[发明专利]悬链线拱拱脚增大截面加固施工中拱顶挠度控制方法

说明书

本发明公开了一种悬链线拱拱脚增大截面加固施工中拱顶挠度控制方法，根据设计图纸获得结构基本参数值，用悬索线近似替代悬链线，计算悬链线拱任意截面处作用单位力时拱顶截面的挠度，由施工方案确定的加固段长度和需浇筑混凝土的方量计算此时的拱顶挠度，并将现场实测拱顶挠度与计算确定的挠度进行比较；该法用于等截面悬链线无铰拱。相对于目前最为常用的有限元法，本发明可配合科学计算器在施工现场实时控制，具有操作简单和易于实现的优点，克服了现在普遍采用的有限元法所带来的计算时间长，无法直接获取参数影响规律等缺陷。同时，本发明中解析式直接反映出拱顶挠度值与结构各参数之间的力学关系，利于工程师对加固设计及施工方案的把握。

技术领域

本发明属于桥梁结构加固施工过程控制领域，尤其涉及一种悬链线拱拱脚增大截面加固施工中拱顶挠度控制方法。

背景技术

拱桥在我国具有悠久的历史，体现了我国桥梁的建造水平。拱既是结构也是建筑，深受人们喜爱。建国以来我国修建了数量众多的拱桥，然而，随着社会工业水平的提高，交通荷载的增大，以及受原设计标准低和桥梁材质状况的退化等因素影响，以前修建的很多拱桥已成为四类或五类桥，这些桥梁亟待维修加固或拆除重建。从经济效益角度分析，对于可改造的桥梁，采用维修加固的方法是较优选择。

根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)第15.13小节内容：“拱桥施工过程时应对其进行过程控制，应保证拱结构在施工工程中的稳定性、变形和内力始终处于安全范围内。对于大跨径拱桥，应按规范的规定进行施工过程控制；对于中、小跨径拱桥，可采取相对简便易行的方法进行施工控制”。拱桥的维修加固同样需满足该规范要求，特别是中、小跨径拱桥，研发一种简便易行的施工安全控制方法是非常具有工程实用价值的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单、易于实现的悬链线拱拱脚增大截面加固施工中拱顶挠度控制方法，用以保证拱桥在进行拱脚增大截面施工中的结构安全以及确定合理的加固施工方案。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

悬链线拱拱脚增大截面加固施工中拱顶挠度控制方法，根据设计图纸获得结构基本参数值，用悬索线近似替代悬链线，计算悬链线拱截面x处作用单位力时拱顶截面的挠度v(x)，由施工方案确定的加固段长度n和需浇筑混凝土的方量V计算此时的拱顶挠度，将现场实测拱顶挠度与计算确定的挠度进行比较；该法用于等截面悬链线无铰拱。

上述悬链线拱拱脚增大截面加固施工中拱顶挠度控制方法，包括以下步骤：

第一步，由设计图纸获得结构基本参数值，包括跨径l、矢高f、拱轴系数m、悬链线方程变量k、拱弹性模量E和拱截面抗弯惯性矩I；

第二步，以悬索线近似替代悬链线，利用二分法得到等效悬索线的拱形常数a；

第三步，以拱顶为原点(0，0)，沿着拱跨径方向为x轴，矢高方向为v轴建立坐标系，得到此坐标系下悬链线拱截面x处作用单位力时拱顶挠度v(x)；

第四步，当拱脚采用增大截面法加固施工时，由施工方案确定加固段长度n和需浇筑混凝土的方量V，确定此时拱顶的挠度h，V为两边混凝土浇筑的总方量，即在[-l/2，-l/2+n] 和[l/2-n，l/2]范围内作用竖向均布荷载γV/2n，γ为混凝土的容重；

第五步，经现场量测拱顶挠度，若实测挠度小于第四步中计算确定的挠度，则表明在拱脚浇筑混凝土过程中拱顶变形始终处于安全的可控状态，否则，处于不可控状态。

拱顶挠度v(x)按以下公式计算：

v(x)＝f(x)-k₁f₁(x)-k₂f₂(x)-k₃f₃(x)

式中：