本發(fā)明涉及橋梁領(lǐng)域，具體是一種針對(duì)超靜定橋梁結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：
橋梁結(jié)構(gòu)處于自然環(huán)境中不可避免地要受到外界條件的影響，如環(huán)境溫度、濕度及大風(fēng)、地震等的影響，其中環(huán)境溫度的變化對(duì)橋梁的影響較為常見，由溫度作用產(chǎn)生的內(nèi)力和變形必然會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用及安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響。以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔瑹o(wú)鉸拱橋是一種超靜定的橋梁結(jié)構(gòu)，由于拱圈材料的熱脹冷縮，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生溫度變形，當(dāng)變形受到約束時(shí)，拱圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的溫度附加內(nèi)力。通常，降溫會(huì)導(dǎo)致無(wú)鉸拱橋的拱腳產(chǎn)生負(fù)彎矩，而在拱頂產(chǎn)生正彎矩，引起拱腳拱背側(cè)開裂；因而，對(duì)于無(wú)鉸拱橋而言，降溫通常是不利的。近年來(lái)，通過對(duì)實(shí)橋進(jìn)行檢測(cè)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量的空腹式無(wú)鉸拱橋拱腳截面上緣及拱頂截面下緣開裂的病害，也印證了這一點(diǎn)，如圖5所示。20世紀(jì)下半葉以來(lái)，國(guó)內(nèi)外都發(fā)現(xiàn)由于溫度應(yīng)力而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)嚴(yán)重劣損的事故。文獻(xiàn)[1]通過對(duì)不同地區(qū)、不同修建年代、不同公路等級(jí)的跨徑50m以上的鋼筋混凝土肋拱橋的病害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)拱肋拱腳、跨中底部開裂已成為了該型橋梁的典型病害之一。文獻(xiàn)[2]對(duì)箱形拱橋病害進(jìn)行總結(jié)后也發(fā)現(xiàn)，主拱圈拱頂橫向開裂已經(jīng)成為箱形拱橋的典型病害之一。文獻(xiàn)[3]介紹了德國(guó)Jagst厚腹板箱梁橋在通車第五年后就發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重裂縫的現(xiàn)象，估算溫度拉應(yīng)力高達(dá)2.6Mpa。針對(duì)環(huán)境溫度場(chǎng)的分布，不同的研究者進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論分析。文獻(xiàn)[4]采用ASHRAE晴空模型，利用光線追蹤算法，首次在拱橋溫度場(chǎng)計(jì)算中實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)輻射、空氣對(duì)流、長(zhǎng)波輻射等環(huán)境溫度荷載的自動(dòng)加載。文獻(xiàn)[5]開展了箱形梁拱架溫度場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，提出了溫度荷載在實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上采用指數(shù)函數(shù)擬合的簡(jiǎn)單方法。橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在可變作用中考慮溫度作用(均勻溫度和梯度溫度)已經(jīng)成為共識(shí)。公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定在計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)因均勻溫度作用引起外加變形或次內(nèi)力時(shí)，要求從受到約束時(shí)的結(jié)構(gòu)溫度開始，考慮最高和最低有效溫度的作用效應(yīng)。由此可知，當(dāng)前在超靜定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)于溫度次內(nèi)力的處理方式，是通過在設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)入溫度作用的影響從而反應(yīng)在荷載效應(yīng)組合中(參見文獻(xiàn)[6])。然而，由于對(duì)橋位處年平均溫度等情況的調(diào)查不可能都全面，有時(shí)甚至存在較大的偏差；另外，設(shè)計(jì)的合攏溫度通常和實(shí)際的合攏溫度也會(huì)存在差異，這些都導(dǎo)致在設(shè)計(jì)中精確地考慮環(huán)境溫度的影響將是不可能的。參考文獻(xiàn)：[1]袁瑞.鋼筋混凝土肋拱橋病害處治及加固技術(shù)研究[D].重慶交通大學(xué),2010.[2]張麒蟄.鋼筋混凝土箱形拱橋病害分析與加固技術(shù)探討[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào).2009(03):94-95.[3]凱爾別克F.太陽(yáng)輻射對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響[M].1981.[4]尹冠生，趙振宇，徐兵.太陽(yáng)輻射作用下拱橋溫度場(chǎng)研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào).2014:1.[5]房貞政，黃潤(rùn)，鄭則群.箱型截面空腹式剛架拱橋溫度場(chǎng)的實(shí)測(cè)與研究[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005(02):212-217.[6]公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2004.另外，溫度效應(yīng)可能達(dá)到甚至超過車輛活載效應(yīng)，因而溫度效應(yīng)已被認(rèn)為是混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的重要原因之一。對(duì)于無(wú)鉸拱橋而言，由于降溫是非常不利的，如何自適應(yīng)地減小甚至消除降溫對(duì)無(wú)鉸拱橋產(chǎn)生的不利影響，已經(jīng)成為該類橋型病害防治及加固維修的重要關(guān)注點(diǎn)。同樣，對(duì)于其他諸如大跨度連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、剛架橋等超靜定橋梁結(jié)構(gòu)，同樣存在溫度次內(nèi)力的情況，如何自適應(yīng)地主動(dòng)地去控制其不利影響，已成為一個(gè)具有重大現(xiàn)實(shí)意義的工程問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)超靜定橋梁結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力自適應(yīng)控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種針對(duì)超靜定橋梁結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力自適應(yīng)控制方法，包括錨固件、高強(qiáng)螺栓、萬(wàn)向頭連接裝置和拉索，錨固件的材料為鑄鋼構(gòu)件，錨固件的右端通過預(yù)埋或植筋的方式固結(jié)在拱橋主拱圈上的鋼筋砼里，錨固件的左端設(shè)有承拉桿，承拉桿上設(shè)有高強(qiáng)螺栓孔，萬(wàn)向頭連接裝置的右端通過高強(qiáng)螺栓和法蘭盤與承拉桿連接，法蘭盤與萬(wàn)向頭連接裝置之間設(shè)有多個(gè)加強(qiáng)筋，拉索通過萬(wàn)向球頭螺帽安裝在萬(wàn)向頭連接裝置的左端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，拉索縮短產(chǎn)生拉力，對(duì)結(jié)構(gòu)的某部位產(chǎn)生彎矩，可減小甚至完全抵消由于超靜定結(jié)構(gòu)升溫(或者降溫)引起的不利影響。拉索采用高強(qiáng)鋼纜繩，纜繩的直徑大小可根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度、設(shè)計(jì)溫差等參數(shù)綜合選定，拉索錨固位置根據(jù)需要確定，例如針對(duì)無(wú)鉸拱橋可錨固于主拱1/8～3/8區(qū)間，另一端錨固于橋臺(tái)側(cè)墻或者便于錨固的構(gòu)造物上，可以根據(jù)需要布置1根或多根拉索，拉索安裝，強(qiáng)調(diào)在比超靜定結(jié)構(gòu)合攏溫度更高的溫度情況下進(jìn)行張緊安裝，這樣的話，就可以預(yù)先儲(chǔ)備一定的溫差，當(dāng)降溫時(shí)，拉索里面的拉力會(huì)更大，效果更明顯，安裝拉索在合攏溫度以上10攝氏度進(jìn)行，這是對(duì)降溫不利的情況的考慮，類似地，如果該超靜定結(jié)構(gòu)的某個(gè)部位是升溫不利的，則相反。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，錨固件與有橋臺(tái)拱橋的連接方法為：在制作橋臺(tái)時(shí)將錨固件通過植筋的方式與橋臺(tái)砼鋼筋連在一起，再澆筑混凝土橋臺(tái)，錨固件預(yù)先留出即可。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，錨固件與無(wú)橋臺(tái)拱橋的連接方法為法：現(xiàn)澆鋼筋砼錨固墩法和巖體地錨法，其中巖體地錨法是直接在巖體上打孔，然后再澆筑鋼筋混凝土。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，錨固孔的形狀成寶塔狀，下大上小。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，法蘭盤與承拉桿之間設(shè)置四個(gè)加強(qiáng)筋，從而使得承拉桿的連接結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，所述法蘭盤、承拉桿、萬(wàn)向球頭螺帽和球頭構(gòu)成的萬(wàn)向頭連接裝置表面進(jìn)行熱處理，以提高構(gòu)件的強(qiáng)度，而錨固件側(cè)面的螺栓孔進(jìn)行熱處理和防銹處理，使得結(jié)構(gòu)能承受較大的抗拉、抗剪應(yīng)力。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，萬(wàn)向球頭螺帽經(jīng)過熱處理，并采用梯形螺紋，能夠大大承受拉力，在安裝時(shí)，用1.5米的加力桿將螺帽旋入到拉索直至全部預(yù)緊，鎖死螺帽。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔鞑捎娩摻g線或者鋼纜繩且在兩端采用錨具進(jìn)行錨固。本發(fā)明巧妙地降低甚至可完全消除溫差引起的超靜定結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力。該套系統(tǒng)與原有結(jié)構(gòu)的受力體系獨(dú)立，是一套自適應(yīng)的溫度內(nèi)力控制體系，可以用于無(wú)鉸拱橋、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)及其他超靜定結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力控制。附圖說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明用于有橋臺(tái)拱橋的示意圖。圖3為本發(fā)明用于無(wú)橋臺(tái)拱橋并進(jìn)行現(xiàn)澆鋼筋砼構(gòu)造時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明用于無(wú)橋臺(tái)拱橋并進(jìn)行巖體地錨時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明描述今年來(lái)大量的空腹式無(wú)鉸拱橋拱腳截面上緣及拱頂截面下緣開裂的病害示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔枋龅膶?shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖1～4，本發(fā)明實(shí)施例中，一種針對(duì)超靜定橋梁結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力自適應(yīng)控制方法，以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔ɡ麇^固結(jié)構(gòu)，拉索錨固結(jié)構(gòu)主要由錨固件1、高強(qiáng)螺栓2、萬(wàn)向頭連接裝置3和拉索4組成，錨固件1是由鋼板焊接成而成箱形梁的結(jié)構(gòu)，錨固件1的一端固結(jié)在拱橋主拱圈5的鋼筋砼里，在錨固加工中將錨固件1總長(zhǎng)的2/3～3/4通過預(yù)埋或植筋的方式固結(jié)在鋼筋砼里面；錨固件1的另一端側(cè)面通過高強(qiáng)螺栓2固連萬(wàn)向頭連接裝置3的法蘭盤7，所述萬(wàn)向頭連接裝置3主要由法蘭盤7、承拉桿6、萬(wàn)向球頭螺帽和球頭構(gòu)成，承拉桿6的一端為球頭，球頭設(shè)置在萬(wàn)向球頭螺帽內(nèi)，承拉桿6的另一端焊接法蘭盤7，且法蘭盤7與承拉桿6之間設(shè)置四個(gè)加強(qiáng)筋8，從而使得承拉桿6的連接結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，所述萬(wàn)向頭連接裝置3的萬(wàn)向球頭螺帽螺紋連接拉索4的一端，使得球頭在萬(wàn)向球頭螺帽內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，萬(wàn)向球頭螺帽可以修正預(yù)埋樁的角度來(lái)達(dá)到直線錨固，拉索4的另一端通過同樣的方式連接橋梁上的錨固件1。以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔隼?采用高強(qiáng)鋼纜繩，纜繩的直徑大小可根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度、設(shè)計(jì)溫差等參數(shù)綜合選定。錨固件1的位置根據(jù)需要確定，例如針對(duì)無(wú)鉸拱橋可錨固于主拱1/8～3/8區(qū)間，可以根據(jù)需要布置1根或多根拉索。拉索4的安裝，強(qiáng)調(diào)在比超靜定結(jié)構(gòu)合攏溫度更高的情況下進(jìn)行張緊安裝，這樣的話，就可以預(yù)先儲(chǔ)備一定的溫差，當(dāng)降溫時(shí)，拉索里面的拉力會(huì)更大，效果更明顯。可說明在合攏溫度以上10攝氏度進(jìn)行安裝。這是對(duì)降溫不利的情況的考慮。類似地，如果該超靜定結(jié)構(gòu)的某個(gè)部位是升溫不利的，則相反。以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，所述法蘭盤7、承拉桿6、萬(wàn)向球頭螺帽和球頭構(gòu)成的萬(wàn)向頭連接裝置3表面進(jìn)行熱處理，以提高構(gòu)件的強(qiáng)度，而錨固件1側(cè)面的螺栓孔進(jìn)行強(qiáng)化(熱處理)和防銹處理，使得結(jié)構(gòu)能承受較大的抗拉、抗剪應(yīng)力。以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔f(wàn)向球頭螺帽也經(jīng)過熱處理，并采用梯形螺紋，能夠大大承受拉力，在安裝時(shí)，用1.5米的加力桿將螺帽旋入拉索中直至全部預(yù)緊，鎖死螺帽。以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，拉?采用絞線或者鋼纜繩且在兩端采用錨具構(gòu)造，并與萬(wàn)向球頭螺帽連接，安裝時(shí)用加力桿擰緊后鎖死，拉索的長(zhǎng)度根據(jù)橋端錨固位置來(lái)確定，可以通過高強(qiáng)螺栓用法蘭盤對(duì)接連長(zhǎng)。以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，無(wú)橋臺(tái)拱橋和有橋臺(tái)拱橋在外部的拉索錨固結(jié)構(gòu)相同，主要區(qū)別在于有橋臺(tái)拱橋的錨固件1可以直接在制作橋臺(tái)時(shí)將錨固件1通過植筋的方式與橋臺(tái)砼鋼筋連在一起在澆筑混凝土，預(yù)先留出即可。以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，無(wú)橋臺(tái)拱橋安裝錨固件1，有兩種構(gòu)造法：現(xiàn)澆鋼筋砼錨固墩法(如圖3)和巖體地錨法(如圖4)，其中巖體地錨法是直接在巖體上打孔，然后再澆筑鋼筋混凝土，錨固孔的形式成寶塔狀，下大上小。本發(fā)明的工作原理為：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，?dāng)無(wú)鉸拱橋，在環(huán)境降溫作用下，拱腳產(chǎn)生負(fù)彎矩時(shí)，預(yù)先設(shè)置(在較高溫度情況下設(shè)置，以提高其作用效果)的拉索由于受降溫影響而出現(xiàn)拉力，該拉力對(duì)拱腳產(chǎn)生正彎矩，可部分抵消由于超靜定拱橋由于環(huán)境降溫帶來(lái)的附加彎矩。拉索的設(shè)置采用單向鎖定，即使得拉索僅在降溫作用下對(duì)結(jié)構(gòu)起作用，而在升溫情況下，自動(dòng)與拱橋分離。實(shí)例：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，假定拉索直徑d＝0.1m，長(zhǎng)度根據(jù)錨固點(diǎn)位置確定，彈性模量E＝2.0E11pa，線膨脹系數(shù)取為ζ＝1.2×10-5。假定拉索在橋梁合攏溫度以上10℃進(jìn)行安裝，則在低于合攏溫度10℃時(shí)，拉索降溫△T按照20℃考慮。拉索中的索力為：F＝EAξ＝Eαζ△t經(jīng)計(jì)算在環(huán)境溫度降低10℃的情況下，拉索中的索力為376.8kN。通常，拉索布置在拱橋的上下兩側(cè)，即拉索對(duì)拱腳的索力貢獻(xiàn)為2F＝753.6kN。假如拉索對(duì)拱腳的力臂l為3米，則拉索對(duì)拱腳產(chǎn)生的正彎矩為：Mls＝F×l＝753.6×3＝2260.8kN·m故：以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，該措施在無(wú)鉸拱橋降溫情況下對(duì)拱腳產(chǎn)生了較大的正彎矩效應(yīng)，巧妙地降低甚至可完全消除溫差引起的附加內(nèi)力。該套系統(tǒng)與原有結(jié)構(gòu)的受力體系獨(dú)立，是一套自適應(yīng)的溫度內(nèi)力控制體系。甚至可以用于連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)及其他超靜定結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力控制。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，均?yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，以無(wú)鉸拱橋?yàn)槔?，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚直觀描述起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。