一种纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法与流程

本发明涉及钢结构桥梁施工，具体涉及一种纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法。

背景技术：

1、在桥梁建设中，预拱度的设置是一项关键技术，其目的是为了抵消桥梁在荷载作用下产生的挠度，确保桥梁在使用过程中的线形和结构安全。目前，在桥梁工程领域，纵向预拱度的设置已经有了较为成熟的理论和实践经验，通过合理设置纵向预拱度，能够有效控制桥梁在车辆、人群等荷载作用下的竖向变形。然而，对于桥梁结构横向预拱度的设置，现有技术却存在明显的不足。

2、在实际工程中，桥梁结构不仅会受到竖向荷载的作用，还会受到横向风荷载、离心力、车辆偏载等横向荷载的影响，这些横向荷载会导致桥梁产生横向变形。传统的桥梁结构尤其是纵、横梁结构体系桥梁，设计往往忽视了横向变形的影响，未设置横向预拱度，难以有效控制桥梁的横向变形。当桥梁在长期使用过程中承受较大的横向荷载时，可能会引起桥面不平整，影响行车的舒适性；还会出现横向线形偏离设计要求、结构局部应力集中等问题，进而影响桥梁的使用寿命和安全性。

3、例如，中国专利cn108978642a提出的“一种钢桁梁预拱度设置方法” 公开了钢桁梁竖向预拱度曲线拟合工艺，但仅针对竖向挠度设置纵向预拱，完全未涉及横向变形控制，其技术方案仅调整桁架上下弦杆长度实现竖向反拱，不存在边纵梁旋转、横梁接口适配调整的技术逻辑，不适用于多纵梁、分级横梁的纵横梁体系钢桥。另外，期刊《公路钢结构桥梁制造和安装关键技术》（交通世界，2021 年第 18 期）公开了一种钢纵横梁桥线形放样、栓接拼接施工工艺，但其仅采用cad 叠加纵向预拱坐标放样，未提出横向预拱的实施路径。其针对横向变形仅依靠加厚横梁截面、增设横向支撑进行刚度补强，但采用被动刚度补强，材料用量大、自重增加，经济性差，且无纵梁旋转确定横向预拱的核心手段，无法在预制阶段预留横向反向变形。

4、因此，亟需一种新的桥梁结构横向预拱度的设置方法，在有效设置横向预拱度的同时，不影响结构各部分之间的连接，保证桥梁结构的稳定性和施工的便捷性。

技术实现思路

1、针对现有技术无法主动设置横向预拱、纵梁旋转后横梁接头适配困难、杆件易扭曲、施工精度差、成本高的缺陷，本发明提供一种纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法。

2、本发明实现上述技术效果所采用的技术方案是：

3、一种纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法，所述纵横梁结构包括中纵梁、边纵梁、小横梁、大横梁、纵梁间连接拼接板以及纵横梁间连接拼接板，所述横向预拱度的设置方法包括如下步骤：

4、s1、根据桥梁设计要求和荷载计算，确定桥梁需要设置的横向预拱度数值及边纵梁的旋转轴；

5、s2、依据步骤s1确定的横向预拱度数值及边纵梁的旋转轴，利用三角函数求出边纵梁的旋转角度；

6、s3、中纵梁、边纵梁放样，依据设计理论线形和纵向预拱度对中纵梁和边纵梁进行线形放样，确定其理论位置；

7、s4、小横梁、大横梁接头位置放样，依据小横梁、大横梁所在处关键点位的坐标值确定其分别在边纵梁上的连接位置，确保小横梁、大横梁分别与边纵梁的垂直关系，之后将小横梁、大横梁在边纵梁上的位置投影到中纵梁的平面内，从而得出小横梁、大横梁在中纵梁上的连接位置；

8、s5、依据步骤s2中确定的边纵梁的旋转角度以其旋转轴，对边纵梁进行旋转，直至达到预定角度；

9、s6、大横梁放样，在边纵梁旋转完成后，依据其旋转后的位置、角度及大横梁接头的位置，重新确定中纵梁、边纵梁间的大横梁位置，并依据大横梁的新位置调整大横梁分别与中纵梁、边纵梁连接处的尺寸；

10、s7、小横梁放样，在边纵梁旋转完成后，依据其旋转后的位置、角度及小横梁接头的位置，重新确定中纵梁、边纵梁间的小横梁位置，并依据小横梁的新位置调整小横梁分别与中纵梁、边纵梁连接处的尺寸；

11、s8、在各结构尺寸调整完毕后，利用纵梁间连接拼接板和纵横梁间连接拼接板将中纵梁、边纵梁、小横梁、大横梁进行栓接连接为整体，完成桥梁结构横向预拱度的设置。

12、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，在步骤s1中，基于设计方提供确定的横向预拱度数值△1、△2，依据公式h1=△1*h/(△1+△2）确定边纵梁旋转轴的位置；

13、其中，h1为待求解的边纵梁旋转轴与边纵梁上缘翼板下表面之间的竖向高度，h为边纵梁的整个竖向高度，△1为横向预拱设计下边纵梁中心线在上缘翼板下表面的关键点相对于边纵梁原理论铅锤中心线的水平偏移数值，△2为横向预拱设计下边纵梁中心线在下缘翼板上表面的关键点相对于边纵梁原理论铅锤中心线的水平偏移数值。

14、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，在步骤s2中，边纵梁的旋转角度依据三角函数β= arcsin △1/ h1求出。

15、优选地，所述关键点为边纵梁与大横梁、小横梁的接头位置以及边纵梁两端与相邻边纵梁的接头位置，在横向预拱设计下，将边纵梁按每一组关键点所在的区段进行分割，独立计算该区段边纵梁中心线的旋转角度，直至确定每一组关键点所在区段边纵梁中心线的旋转角度，在各组关键点所在区段边纵梁中心线的旋转角度相差不大时，取各处旋转角度的方差值作为该侧边纵梁的旋转角度。

16、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，取各处旋转角度的方差值作为边纵梁的旋转角度时，各处旋转角度的差值≤1.5°。

17、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，在步骤s3中，所述的依据设计理论线形和纵向预拱度对中纵梁和边纵梁进行线形放样，确定其理论位置包括步骤：

18、取大横梁、小横梁位置以及杆件接口关键点位，利用cad软件将设计提供的理论线形转化为坐标值；

19、在表格内将设计计算确定的预拱度值叠加在理论线形的坐标值内；

20、将叠加预拱度后的坐标值在cad软件内转化为空间线条。

21、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，在得出小横梁、大横梁在中纵梁上的连接位置后，再检查小横梁、大横梁分别与中纵梁的垂直关系，偏差在≤0.2°的可忽略范围内时，小横梁、大横梁按正常杆件制造，如垂直关系超出设定偏差阈值，则对小横梁、大横梁的端部翼缘板与腹板间的角度进行适当修整，以确保小横梁、大横梁分别与中纵梁的垂直连接关系。

22、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，所述的适当修整为：在小横梁、大横梁分别连接中纵梁的端部躲开栓孔范围500mm以上位置处调整其上、下翼缘板和腹板的角度，使得其角度和放样角度一致。

23、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，所述的在边纵梁旋转完成后，依据其旋转后的位置、角度及大横梁接头的位置，重新确定中纵梁、边纵梁间的大横梁位置，包括步骤：

24、以大横梁的中纵梁端下翼缘板与中纵梁下翼缘板平齐，并确保间隙；

25、以此处为基准进行大横梁的旋转，使其边纵梁端下翼缘板与边纵梁下翼缘板平齐；

26、所述的依据大横梁的新位置调整大横梁分别与中纵梁、边纵梁连接处的尺寸包括步骤：

27、在大横梁端头下翼缘板与中纵梁下翼缘板、边纵梁下翼缘间的间隙变化值≤10mm时，调整大横梁与中纵梁、边纵梁的纵横梁间连接拼接板尺寸；

28、在大横梁端头下翼缘板与中纵梁下翼缘板、边纵梁下翼缘间的间隙变化值＞10mm，在保证理论间隙值的前提下调整大横梁的端头尺寸。

29、优选地，在上述的纵横梁结构桥梁的横向预拱度的设置方法中，所述的在边纵梁旋转完成后，依据其旋转后的位置、角度及小横梁接头的位置，重新确定中纵梁、边纵梁间的小横梁位置，包括步骤：

30、以小横梁的中纵梁端下翼缘板与中纵梁下翼缘板平齐并确保间隙；

31、以此处为基准进行小横梁的旋转，使其边纵梁端下翼缘板与边纵梁下翼缘板平齐；

32、所述的依据小横梁的新位置调整小横梁分别与中纵梁、边纵梁连接处的尺寸包括步骤：

33、在小横梁端头下翼缘板与中纵梁下翼缘板、边纵梁下翼缘间的间隙变化值≤10mm时，调整小横梁与中纵梁、边纵梁的纵横梁间连接拼接板尺寸；

34、在小横梁端头下翼缘板与中纵梁下翼缘板、边纵梁下翼缘间的间隙变化值＞10mm，在保证理论间隙值的前提下调整小横梁的端头尺寸。

35、本发明的有益效果：本发明通过设置桥梁结构的横向预拱度能够有效抵消桥梁在横向荷载作用下产生的变形，保证桥梁的横向线形和结构安全、提升行车舒适性和安全性、延长了桥梁的使用寿命、优化了桥梁的整体性能，同时填补了现有技术在桥梁横向预拱度设置方面的空白。在设置横向预拱度的过程中，不影响主纵梁间的连接，无需对主纵梁间的连接结构进行改动，保证了桥梁结构的稳定性，同时降低了施工难度和施工成本，缩短了施工工期。

36、另外，采用调整横梁结构端部尺寸或调整纵、横梁间连接件的尺寸，能够更好地适应主纵梁旋转后的结构变化，保证横梁与纵梁连接的紧密性和稳定性，提高了桥梁结构的整体性能，有效解决了现有技术中桥梁横向预拱度设置困难以及结构调整影响连接等问题。