一种设有多道防线的梁桥抗倾覆体系及其抗倾覆方法

1.本发明属于梁桥抗倾覆技术领域，具体涉及一种设有多道防线的梁桥抗倾覆体系及其抗倾覆方法。


背景技术：

2.近年来发生多起梁桥倾覆事故，引起重大人员伤亡和经济损失，迫切需要提升梁桥的抗倾覆能力以防止梁桥突然的倾覆倒塌。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种采用多道防倾覆结构，能够有效防止梁桥倾覆的梁桥抗倾覆体系及其抗倾覆方法。
4.本发明提供如下技术方案：一种设有多道防线的梁桥抗倾覆体系，包括设置在盖梁上的一组拉压支座、设置在拉压支座上的箱梁及设置在相邻两个箱梁之间的碟簧交叉拉杆机构；所述碟簧交叉拉杆机构包括交叉设置的两根钢杆，其中一根钢杆受拉，另外一根钢杆受压；钢杆的两端均设有碟簧装置，碟簧装置与对应一侧的箱梁之间铰接连接；受荷载一联箱梁的自重形成第一道抗倾覆结构；受荷载一联受拉的拉压支座以及碟簧交叉拉杆机构利用相邻联箱梁的自重作用形成第二道抗倾覆结构；所述箱梁的中墩处设有抗侧移支撑，形成第三道抗倾覆结构。
5.进一步的，所述碟簧交叉拉杆机构设置在箱梁侧部下方的边沿处，所述箱梁上设有与碟簧交叉拉杆机构相连接的铰接座。
6.进一步的，一根钢杆的中部设有矩形穿孔，另一根钢杆穿过矩形穿孔，两根钢杆之间通过螺栓铰接连接形成交叉结构。
7.进一步的，所述碟簧装置包括连接块、铰接块及设置在连接块与铰接块之间的碟簧；连接块与钢杆的端部相连接，铰接块与对应的铰接座铰接连接。
8.一种设有多道防线的梁桥抗倾覆体系的抗倾覆方法，包括以下具体步骤：
9.步骤一、当抗倾覆体系处于第一道抗倾覆结构防护时，f
实际
小于1.4f时，受拉的拉压支座不脱空，受荷一联箱梁的自重抵抗倾覆力；式中f
实际
为在实际汽车荷载作用时，远离汽车荷载作用点一侧拉压支座压力的减小量，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座的拉力；
10.步骤二、当抗倾覆体系处于第二道抗倾覆结构防护时，受荷载一联处受拉的拉压支座脱空，两侧相邻联的受拉的拉压支座不脱空，此时应满足下式：
11.当时，
12.式中，k1为受拉的拉压支座脱空后的刚度，k2为碟簧的刚度，k3为钢杆的刚度，β为受拉的钢杆与水平线的夹角，δ1为受荷载一联受拉的拉压支座脱空后产生的竖向位移，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座的拉力，α为放大系数；
13.当相邻联拉压支座达到脱空的临界状态时，受拉的拉压支座处承受力的极限为：
14.f
u3
＝4.2f k1δ2》ηf；
15.式中，k1为受拉的拉压支座脱空后的刚度，δ2为第三阶段受荷载一联受拉的拉压支座的位移，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座的拉力，η为设计要求的抗倾覆稳定系数；
16.步骤三、当桥面所受荷载超过三道抗倾覆的设计范围，两侧相邻联受拉的拉压支座处于脱空临界状态时，受拉的拉压支座上的弹性拉杆被破坏，受荷载一联倒塌，避免多联桥同时倒塌，有效减少损失；弹性拉杆应满足以下公式：
[0017][0018]
式中，l为弹性拉杆的长度，d1为受拉的拉压支座中心到受压的拉压支座中心的距离，d2为碟簧交叉杆平面到受拉的拉压支座中心点的距离，e为受拉的钢杆的弹性模量，σ为受拉的钢杆的屈服强度，δ2为受拉的拉压支座能承受的最大位移。
[0019]
进一步的，所述碟簧和受拉的钢杆的综合刚度k根据实际需求确定，综合刚度k符合以下公式：
[0020][0021]
式中，α为放大系数，δ2为受拉的拉压支座能承受的最大位移，β为斜拉杆与水平线的夹角，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座的拉力；
[0022][0023]
式中，d1为受拉的拉压支座中心到受压的拉压支座中心的距离，d2为碟簧交叉杆平面到受压的拉压支座中心点的距离。
[0024]
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0025]
1)本发明采用三级抗倾覆结构，利用三级抗倾覆结构间的依次作用，能够应对不同的偏载车道荷载作用，有效地提高了抗倾覆的能力，提高了梁桥的稳定性；
[0026]
2)本发明中，利用受荷一联箱梁的自重形成第一道抗倾覆结构；通过受荷载一联受拉的拉压支座以及碟簧交叉拉杆机构利用相邻联箱梁的自重作用形成第二道抗倾覆结构，利用碟簧交叉拉杆机构与箱梁之间的铰接连接方式、碟簧交叉拉杆机构中设置的碟簧装置以及拉压支座与箱梁之间的弹性连接方式形成自适应的抗倾覆调节，提高了抗倾覆的调整能力；通过在中墩采用抗侧移支撑形成第三道抗倾覆结构，降低了中墩处箱梁扭转变形，确保箱梁不发生侧向滑移。
附图说明
[0027]
图1为本发明桥梁的横截面结构示意图；
[0028]
图2为本发明碟簧交叉拉杆机构的安装结构示意图；
[0029]
图3为本发明碟簧交叉拉杆机构的结构示意图；
[0030]
图4为本发明碟簧装置的内部结构示意图。
具体实施方式
[0031]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0033]
请参阅图1-4，一种设有多道防线的梁桥抗倾覆体系，包括盖梁1、一组拉压支座2、箱梁3及碟簧交叉拉杆机构4；拉压支座2设置在盖梁1上，箱梁3设置在一组拉压支座2上，碟簧交叉拉杆机构a设置在相邻的两个箱梁3之间；箱梁3的中墩处设有抗侧移支撑。
[0034]
具体的，受荷载一联箱梁3的自重形成第一道抗倾覆结构；受荷载一联受拉的拉压支座2以及碟簧交叉拉杆机构利用相邻联箱梁3的自重作用形成第二道抗倾覆结构；箱梁3中墩处设置的抗侧移支撑作为第三道抗倾覆结构，其在混凝土桥墩顶部四周安装u形限位块，提高中墩的抗侧滑能力，从而避免箱梁3侧向滑移。
[0035]
具体的，拉压支座2既可受拉，也可受压。
[0036]
具体的，碟簧交叉拉杆机构4包括交叉设置的两根钢杆5，一根钢杆5的中部设有矩形穿孔，另一根钢杆5穿过矩形穿孔，两根钢杆5之间通过螺栓铰接连接形成交叉杆结构。
[0037]
其中，一根钢杆5受拉，另外一根钢杆5受压；钢杆5的受拉压情况根据实际情况变化，受拉的钢杆5作为抗倾覆构件，受压的钢杆5保证装置的稳定性。
[0038]
具体的，箱梁3上设有铰接座6。
[0039]
具体的，钢杆5的两端均设有碟簧装置，碟簧装置与对应一侧的箱梁3相连接。碟簧装置包括连接块7、铰接块8及设置在连接块7与铰接块8之间的碟簧9；连接块7与钢杆5的端部相连接，铰接块8与对应箱梁3上的铰接座6铰接连接。
[0040]
本发明梁桥抗倾覆体系的抗倾覆方法如下：
[0041]
步骤一、当抗倾覆体系处于第一道抗倾覆结构防护时，f
实际
小于1.4f时，受拉的拉压支座2不脱空，受荷一联箱梁3的自重抵抗倾覆力；式中f
实际
为在实际汽车荷载作用时，远离汽车荷载作用点一侧拉压支座2压力的减小量，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座2的拉力；
[0042]
步骤二、当抗倾覆体系处于第二道抗倾覆结构防护时，受荷载一联处受拉的拉压支座2脱空，两侧相邻联的受拉的拉压支座2不脱空，此时应满足下式：
[0043]
当时，
[0044]
式中，k1为受拉的拉压支座2脱空后的刚度，k2为碟簧9的刚度，k3为钢杆5的刚度，β为受拉的钢杆5与水平线的夹角，δ1为受荷载一联受拉的拉压支座2脱空后产生的竖向位移，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座2的拉力，α为放大系数；
[0045]
当相邻联拉压支座2达到脱空的临界状态时，受拉的拉压支座2处承受力的极限为：
[0046]fu3
＝4.2f k1δ2》ηf；
[0047]
式中，k1为受拉的拉压支座2脱空后的刚度，δ2为第三阶段受荷载一联受拉的拉压支座2的位移，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座2的拉力，η为设计要求的抗倾覆稳定系数；
[0048]
步骤三、当桥面所受荷载超过三道抗倾覆的设计范围，两侧相邻联受拉的拉压支座2处于脱空临界状态时，受拉的拉压支座2上的弹性拉杆被破坏，受荷载一联倒塌，避免多联桥同时倒塌，有效减少损失；弹性拉杆应满足以下公式：
[0049][0050]
式中，l为弹性拉杆的长度，d1为受拉的拉压支座2中心到受压的拉压支座2中心的距离，d2为碟簧交叉杆平面到受拉的拉压支座2中心点的距离，e为受拉的钢杆5的弹性模量，σ为受拉的钢杆5的屈服强度，δ2为受拉的拉压支座2能承受的最大位移。
[0051]
其中，当受拉的拉压支座2的极限受拉为f
max
＝1.4f k1δ2时，突破桥梁的第一道抗倾覆结构，受拉的拉压支座2脱空后，其弹性拉杆需满足k1δ2＝ηf-4.2f。
[0052]
其中，碟簧9和受拉的钢杆5的综合刚度k根据实际需求确定，综合刚度k符合以下公式：
[0053][0054]
式中，α为放大系数，δ2为受拉的拉压支座2能承受的最大位移，β为受拉的钢杆5与水平线的夹角，f为单位偏载车道荷载作用下受拉的拉压支座2的拉力；
[0055][0056]
式中，d1为受拉的拉压支座2中心到受压的拉压支座2中心的距离，d2为碟簧交叉杆平面到受压的拉压支座2中心点的距离。
[0057]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。