14王来永 斜拉体系加固大跨径箱梁理论研究报告

2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.3主梁超限应力分布及拉索张拉应力控制的研究
通过对加固前后主梁各截面正应力和主压应力，加固后跨中截 面与墩顶截面上缘压应力和主压应力均增加比较多，应进行控制。 墩顶与跨中截面顶板中孔道面积及压浆质量对截面有一定削弱 ，在加固验算中这两处的截面上缘应力在可满足要求情况下，仍应 增加额外安全保证措施。
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
（2）模型试验使用阶段结果分析 2）跨中最大正弯矩工况加载位移结果
跨中最大弯矩工况加载 0.00 -10.00 -20.00 -30.00 -40.00 -50.00 -60.00 -70.00 -80.00 -90.00 1/2北 1/2南 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.2大跨预应力梁式桥斜拉加固布索方式优化研究
斜拉加固的拉索布置主要包括确定拉索根数和索力大小、拉索锚固 位置、索塔塔高等多个因素，其相互之间是有耦合关系。 优 化 方 法 采 用 多 岛 遗 传 算 法 (Multi-island algorithmMIGA)，开发了专用的优化软件。 genetic
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
2）拉索张拉过程中各截面测点主应力变化
主应力监测截面最大主拉应力变化值 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 截面3-3 截面4-4 截面5-5 截面6-6 截面7-7 塔2短索 塔2长索 塔1短索 塔1长索
依托工程实施及成效
1 国内外研究现状
采用斜拉体系加固大跨径预应力混凝土箱梁国内外进行了一定的研 究和探索 通过近年来的理论研究，认识到采用斜拉体系加固连续刚构桥主要 有以下特点： （1）斜拉加固体系对主梁的支撑作用明显，对于改善主梁结构 内力状态以及恢复中跨变形效果显著。 （2）有很多理论计算原理仍没有解决，尚缺乏深入研究。 （3）新增构件构造复杂，解决技术难度大。
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
（2）模型试验使用阶段结果分析 3）1/4截面最大剪应力工况加载结果
最大剪力工况加载测点挠度 2.00 1.00 0.00
5-5截面主应力及剪应力 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20 -0.40 -0.60 -0.80 -1.00 -1.20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2点主拉应力 2点主压
2.2大跨预应力梁式桥斜拉加固布索方式优化研究
主要是利用的优化方法即在曲 线拟合法下以最大主拉应力最小为 目标的优化。分别对一、两、三和 四根索进行了优化，不同拉索根数 的优化结果：
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2.2大跨预应力梁式桥斜拉加固布索方式优化研究
在不改变原桥荷载、拉索用量等条件的情况下拉索根数对桥梁 结构受力性能也有很大影响：根数越多全桥截面的最大主拉应力会 更小拉索索力更均匀平缓。 优化结果布索位置显示拉索均集中在1/3~1/4跨处。此外四 索情况与三索几乎完全一致，三根与二根索差别不大，就工程而言 可设2~3根。
-1.00
1
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ห้องสมุดไป่ตู้
10 11 12 13 14 15 16 17 18 1/2北 1/2南
-2.00 2点最大剪应力 -3.00 3点主拉应力 -4.00
3点主压应力 3点剪应力
-5.00 -6.00 -7.00 -8.00 -9.00
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
第五届国际桥梁养护与管理技术研讨会
斜拉体系加固大跨径箱梁桥 理论研究报告
报告人：王来永
汇报内容
1 1 2
国内外研究现状 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
3 4 5 6 7
斜拉体系加固大跨箱梁桥关键构造设计研究 斜拉体系加固大跨箱梁桥施工控制研究 斜拉体系加固大跨箱梁桥施工技术指南 攻克的关键技术及其技术要点
（1）模型试验施工阶段结果分析 1）拉索张拉过程中正应力变化情况理论计算与实测值对比
桥塔2短索张拉各截面顶板应力值 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 截面1-1 截面2-2 截面3-3 截面4-4 截面5-5 截面6-6 截面7-7 截面8-8 实测值 理论值
桥塔2长索张拉各截面顶板应力值 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 截面1-1 截面2-2 截面3-3 截面4-4 截面5-5 截面6-6 截面7-7 截面8-8 实测值 理论值
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2.2大跨预应力梁式桥斜拉加固布索方式优化研究
以最大主拉应力最 小为优化目标的结果：
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.2大跨预应力梁式桥斜拉加固布索方式优化研究
以最大主拉应力最小为优化目标的结果：
数据点插值法计算最大主拉应力与桥梁博士计算结果对比 0.1 -0.4 -0.9 -1.4 -1.9 -2.4 qb最大主拉, -2.21 cx 最大主拉, -2.236 单元号
3）拉索张拉过程中控制断面位移变化
桥塔2短索 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1/4北 1/4南
桥塔2短索 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1/2北 1/2南
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.1斜拉体系加固大跨径箱梁桥结构体系研究
（3）在整体升温作用下，塔墩固结体系下桥塔塔底最大弯矩远大于塔墩分 离体系桥塔最大弯矩。 经过分析以及结合连续梁桥和连续刚构桥的结合特点，对于连续 刚构桥宜采用分离式，对于连续梁桥可采用固结方式，但应结合桥梁实 际情况进行验算，选择适用的方式。
0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -2.00 -2.50 -3.00 -3.50 -4.00 -4.50 截面3-3
主应力监测截面最大主压应力变化值
塔2短索 塔2长索 塔1短索 塔1长索
截面4-4
截面5-5
截面6-6
截面7-7
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.3主梁超限应力分布及拉索张拉应力控制的研究
受各种因素影响准确模拟桥梁的实际受力状态及应力分布情 况非常困难。组合工况下，截面正应力及主应力的力值与控制值 进行对比，以确定实际的应力重点控制区域，并对该区域的应力 进行重点调控，分析拉索张拉对重点控制区域的应力影响。
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.5 斜拉索容许应力限值的研究
加固后斜拉索所起作用较新建矮塔斜拉桥更小，拉索内活载应力幅不 高于公路矮塔斜拉桥拉索活载应力幅，可采用公路矮塔斜拉桥拉索静力允 许应力值 [ R ] = ( 0.5～0.6) Rb。 由于新增索受原结构整体刚度影响较大，产生的附加荷载大，为安全 起见，斜拉体系加固时的拉索静力允许应力值可以采用公路矮塔斜拉桥拉 索允许应力值下限[R] = 0.5 Rb。 目前还缺乏长期实际工程资料，可在配套工程完工后通过健康监测数 据确定拉索实际活载应力幅值，以进一步验证合理的拉索允许应力值。
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.1 斜拉体系加固大跨径箱梁桥结构体系研究 2.2 大跨预应力梁式桥斜拉加固布索方式优化研究 2.3 主梁超限应力分布及拉索张拉应力控制的研究 2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究 2.5 斜拉索容许应力限值的研究
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2 斜拉体系加固大跨箱梁桥设计理论研究
2.3主梁超限应力分布及拉索张拉应力控制的研究
通过斜拉加固后，1/4截面处主拉应力均有改善，约减少1MPa。
组合2截面最大主拉应力 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 0 44 79 119 157 194 231 269 305 343 381 419 456 494 加固前 加固后 变化值
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
（2）模型试验使用阶段结果分析 1）跨中最大正弯矩加载工况应力结果
1-1截面 0.0 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 -7.0 -8.0 -9.0 -10.0 顶板1 顶板2 1级 2级 3级 4级 5级 6级 7级 8级 9级 10级 11级 12级 13级 卸载 归零
3 斜拉体系加固大跨箱梁桥关键构造设计研究
3.1 托梁构造方式研究 3.2 托梁与主梁传力构造研究 3.3 托梁与托架模型试验研究 3.4 主桥桥塔型式研究 3.5 滑动索鞍设计及模型试验研究 3.6 斜拉体系加固箱梁桥新旧基础构造方式的研究
3 斜拉体系加固大跨箱梁桥关键构造设计研究
3.1 托梁构造方式研究
2.1斜拉体系加固大跨径箱梁桥结构体系研究
新增桥塔与原结构之间主要为塔墩固结和塔墩分离的两种方式。
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2.1斜拉体系加固大跨径箱梁桥结构体系研究
通过对两种连接方式的计算分析结果如下： （1）二者对主梁弯矩及剪力分布的影响趋势相同，墩塔固结对连续梁部分 墩弯矩影响较大，而塔墩分离主要变化发生在刚构墩；但塔墩固结体系 的刚构墩之间主梁轴力为塔墩分离体系的1.5倍左右； （2）塔墩固结塔底最大弯矩连续梁处弯矩减小，而刚构墩处塔底最大弯矩 增大很多。
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
为验证前述理论研究成果，进行整体 性的 1 ： 10 的缩尺模型试验验证。测试内 容主要有： ① 拉索张拉过程模拟试验 ② 使用阶段模型试验及极限承载力试验
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2.4 斜拉体系加固大跨箱梁桥模型试验研究
（1）钢托梁结构 钢托梁采用变截面，设计中除考虑强度外，还要考虑稳定性、 焊接工艺是否可行、以及疲劳等问题。 （2）混凝土托梁结构 混凝土托梁采用箱形等截面。
3 斜拉体系加固大跨箱梁桥关键构造设计研究
3.1 托梁构造方式研究
钢结构 主体材 料 Q420q钢 D级 加劲肋选用2— 支承加劲肋 135×20mm，对称布置，支座和集 中力位置选用2— 翼缘与腹板焊缝 其他 翼缘、腹板与竖向加劲肋 160×50mm 普通纵筋 15 28 14@100mm, 4肢，全长布置 采用 270k 级钢绞 预应力钢筋 线 （ 15.24 ） 6 束 ， 每束18根。 部分预应力 A类构 件 采用单面J形坡口焊 焊缝等级二级 带钝边双J形坡口焊接，焊缝等级 一级 单面U形坡口焊接，焊缝等级 一级 焊条 E5515—D3 埋弧自动焊，两端引弧板施焊 钢筋 HRB335 钢筋混凝土 混凝土C60
（3）模型试验结论 1）模型拉索张拉阶段实测数据与理论数据相比，二者应力变化分布规律 基本相同，实测值较理论值小，在往复张拉过程中，后张索对先张索最终 应力有一定的影响； 2）在拉索张拉过程中，模型可较好的反映原桥结构的受力变化，其变化 规律可作为实桥施工监控的参考； 3）根据模型使用阶段的受力试验结果表明，斜拉索提供的弹性支撑大大 改善了主梁的受力过程，很大地提高了主梁变形的弹性阶段，主梁表现出 很强的变形恢复能力。 4）张拉过程及破坏试验加载过程中，托架连接位置未出现明显病害，托 梁无明显的变形情况，说明该传力方式较合理可靠。托梁没出现扭转、大 的面外变形。 5）斜拉加固后1/4截面的剪力极限破坏荷载有所增大，跨中和墩顶弯矩 控制主梁破坏。
1 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 241 257 273 289 305 321 337 353 369 385
最大主拉应力(MPa)
cx 最大主拉, -2.205 qb 最大主拉 cx 最大主拉
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