一种工字形钢-混凝土组合梁次应力调整装置及其调整方法与流程

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种工字形钢-混凝土组合梁次应力调整装置及调整方法。

背景技术：

将钢筋混凝土桥面板和钢梁通过剪力键共同作用形成的“组合梁”概念起源于20世纪30年代的德国，并在60年代欧美交通建设的高潮中得到广泛的应用。到20世纪90年代，梁式组合桥梁在欧洲各国和日本迅速推广，已成为大跨度梁式桥的主流桥型。

进入21世纪，我国在组合结构桥梁设计理论、界面连接器构造形式，以及施工工艺等方面又有了许多创新和发展，使得组合结构桥梁得到广泛的应用。

组合结构桥梁主要形式有：组合钢板梁、组合钢箱梁、组合钢桁梁、波折腹板组合梁等。钢-混凝土组合梁是常见的组合钢板梁桥，它由钢主梁、混凝土桥面板、剪力钉组成，其中钢主梁由两片工字形主梁、跨中小横梁、支点大横梁、挑臂横梁组成，钢主梁通过剪力钉与混凝土桥面板连成一体，形成组合结构。

该组合梁施工采用钢主梁工厂室内制作，现场全焊方式连接；桥面板采用工厂预制，现场浇筑湿接缝混凝土或者采用现场全截面现浇混凝土桥面。由于钢主梁全部采用工字形开口截面，具有构造简单、技术经济指标先进、施工及运营养护方便等优点。

该组合梁为开口截面，钢结构安装期间，由于尚未与混凝土形成组合结构，结构刚度较弱，再加上施工期间制造及安装精度误差、临时支架沉降等影响，容易导致钢梁产生次应力，进而影响结构内力状态。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种工字形钢-混凝土组合梁次应力调整装置，可以有效调整钢结构的次应力，改善结构受力状态，增强混凝土桥面板的抗裂性能，提高结构使用寿命。

本发明的实现由以下技术方案完成：一种工字形钢-混凝土组合梁次应力调整系统，其特征在于所述的工字形钢-混凝土组合梁包括顺桥向设置的两道工字形钢主梁，位于所述工字型钢主梁上方的混凝土桥面板，所述两道工字形截面纵梁之间的支点位置设置有支点大横梁，所述两道工字形截面纵梁之间的跨中位置设置有若干道跨中小横梁，两道工字形截面纵梁的两侧分别设置有挑臂横梁，所述工字形钢-混凝土组合梁底部支点位置设置有桥墩盖梁，所述桥墩盖梁两侧与工字型钢主梁对应的位置设置有支座，所述工字形钢主梁架设于桥墩盖梁顶部的支座上，所述的次应力调整系统包括设于各个支点大横梁的顶升装置、位移控制装置，以及设置在支座和工字形钢主梁之间的标高调整装置。

进一步地，所述的顶升装置采用高精度数字式千斤顶，精度等级不低于0.4级。

进一步地，所述的位移控制装置采用位移计，精度等级不低于0.01mm。

进一步地，所述的标高调整装置采用不同规格的钢垫板，各规格厚度级差为2-5mm，钢垫板表面整体铣平，按磨光顶紧要求100%检查，用0.2mm塞尺，接触面不得小于80%。

本发明提出了一种工字形钢-混凝土组合梁次应力调整方法，可以有效调整钢结构的次应力，改善结构受力状态，增强混凝土桥面板的抗裂性能，提高结构使用寿命。

本发明的实现由以下技术方案完成：

一种工字形钢-混凝土组合梁次应力调整方法，其特征在于所述的工字形钢-混凝土组合梁包括顺桥向设置的两道工字形钢主梁，位于所述工字型钢主梁上方的混凝土桥面板。所述两道工字形截面纵梁之间的支点位置设置有支点大横梁，跨中位置设置有若干道跨中小横梁，两侧分别设置有挑臂横梁。所述工字形钢-混凝土组合梁底部支点位置设置有桥墩盖梁，所述桥墩盖梁两侧与工字型钢主梁对应的位置设置有支座，全联共有n个桥墩盖梁，2n个支座，其特征在于在所述的次应力调整方法包括以下步骤：

a、根据钢主梁出厂实际重量，建立计算模型，得到钢主梁2n个支座支反力理论值r1~r2n；

b、钢主梁安装完毕后，在每个支点大横梁的横梁加劲位置，设置2个千斤顶，共计2n个千斤顶；

c、同步顶升所述2n个千斤顶，直至钢主梁的所有支座全部脱空，读出每个千斤顶反力作为钢主梁2n个支座支反力实测值r^'1~r^'2n，得到每一个支座的支反力差值δr1~δr2n；

d、在步骤c的基础上，依次分别顶升1个千斤顶，顶升高度10~15mm，分别读出每个千斤顶的支反力增量k11、k12、……、k2n2n，形成2n×2n阶的支反力影响矩阵[k]；

e、根据支反力理论值r1~r2n和实测值r^'1~r^'2n，以及基于实测的支反力影响矩阵[k]，根据公式{δi}=[k]^-1{δri}=[k]^-1{ri-r^'i}，其中i=1，2……2n，计算得到每个支座的标高调整量δ1~δ2n。

f、根据计算需要分别在各个支座位置将梁体顶升并增设钢垫板，安装并焊接钢垫板；

g、回落千斤顶，主梁与支座焊接；

h、撤除千斤顶，完成钢梁次应力调整。

进一步地，所述支点大横梁侧面设置若干道加劲，每一支点大横梁设置有两个千斤顶，所述两个千斤顶对称设置于桥梁中心线的两侧，且位于大横梁加劲的下方。

进一步地，桥墩盖梁上设置支座垫石，以及位于支座垫石上的支座下垫板，工字型主梁的底部设支座上垫板，支座底面焊接在支座下垫板上，调整次应力用的增设的钢垫板设置在支座与支座上垫板之间，分别与支座上垫板和支座顶面焊接。

进一步地，所述钢垫板由若干个不同厚度的规格组成，每个规格厚度级差为2-5mm。

进一步地，所述钢垫板表面整体铣平，与支座垫板及支座接触的承压面按磨光顶紧要求100%检查，用0.2mm塞尺，接触面不得小于80%。

进一步地，增设的钢垫板总厚度控制在10-20mm。

进一步地，支座位置标高调整后，通过局部调整铺装厚度、调整纵断面线形等手段对结构线形进行修正，以满足相邻组合梁线形的衔接。

本发明借助千斤顶等顶升设备，通过在支座位置填塞钢板的方法调整支点标高，实现支反力的重分配，进而优化结构内力，减小次应力对结构的不利影响。

本发明的优点是：通过较为简单的技术手段，可以有效调整钢梁的次应力，改善结构受力状态，增强混凝土桥面板的抗裂性能，提高结构使用寿命。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为钢-混凝土组合梁总体立面图；

图2为钢-混凝土组合梁总体平面图；

图3为图1中a-a断面——跨中无横梁位置标准横断面；

图4为图1中b-b断面——跨中小横梁位置标准横断面；

图5为图1中c-c断面——支点大横梁位置横断面；

图6为钢-混凝土组合梁支反力实测示意图；

图7为钢-混凝土组合梁支座标高调整示意图；

图8为图7中的d处即支座位置填塞钢板及安装大样。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1~图8，图中标记1-16分别为：1——工字形主梁、2——小横梁、3——大横梁、4——横梁加劲、5——挑臂横梁、6——混凝土桥面板、7——剪力钉、8——防撞护栏、9——桥墩盖梁、10——支座、11——支座垫石、12——支座下垫板、13——支座上垫板、14——钢垫板、15——千斤顶。

实施例：

图1~4为三跨连续组合梁总体立面图、平面图、横断面图，该组合梁由钢主梁、混凝土桥面板6、剪力钉7组成，其中钢主梁由两道工字形主梁1、跨中小横梁2、支点大横梁3、挑臂横梁5组成，钢主梁通过剪力钉7与混凝土桥面板6连成一体，形成组合结构。

该组合梁的钢主梁采用工厂室内制作，现场全焊方式连接。由于钢主梁采用工字形开口截面，钢结构安装期间，由于尚未与混凝土形成组合结构，结构刚度较弱，再加上施工期间安装精度误差、支架差异沉降等边界条件影响，容易导致钢梁产生次应力，进而影响结构内力状态。因此，基于钢梁安装完成后的实测反力为基础进行次应力调整方法如下：

a、根据钢主梁出厂实际重量，建立计算模型，得到钢主梁2n个支座支反力理论值r1~r2n；

b、钢主梁安装完毕后，在每个支点大横梁的横梁加劲位置，设置2个千斤顶，共计2n个千斤顶；

c、同步顶升所述2n个千斤顶，直至钢主梁的所有支座全部脱空，读出每个千斤顶反力作为钢主梁2n个支座支反力实测值r^'1~r^'2n，得到每一个支座的支反力差值δr1~δr2n；

d、在步骤c的基础上，依次分别顶升1个千斤顶，顶升高度10~15mm，分别读出每个千斤顶的支反力增量k11、k12、……、k2n2n，形成2n×2n阶的支反力影响矩阵[k]；

e、根据支反力理论值r1~r2n和实测值r^'1~r^'2n，以及基于实测的支反力影响矩阵[k]，根据公式{δi}=[k]^-1{δri}=[k]^-1{ri-r^'i}，其中i=1，2……2n，计算得到每个支座的标高调整量δ1~δ2n；

f、根据计算需要分别在各个支座位置将梁体顶升并增设钢垫板，按照图8要求安装并焊接钢垫板；

g、回落千斤顶，主梁与支座焊接；

h、撤除千斤顶，完成钢梁次应力调整。

次应力调整原则及注意事项：

1、增设的钢垫板总厚度控制在10-20mm为宜。

2、钢垫板提前制备完成，由若干个不同厚度的规格组成，以2-5mm为级差。

3、钢垫板表面整体铣平，与支座垫板及支座接触的承压面按磨光顶紧要求100%检查，用0.2mm塞尺，接触面不得小于80%。

4、支座位置标高调整后，通过局部调整铺装厚度、调整纵断面线形等手段对结构线形进行修正，以满足相邻组合梁线形的衔接。

如图所示，支座位置安装并焊接钢垫板的结构如下，桥墩盖梁9上设置支座垫石11，以及位于支座垫石11上的支座下垫板12，支座10焊接在支座下垫板12上，工字型主梁1的底部设支座上垫板13，在支座10和支座上垫板13之间增设调整标高用的钢垫板14，分别与支座上垫板13和支座10焊接。

本发明通过较为简单的技术手段——千斤顶和钢板，完成了复杂的钢结构次应力调整工作，改善结构受力状态，提高了钢结构的使用寿命。