絲束，截面面積為3271mm2;通過圖3所示的S桿下端K處可張拉端進行索長或應力調整，使F桿與S桿二者內力達到設定的比例，本實施例取為l，則應力比即為二桿的面積比2.36。這樣營運時F桿的強度安全系數(shù)為2.63，S桿的強度安全系數(shù)為6.21。當F破斷瞬時的沖擊系數(shù)取為2.0時，S桿的安全系數(shù)實現(xiàn)2.07。F桿破斷后，既存的S桿的安全系數(shù)實現(xiàn)3.11。如表1所示。這樣就可保證S桿及橋跨結構始終處于安全狀態(tài)。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2本實施例直接用FSC對原有單吊桿進行破損安全替換改造，使之具有斷絲不斷索的功能。原吊桿設計為8507平行鋼絲，截面面積為3271mm2，冷鑄鐓頭錨錨固。營運時的安全系數(shù)為4.28?，F(xiàn)利用本發(fā)明方法，取全吊桿為22-7①5鋼絞線成品索。取其中7-70>5鋼絞線為F束，在吊桿的外層，截面面積為980mm2;S束為15-7①5鋼絞線，在吊桿的中部，截面面積為2100mm2。通過桿端張拉或索長，使F束與S束二者內力達到設定的比例，本實施例取為l，這時應力比即為二束的面積比2.14。這樣營運時F束的強度安全系數(shù)為2.63。S束的強度安全系數(shù)為6.21。F束破斷瞬時的沖擊系數(shù)取為2.00。在F束破斷瞬時S束的安全系數(shù)實現(xiàn)為2.07。當F束破斷后，既存S束的安全系數(shù)實現(xiàn)為3.11。如表2所示。這樣就可保證吊桿及橋跨結構始終處于安全狀態(tài)。表2序拉索功拉索截面截面各工況安全系數(shù)說明類型能內力型式面積運營斷索斷后ti較原設計用材少s.1FSCF束6387-7$5980W["2.86"'002<1.923.2S束細15-70'12100'16.12'!12.04("3.061"(31<2.5.實施例的進一步說明1.現(xiàn)行拱橋吊桿設計的最小安全系數(shù)，多取為4.0以上?？晒﹨⒖嫉囊罁?懸索橋的吊桿、鋼絲繩規(guī)范、以及日本鋼拱橋文獻等分別為4.00和4.50i2.示例均以實橋為背景。3.本發(fā)明方法的吊桿用材數(shù)量與傳統(tǒng)拉索或系統(tǒng)相近，省略了鋼拉桿、球面聯(lián)結副(占索具費用30%以上)等，因而造價不比傳統(tǒng)拉索高。權利要求1、用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法是通過拉索的索端張拉或取定索長的方式，將每一根拉索中的部分絲束F或每個雙吊桿中的一根桿F的張拉應力，大于其另一部分絲束S或另一根桿S的張拉應力，并使二者之間的應力比為2.14～2.51。2、根據權利要求1所述的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法對橋梁在正常服役狀態(tài)下，將F絲束或桿的最小強度安全系數(shù)取為2.52，S絲束或桿的最小強度安全系數(shù)為5.78。3、根據權利要求1或2所述的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法中的F絲束或桿的破斷瞬時的沖擊系數(shù)為1.641.98。4、根據權利要求1或2所述的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法中在F絲束或桿破斷瞬時的S絲束或桿的最小安全系數(shù)為1.924。5、根據權利要求3所述的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法中在F絲束或桿破斷瞬時的S絲束或桿的最小安全系數(shù)為1.924。6、根據權利要求1或2所述的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法中在F絲束或桿破斷后的既存S絲束或桿的最小安全系數(shù)設計為2.89。7、根據權利要求3所述的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法中在F絲束或桿破斷后的既存S絲束或桿的最小安全系數(shù)設計為2.98。8、根據權利要求5所述的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法中在F絲束或桿破斷后的既存S絲束或桿的最小安全系數(shù)設計為2.98。全文摘要本發(fā)明公開的用于橋梁拉索的破損安全方法，其特征在于該方法是通過拉索的索端張拉或取定索長的方式，將每一根拉索中的部分絲束F或每個雙吊桿中的一根桿F的張拉應力，大于其另一部分絲束S或另一根桿S的張拉應力，并使二者之間的應力比為2.14～2.51。由于本發(fā)明方法將現(xiàn)行拉索或拉索系統(tǒng)(雙吊桿)分解為應力水平不同的F和S二部分，因二者應力不同會先后破斷應力水平高的F先斷即示警，未斷者S尚存安全，進而可安全拆換修復，避免毀橋。本發(fā)明方法適用面廣，不僅可用于現(xiàn)行拉索或拉索系統(tǒng)，也可用于具有中間過渡媒介——聯(lián)結器或聯(lián)結體的已有的多根拉索系統(tǒng)和單根拉索(或吊桿)系統(tǒng)。文檔編號E01D21/00GK101446070SQ20081014810公開日2009年6月3日申請日期2008年12月30日優(yōu)先權日2008年12月30日發(fā)明者姜瑞娟,湯國棟,陳宜言申請人:陳宜言;湯國棟;姜瑞娟