一种桥梁负反力控制装置及设计方法与流程

本申请涉及桥梁建筑，特别涉及一种桥梁负反力控制装置及设计方法。

背景技术：

1、对于大跨径桥梁，在恒载、汽车荷载、列车荷载、风荷载、温度荷载、地震力等作用下，其边墩处桥梁支座受到向上的作用力超过向下的作用力，也就是桥梁出现负反力。负反力会引起梁体与桥墩间发生支座脱空，支座脱空可能引发严重后果，例如桥梁结构倾覆，造成重大安全事故和人员伤亡。因此，需要采取必要措施控制桥梁负反力发生。

2、相关技术中，解决桥梁负反力问题的方法通常有以下三种：第一种，在主梁和桥墩之间设置拉压支座，避免支座脱空；第二种，采用直接压重方法，在主梁支座处灌注铁砂混凝土以增加自重；第三种，采用预应力拉索方式，在主梁和桥墩之间设置拉索，以给主梁施加预压力。

3、拉压支座的方案，大吨位拉压支座设计和施工均比较复杂，维修更换困难；直接压重方案，需要消耗大量的铁砂混凝土，经济性较差，同时由于桥梁结构的限制难以承载过多的混凝土，对铁砂混凝土在桥梁上的布置及桥梁结构改造要求较高；预应力拉索方案，压力施加效率高，施工便捷，经济性较好，近年来在中小跨度桥梁上有所应用。

4、但是预应力拉索方案也存在一些缺点和应用难题，主要是由于大跨度桥梁梁端纵向伸缩位移量较大，预应力拉索方案无法适用于主梁和桥墩之间产生的纵向相对位移。当主梁和桥墩之间频繁产生较大纵向相对位移的时候，拉索的锚头处反复弯折，进而引起疲劳破坏，最终引起拉索断裂，影响桥梁行车安全。

5、相关专利对预应力拉索方案，进行一些改进。例如：

6、cn113605232b“一种拉索压重构造及设计方法”，在拉索的锚具处设置转轴，以解决拉索反复弯折引起疲劳破坏的问题。

7、cn116770713a“一种支承负反力主动控制装置及设计方法”，在拉索一端设置转轴，一端设置滑动支座，以解决拉索反复弯折的问题。

8、但是，以上专利的改进措施，仅适用于拉索布置空间较富余，拉索可以很长的情况，不适用于拉索较短的情况。原因如下：

9、索体长度l，桥梁伸缩量s，拉索弹性模量e，拉索转角θ，拉索疲劳应力幅σ，索体伸长量△l。

10、

11、从公式中可以看出，e和s均不变，当l较大时，拉索疲劳应力幅较小，当l较小时，拉索应力幅较大，疲劳应力幅较大则拉索易于产生疲劳破坏。

12、因此，当前亟需找到有效的措施，以解决预应力拉索方案难于适应桥梁纵向大位移，且能广泛适用于各种拉索布置空间的情况。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种桥梁负反力控制装置及设计方法，以解决相关技术中由于拉索布置空间受限，且桥主梁和桥墩之间频繁产生较大纵向相对位移，进而引起拉索反复弯折，疲劳破坏的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种桥梁负反力控制装置，包括：

3、分配梁，所述分配梁水平贯穿桥主梁底面连接的梁体并与梁体活动连接，所述分配梁的一端与桥墩连接；

4、承拉结构，所述分配梁的另一端通过承拉结构连接桥墩，所述承拉结构通过向所述分配梁施加载荷，以使所述分配梁向梁体施加向下的预压力。

5、第一方面，一些实施例中，所述桥墩上设置有桥台，所述分配梁远离所述承拉结构的一端铰接在所述桥台上。

6、第一方面，一些实施例中，所述桥台上设置有第一预埋件，所述第一预埋件端部设有耳座，所述分配梁端部设有耳板，所述耳板通过第一销轴与耳座铰接。

7、第一方面，一些实施例中，所述桥墩上设置有立柱，所述分配梁远离所述承拉结构的一端铰接在所述立柱上。

8、第一方面，一些实施例中，所述承拉结构包括设置在桥墩上的第二预埋件和连接所述第二预埋件的受拉件，所述受拉件张拉后通过锚固件连接在所述分配梁上。

9、第一方面，一些实施例中，所述第二预埋件端部设有固定座，所述受拉件端部设有连接座，所述连接座通过第二销轴与固定座连接，所述受拉件为拉索或拉杆。

10、第一方面，一些实施例中，所述分配梁与所述梁体之间连接有使所述分配梁和梁体相对滑动的滑移支座。

11、第二方面，本申请实施例第二方面提供了一种桥梁负反力控制装置的设计方法，应用于上述任一项所述的桥梁负反力控制装置，包括以下步骤：

12、根据桥梁结构总体计算，确定桥墩处产生的负反力和负反力控制安全系数；

13、根据负反力和负反力控制安全系数，确定分配梁对梁体施加的预压力；

14、根据杠杆原理，确定受拉件受到的拉力，再设定受拉件的设计安全系数；

15、根据受拉件受到的拉力和受拉件的设计安全系数，确定受拉件的破断力；

16、根据受拉件的破断力，查阅受拉件相关设计规格表，选择破断力合适的受拉件。

17、第二方面，一些实施例中，还包括以下步骤：

18、根据桥梁结构总体计算，确定桥梁横向和纵向的最大位移，根据预压力以及最大位移，查阅相关支座设计标准规范，选择合适的滑移支座。

19、第二方面，一些实施例中，还包括以下步骤：

20、根据受拉件受到的拉力，按照钢结构设计规范和混凝土设计规范，验算第二预埋件的应力和桥墩混凝土的剪切力；

21、根据分配梁对梁体施加的预压力以及受拉件受到的拉力，计算第一预埋件受到的上拔力；

22、根据第一预埋件受到的上拔力，按照钢结构设计规范和混凝土设计规范，验算第一预埋件的应力和桥台混凝土的剪切力；

23、根据钢结构设计规范，验算分配梁的弯曲应力和剪应力。

24、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

25、(1)在桥主梁发生纵桥向位移时，由于分配梁的一端与桥墩连接，另一端通过承拉结构连接桥墩，使得分配梁不会随梁体纵向移动，承拉结构的空间位置完全固定，承拉结构不发生伸缩和转角，如承拉结构采用拉索结构，能从根本上避免拉索反复弯折，反复伸缩引起的锚固拉索疲劳损伤的问题。

26、(2)由于分配梁水平贯穿桥主梁底面连接的梁体并与梁体活动连接，利用承拉结构通过向分配梁施加载荷，以使分配梁向梁体施加向下的预压力，其分配梁采用杠杆方式传力，大大降低了对承拉结构施加载荷的要求，具有更加高效的优点，可以减少承拉结构的材料用量，降低维护成本。

27、(3)本申请的方案适用于拉索布置空间受限的情况，即承拉结构采用拉索结构时，拉索可根据布置空间调整长度，桥主梁纵向或横向位移不会导致拉索伸缩和弯折，采用长拉索或短拉索均没有疲劳问题。

技术特征：

1.一种桥梁负反力控制装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的桥梁负反力控制装置，其特征在于：

3.如权利要求2所述的桥梁负反力控制装置，其特征在于：

4.如权利要求1所述的桥梁负反力控制装置，其特征在于：

5.如权利要求1所述的桥梁负反力控制装置，其特征在于：

6.如权利要求5所述的桥梁负反力控制装置，其特征在于：

7.如权利要求1所述的桥梁负反力控制装置，其特征在于：

8.一种桥梁负反力控制装置的设计方法，应用于权利要求1至7任一项所述的桥梁负反力控制装置，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的桥梁负反力控制装置的设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

10.如权利要求8所述的桥梁负反力控制装置的设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

技术总结
本申请涉及一种桥梁负反力控制装置及设计方法，属于桥梁建筑技术领域，包括分配梁，所述分配梁水平贯穿桥主梁底面连接的梁体并与梁体活动连接，所述分配梁的一端与桥墩连接；所述分配梁的另一端通过承拉结构连接桥墩，所述承拉结构通过向分配梁施加载荷，以使分配梁向梁体施加向下的预压力。在桥主梁发生纵桥向位移时，分配梁不随梁体纵向移动，承拉结构的空间位置完全固定，如承拉结构采用拉索结构，能从根本上避免拉索反复弯折，反复伸缩引起的锚固拉索疲劳损伤的问题，同时分配梁采用杠杆方式传力，大大降低了对承拉结构施加载荷的要求，具有更加高效的优点，可以减少承拉结构的材料用量，降低维护成本，还适用于拉索布置空间受限的情况。

技术研发人员：郑亚鹏,杨光武,徐伟,刘科峰,罗扣,邹敏勇,刘奇顺,李林,翟宇奇,单秋伟
受保护的技术使用者：中铁大桥勘测设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4