[发明专利]用于桥梁拉索的破损安全方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁拉索工程的安全技术领域。具体涉及一种用于桥梁拉索的破损安全方法。

背景技术

在我国，带吊杆、系杆和斜拉索的拱桥，估计逾千座以上，今后还将继续增加，其中大多为大桥或特大桥。在桥梁的服役期内，统称为拉索的吊杆、系杆和斜拉索等受力的关键部件将会多次破断或拆换[唐寰澄：桥梁拉索隐患剖析，《桥梁》，2005/5期]。虽然，现对拉索已普遍采用的健康检测与诊断技术，并实行“二年一检测，十年一拆换”的安全保障措施，但由于桥梁载荷的随机性和检测的局限性，拉索的寿命预测为‘不确定的统计量’[周传月等.MSC.Fatigus疲劳分析应用与实例.pp.49]。因此拉索何时破断并无法准确确定，哪怕准确到年的事例都没有，以致因拉索骤然破断带来的垮桥风险不能排除，如美国明尼阿波利斯市密西西比河大桥，经明尼苏达大学土木工程系等，基于健康监测和检测，不只一次地评估预测得出结论：近期不必因疲劳问题而提前对大桥进行更换。于是，更换工程被安排到了2020年。然而，大桥却提前于2007年8月1日，在只有半幅通车的情况下，骤然垮塌了[张启伟.‘屡检屡过’的大桥坍塌背后.科学时报.2007.8.24]。这无疑对桥梁拉索健康监测和诊断技术的可靠性，提出了尖锐质疑(虽然该桥为杆系桁架结构，但其拉杆与本发明之拉索在工作行为、疲劳失效上属于同一类问题，故具有参照性)。

其次对桥梁拉索进行拆换的费用很高，德国汉堡Kohlbrand Estuary桥拉索拆换一次的费用为桥梁总造价的4倍[王文涛.斜拉桥换学工程.前言]；中国四川成渝公路内江新龙坳桥换索费用为全桥当年总造价的1.2倍；四川宜宾小南门桥断索毁桥后，拉索拆换及桥梁修复的费用为全桥当年总造价的1.5倍以上。

统计表明，拉索骤断损毁桥梁的修复费用，将是全桥当年总造价的1～4倍；桥梁拉索拆换一次的费用，与当年同一桥梁的总造价相当；为当年拉索造价的6～10倍。如果十年一拆换，在桥梁全寿命周期(若为100年)内，拉索的服役成本(造价)，也是十分令人惊讶的！

由此可见，“二年一检测，十年一拆换”的安全保障措施，并未排除在此十年的拆换周期内，拉索骤断毁桥的风险。

考查航空、石油等领域，一般不依赖寿命预测及健康监控作为安全控制的手段，而是基于断裂力学的破损安全理论，从结构破损的角度去研究安全(设计)方法来作为结构安全控制的技术措施。

由此，综观国内外现行桥梁拉索的结构发现，在一个力的支承点处，拉索多是基于单路传力和全截面应力相等的原则设计的，这种结构设计无疑会导致只要拉索有部分钢丝开始断裂，其余部分就会很快破断的后果。一旦钢丝开始断裂的现象未能观察到并及时更换拉索，必将随之扩展至其他拉索，最终使桥梁受损乃至垮塌。

为了解决拉索结构设计不合理所带来的骤断毁桥问题，中国专利ZL200520034394.9公开了一种用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置。该装置的技术特征是：拉索由两根成品拉索组成的，其中一根为承载索，另一根为安全索；承载索受力，安全索不承载；承载索破断后，安全索即受力，这一方面避免桥梁受损或垮塌，另一方面可在线更换承载索。但该装置只适用于具有多根拉索的系统，且拉索数量增多，既要对整个桥梁的美观产生影响，也不便于对现有桥梁进行修复和改造。

针对上述装置存在的缺陷，专利ZL200720081631.6公开了一种破损安全拉索，该拉索将组成拉索的钢丝(或绞线)分为外层的承载(丝束)部份和中心的不受力(安全索)部份，当外层受力钢丝(或绞线)承载破断示警，中心部分钢丝(或绞线)顶替承载。由于拉索整体不致同时破断，因而避免了桥梁受损或垮塌。但其只适用于单根拉索(或吊杆)的情况。

虽然这两种结构设计都体现了破损安全思想的核心：“以应力差，实现寿命差”，但其一，具体实现的相关参数、工艺方案等均未定量确定；其二，二者都需要有联结器或联结体作为中间过渡来实现，结构较为复杂，同时增加了用材和费用。

发明内容

本发明的目的针对已有技术存在的问题，提供一种用于桥梁拉索的破损安全方法。

本发明提供的用于桥梁拉索的破损安全方法，是应用破损安全准则，在适用现行桥梁规范的前提下研发的，其特征在于该方法是通过对现行成品拉索，在施工或加工时，采用对索端张拉或取定索长的方式，将桥梁上每一根拉索中的部分丝束F或每个双吊杆中的一根杆F的张拉应力大于其另一部分丝束S或另一根杆S的张拉应力，二者之间的应力比为2.14～2.51。

应用该方法，对于单根拉索而言就可实现“断丝(束)不断索”，对于双吊杆而言，就可实现“断索不毁桥”，这样就可排除拉索骤断毁桥的风险。