[發(fā)明專利]一種基于破損安全理論的吊桿系統(tǒng)及確定吊桿截面積的方法

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• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109098079A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李睿;王鵬;楊琴
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于破損安全理論的吊桿系統(tǒng)及確定吊桿截面積的方法，吊桿系統(tǒng)包括主承重吊桿、安全吊桿裝置、錨固裝置；所述安全吊桿裝置包括安全吊桿、橡膠墊塊；所述錨固裝置包括墊圈Ⅰ、墊圈Ⅱ、螺母；所述主承重吊桿、安全吊桿各一根，安全吊桿錨固端設(shè)有外螺紋通過墊圈Ⅰ、橡膠墊塊、墊圈Ⅱ錨固在橋面板下并通過螺母擰緊。本發(fā)明可以在橋梁吊桿破斷時(shí)，安全吊桿可以承受結(jié)構(gòu)帶來的沖擊荷載和自重、活載，并且能維持足夠的時(shí)間去更換吊桿。基于以上兩點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)吊桿更換的方便性，從各個(gè)方面降低了更換吊桿的經(jīng)濟(jì)成本，且結(jié)構(gòu)簡單，更換吊桿的操作簡易可行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于破損安全理論的吊桿系統(tǒng)及確定吊桿截面積的方法，屬于交通運(yùn)輸-橋涵工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，吊桿作為索結(jié)構(gòu)體系橋梁的重要受拉構(gòu)件，主要承受著上部結(jié)構(gòu)帶來的恒載和活載，由于現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論都會有一個(gè)較大的富余度，因此僅在恒載作用下的靜力行為都能夠在設(shè)計(jì)中考慮到。但是吊桿在橋梁運(yùn)營階段，不僅要承受恒載帶來的靜力作用，還需要承受由車輛荷載帶來的一定規(guī)律的交變疲勞應(yīng)力，更甚者，在役索結(jié)構(gòu)橋梁吊桿在荷載與介質(zhì)環(huán)境的聯(lián)合作用甚至耦合作用下極易發(fā)生腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕、氫脆等而斷裂。由于上述原因，橋梁吊桿設(shè)計(jì)的安全系數(shù)一般在2.5以上。

鑒于橋梁在運(yùn)營階段外界環(huán)境以及受力的復(fù)雜性，僅依靠現(xiàn)有的在靜力準(zhǔn)則下的雙吊桿設(shè)計(jì)理論很難在吊桿驟斷的情況下保證其橋梁結(jié)構(gòu)的安全。現(xiàn)有的雙吊桿設(shè)計(jì)理論對疲勞的影響涉及較少，對設(shè)計(jì)壽命和服役后的剩余壽命預(yù)測缺乏統(tǒng)一的規(guī)定，且無法實(shí)現(xiàn)兩根吊桿的應(yīng)力幅差，所以其基本同時(shí)破斷的，其不能增加安全性，同時(shí)還增加了構(gòu)造和工藝的復(fù)雜性。吊桿在承受來自活載和風(fēng)載導(dǎo)致振動而產(chǎn)生的交變應(yīng)力的時(shí)候，容易導(dǎo)致吊桿在遠(yuǎn)低于其靜力強(qiáng)度的情況下而產(chǎn)生疲勞破斷。一般吊桿系統(tǒng)對待此類問題尚沒有較好的解決方案，僅依靠在設(shè)計(jì)階段增大較大的富余度，運(yùn)營階段進(jìn)行日常防護(hù)，無法防止吊桿驟斷的情況發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中單吊桿破斷后，不能繼續(xù)維持橋梁自身安全的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于破損安全理論的吊桿系統(tǒng)及確定吊桿截面積的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于破損安全理論的吊桿系統(tǒng)，包括主承重吊桿1、安全吊桿裝置、錨固裝置；所述安全吊桿裝置包括安全吊桿2、橡膠墊塊4；所述錨固裝置包括墊圈Ⅰ3、墊圈Ⅱ6、螺母5；所述主承重吊桿1、安全吊桿2各一根，安全吊桿2錨固端設(shè)有外螺紋通過墊圈Ⅰ3、橡膠墊塊4、墊圈Ⅱ6錨固在橋面板下并通過螺母5擰緊。

所述安全吊桿2的截面積大于主承重吊桿1的截面積。

一種確定基于破損安全理論的吊桿系統(tǒng)中吊桿截面積的方法，針對破斷前、破斷瞬間、破斷后三種不同的狀態(tài)分析：

主承重吊桿1破斷前滿足：

根據(jù)得出主承重吊桿1、安全吊桿2兩者之間的截面積滿足：其中f₁、f₂分別表示安全吊桿2、主承重吊桿1所用材料的抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值，σ_S、σ_F分別表示安全吊桿2、主承重吊桿1在運(yùn)營狀態(tài)下的應(yīng)力值，m、n分別表示安全吊桿2、主承重吊桿1的安全系數(shù)，表示安全吊桿裝置的剛度，K_p表示橡膠墊塊4的剛度，K_s表示安全吊桿2的剛度，K_F表示主承重吊桿1的剛度，T表示主承重吊桿1、安全吊桿2所受的合力，A_S表示安全吊桿2的截面積，A_F表示主承重吊桿1的截面積；

主承重吊桿1破斷瞬間滿足：

主承重吊桿1破斷瞬間，安全吊桿2所受的力安全吊桿2在主承重吊桿1破斷瞬間的應(yīng)力值且安全系數(shù)從而得出其中β表示動力放大系數(shù)，1＜β＜3；

主承重吊桿1破斷后滿足：

主承重吊桿1破斷后，安全吊桿2在主承重吊桿1破斷后的應(yīng)力值且安全系數(shù)從而得出