【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于桥梁维护施工，具体涉及一种钢混组合梁快速替换常规混凝土梁的施工方法。
技术介绍
1、当桥梁遇到地震、泥石流、滑坡、落石及车辆撞击等灾害时，桥梁的上部结构易出现变形过大、被破坏、倾覆或加固难以满足规范要求等问题，同时，损坏后的桥梁需快速地进行维修或更换，为灾害后的抗灾救援争取时间。
2、通常情况下，桥梁上部结构损坏后多采用传统的换梁方法，将受损的主梁更换为与原结构相同的混凝土梁。其主要施工步骤包括：主梁顶板进行开槽、预应力放张、主梁吊离、预埋波纹管、预制主梁、主梁吊装、重新张拉顶板预应力束、现浇端横梁等。但一方面，传统更换方法施工周期较长，施工工序复杂，对原结构破坏较大，无法满足灾后快速施工的基本需求；另一方面，新旧结构之间完成横向连接后，由于旧桥的使用年限比较久，收缩徐变基本完成，相比之下，新梁上部结构的混凝土龄期较短，收缩徐变刚开始进行，变形会随着时间持续发展，因此，传统换梁方法存在的主要问题为新旧结构的收缩、徐变存在差异导致桥梁病害频发；此外，旧梁混凝土以及钢筋会对其产生约束的反向作用，新旧梁之间就会产生内力重分布，即拼接后的收缩徐变效应会导致新梁混凝土在水平面内发生收缩变形，产生纵向拉应力，当纵向拉应力超过混凝土抗拉强度时就会产生裂缝，影响结构的运营及使用寿命。同时，由于旧桥的湿接缝处也会产生较大约束，并且产生剪应力，如果超过混凝土的抗剪强度，就会产生纵向裂缝。
3、为了解决收缩徐变效应对所更换桥梁的不利影响，工程上往往通过延迟拼接完成时间来减小不利影响。但在灾害发生后需紧急更换主梁时
4、综上，当所需要紧急更换的桥梁通行压力较小，施工过程对通行影响较小时，可采用混凝土梁更换受损结构。但混凝土主梁在快速更换过程中由于没有充分时间使混凝土龄期，受收缩徐变影响较大，且无法工厂储备，施工的周期较长，自重过大导致运输不便，不适用于灾后快速更换桥梁对时效性的要求，因此，针对通勤压力大、工期要求紧迫的桥梁，需要设计一种新的钢混组合梁设计方法，实现安全快速的主梁更换。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钢混组合梁快速替换常规混凝土梁的施工方法，本专利技术基于相邻主梁的协同变形原理，形成t型的钢混组合桥梁，并对更换后的钢混组合梁与原混凝土梁的变形进行适配拟合，并计算出可适用的钢腹板和钢底板的厚度范围，便于在不同工况下及时选择不同尺寸数值的工字型钢梁，形成一套钢混组合梁等效替换原混凝土桥梁的合理构造和理论体，实现了安全快速的更换桥梁主梁，便于推广使用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种钢混组合梁快速替换常规混凝土梁的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、设计钢混组合梁结构形式：所述钢混组合梁包括工字型钢梁和设置在所述工字型钢梁上的混凝土顶板，所述工字型钢梁包括钢顶板、钢腹板和钢底板；
4、在两个相邻主梁之间设置工字型钢梁，然后在所述工字型钢梁上施工混凝土顶板，并使得所述混凝土顶板的上表面与所述相邻主梁的上表面齐平；
5、步骤二、确定工字型钢梁的结构尺寸：
6、步骤201、根据对所述工字型钢梁截面的挠度要求，确定钢腹板和钢底板在拟合函数上限y'处的拟合公式以及钢腹板和钢底板在拟合函数下限y"处的拟合公式进而确定钢腹板的厚度x和钢底板的厚度y；
7、其中，y0、y1、a1、a2、a3、a4、t1、t2、t3、t4均为系数；
8、步骤202、得到钢腹板的厚度x的取值范围为d1～d2，以及钢底板的厚度y的取值范围为d3～d4，其中，d1、d2、d3、d4均为正数；
9、步骤三、对钢混组合梁进行承载能力极限状态验算：
10、步骤301、在d1～d2中选择一个数值作为钢腹板的厚度，在d3～d4中选择一个数值作为钢底板的厚度，然后执行步骤302；
11、步骤302、根据公式计算钢混组合梁的抗弯承载力σ，当γ0σ≤f时，执行步骤303，当γ0σ＞f时，执行步骤五；
12、其中，i为不同的应力计算阶段，i＝ⅰ表示未形成钢混组合梁的应力计算阶段，i＝ⅱ表示钢混组合梁施工完成后的应力计算阶段，在不同的应力计算阶段下，md,i为相应的作用于钢混组合梁的弯矩设计值，weff,i为相应的钢混组合梁的抗弯模量，且i'为钢混组合梁截面的惯性矩，为钢混组合梁截面的形心高度，γ0为结构重要性系数，f为钢混组合梁的强度设计值；
13、步骤303、根据公式vu＝fvdaw，计算钢混组合梁的抗剪承载力vu，当γ0vd≤vu时，执行步骤304，当γ0vd＞vu时，执行步骤五；
14、其中，vd为钢混组合梁的剪力设计值，fvd为钢腹板的抗剪强度设计值，aw为钢腹板的截面面积；
15、步骤304、根据钢混组合梁在弯矩和剪力共同作用下的影响，利用公式计算钢腹板的最大折算应力；
16、其中，σ1和τ1分别为钢腹板同一点上同时产生的正应力和剪应力，fd为钢腹板的抗拉强度设计值；
17、步骤四、对钢混组合梁进行正常使用极限状态验算：利用有限元分析软件分别按荷载的标准组合和准永久组合进行加载，并考虑组合梁滑移效应的折减刚度b，计算钢混组合梁的挠度值ω，即通过公式计算，当时，得到最终的钢腹板的厚度和钢底板的厚度，当时，执行步骤五；
18、其中，e为钢混组合梁的弹性模量，ieq为钢混组合梁的换算截面惯性矩，ξ为刚度折减系数，l为桥梁计算跨径；
19、步骤五、更换数值并重新验算：在d1～d2中重新选择一个数值作为钢腹板的厚度，在d3～d4中重新选择一个数值作为钢底板的厚度，然后执行步骤302。
20、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
21、1、本专利技术基于相邻主梁的协同变形原理，设计了符合灾后快速更换主梁的方法，通过采用标准尺寸的工字型钢梁配合混凝土顶板，形成钢混组合梁，以便更换已出现严重破坏或落梁的原桥梁结构，解决了传统加固方法施工周期较长、施工工序复杂、吊装困难、对原结构破坏较大、无法满足灾后快速更换需求等问题，且工字型钢梁施工快速，可以实现主梁的快速替换，应急应变能力强。
22、2、本专利技术采用多元线性回归分析，对更换后的钢混组合梁与原混凝土梁的变形进行适配拟合，并计算出可适用的钢腹板和钢底板的厚度范围，并经过多次承载能力极限状态和正常使用极限状态的验算，选定最合适的钢腹板和钢底板的厚度数值，便于在不同工况下及时选择不同尺寸数值的工字型钢梁，形成一套钢混组合梁等效替换原混凝土桥梁的合理构造和理论体系，该体系可靠稳定，使用效果好。
23、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钢混组合梁快速替换常规混凝土梁的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种钢混组合梁快速替换常规混凝土梁的施...
【专利技术属性】
技术研发人员：石雄伟，雷浪，刘颜滔，侯陪源，赵文煜，苗建宝，张小亮，赵庭，李京，柯亮亮，王剑飞，
申请(专利权)人：西安公路研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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