(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111629614.2 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 中国建筑第五工程局有限公司 地址 410004 湖南省长 沙市雨花区中意 一 路158号 申请人 中建隧道建 设有限公司 (72)发明人 周帅　于鹏　雷军　曾永平　 谭芝文　刘安双　周建庭　何昌杰　 田卫国　李凯　李水生　郑邦友　 帅建国　陈克坚　 (74)专利代理 机构 四川力久律师事务所 512 21 代理人 刘雪莲 (51)Int.Cl. E01D 19/00(2006.01) E01D 21/00(2006.01)G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种梁拱组合桥受力体系转换设计、 施工方 法及施工装置 (57)摘要 本发明公开了一种梁拱组合桥受力体系转 换设计、 施工方法及施工装置， 应用于梁拱组合 桥技术领域， 包括以下步骤： S1、 建立梁拱组合桥 的有限元模型， 确定各吊杆的张拉顺序； S2、 每张 拉完一批或数批吊杆后， 对系杆用砼梁预应力束 进行联动张拉， 并确定每次的张拉力； S3、 张拉结 束后， 将系杆用砼梁预应力束固定在主梁内； 施 工方法按照上述步骤进行实际张拉施工， 完成后 将系杆用砼梁 预应力束与主梁固定； 施工装置包 括设在主梁内的系杆用砼梁预应力束和预埋管； 该方法能够将张拉施工阶段提供的预应力保持 在桥梁中， 实现临时设施的永久性使用， 具有更 好的施工阶段应力安全储备， 主梁受力情况明 确， 能够更有效地抵抗复杂桥梁施工中的未知风 险。 权利要求书2页 说明书10页 附图7页 CN 114319073 A 2022.04.12 CN 114319073 A 1.一种梁拱组合桥受力体系转换设计方法， 其特征在于， 所述梁拱组合桥包括主梁、 主 拱、 吊杆和系杆用砼梁预应力束， 所述系杆用砼梁 预应力束沿主梁纵向设置于主梁内， 所述 系杆用砼梁预应力束的跨度覆盖所述主拱的跨度， 包括以下步骤： S1、 建立梁拱组合桥的有限元模型， 根据吊杆总根数及桥梁受力特性， 确定各吊杆的张 拉批次顺序； S2、 在有限元模型中按吊杆的张拉批次顺序对吊杆进行安装和 张拉， 每张拉Li批吊杆 后， 在水平方向上对系 杆用砼梁预应力束进行张拉， 其中， i为记录系 杆用砼梁预应力束张 拉次序的变量； S3、 待所有批次的吊杆和系杆用砼梁预应力束张拉阶段结束后， 将系杆用砼梁预应力 束固定在主梁内。 2.根据权利要求1所述的梁拱组合桥受力体系转换设计方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中， 对系杆用砼梁预应力束进 行张拉前， 计算每次张拉的最优张拉力σ *， 并在张拉后记录此 时主梁跨中变形和应力的有限元 结果作为理论 值； 计算系杆用砼梁预应力束的最优张拉力σ *时： 若为第一次张拉， 先设定张拉力优 化初值σ： σ ＝α fpk， 其中， α 为设定初 始值， fpk为系杆用 砼梁预应力束的抗拉强度标准值； 再结合主梁施工期间的拉、 压应力情况， 在张拉力优化初 值σ 的基础上进行迭代优化， 最终确定出第一次张拉的最优张拉力σ *； 若非第一次张拉， 设定张拉力优化初值σ 取值为上一次张拉的最优张拉力σ *； 再结合主 梁施工期间的拉、 压应力情况， 在 张拉力优化初值σ 的基础上进行迭代优化， 最终确定出此 次张拉的最优张拉力σ * 。 3.根据权利要求2所述的梁拱组合桥受力体系转换设计方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中确定系 杆用砼梁预应力束各次的最优张拉力σ *前， 需选取主梁截面k并获取当前施工阶 段主梁截面k处的最小压应力富 余γ， 所述 最小压应力富 余γ通过 下列公式确定： 其中， γ1为预防拉裂的压应力富余， γ2为预防压碎的压应力富余， f[t]为主梁容许拉 应力， f[c]为主梁容许压应力， σc(k)为主梁截面上在当前张拉阶段的压应力， k为主梁截面 的编号。 4.根据权利要求3所述的梁拱组合桥受力体系转换设计方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中确定系杆用砼梁预应力束的最优张拉力σ *的具体步骤为： S21、 以主梁上至少两个截面作为选取截面， 计算当前施工阶段系杆用砼梁预应力束按 张拉力优化初值σ 张拉时各选取截面的最小压应力富 余γ； S22、 设定所述张拉力的搜索步长β， 在张拉力初值σ 的基础上增加搜索步长β， 使所述张 拉力变为σ'， 在张拉力σ'的张拉下， 计算各选取截面的最小压应力富余值γ'； 其中， σ'＝( α +β )fpk； S23、 判断最小压应力富余γ和γ'的大小， 并按下述迭代流程确定当前施工阶段中系 杆用砼梁预应力束的张拉力值σ *： 若γ>γ'， 则令α ”＝α‑β， σ”＝α”fpk， 计算最小压应力富余， 记为γ ”； 若γ”<γ或σ”>权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114319073 A 2σcon， 则记α *＝α， σ *＝σ， 结束该施工阶段的张拉力优化； 否则令α ＝α ”， σ ＝σ”， γ＝γ”， 然后 重复本步骤； 若γ≤γ'， 则令α ”＝α'+β， σ ”＝α”fpk， 计算最小压应力富余， 记为γ ”； 若γ”<γ或σ”> σcon， 则记α*＝α'， σ*＝σ'， 结束该施工阶段的张拉力优化； 否则令α'＝α ”， σ'＝σ”， γ'＝ γ”， 然后重复本步骤； 其中， σcon为系杆用砼梁预应力束最大容许张拉应力。 5.根据权利要求4所述的梁拱组合桥受力体系转换设计方法， 其特征在于， 所述步骤 S21中的选取截面包括主梁的中跨跨中截面A、 中跨1/4截面B、 主梁的主墩处梁截面C、 系杆 用砼梁预应力束的锚固点D处截面。 6.根据权利要求1所述的梁拱组合桥受力体系转换设计方法， 其特征在于， 所述步骤S1 中， 从主拱一端至另一端对所有所述吊杆 逐根进行编号， 共有N 根吊杆， 张拉顺序为： 若N为偶数， 各吊杆先按{[N/2 ‑1,N/2+2],[N/2 ‑3,N/2+4], …}依次张拉， 后按{[N/2,N/ 2+1],[N/2 ‑2,N/2+3], …}依次张拉； 若N为奇数， 则令M＝N+1， 吊杆张拉顺序为： 先按{[M/2],[M/2 ‑2,M/2+2],[M/2 ‑4,M/2+ 4],…}依次张拉， 后依{[M /2‑1,M/2+1],[M /2‑3,M/2+3],...}依次张拉； 其中， 中括 号内的吊杆为同批张拉， 中括 号间的吊杆为按前后顺序分批张拉。 7.根据权利要求1所述的梁拱组合桥受力体系 转换设计方法， 其特征在于， 所述Li的值 与每批次吊杆张拉后主梁的应力变化量之间为负相关， 其中， 1≤Li＜n， n为吊杆张拉的总 批次数。 8.一种梁拱组合桥受力体系转换施工方法， 其特征在于， 在实际施工 中， 按照权利要求 1‑7任一所述的设计方法中所述吊杆和所述系杆用砼梁预应力束的张拉过程进行实际施 工， 待所有批次的张拉施工 完成后， 通过混凝 土将系杆用砼梁预应力束固定在主梁内。 9.根据权利要求8所述的梁拱组合桥受力体系转换施工方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中， 还需记录每一次系 杆用砼梁预应力束张拉时主梁跨中变形和应力的实测 值， 若所有实 测值与理论值的平均相对误差大于预设的容许误差， 通过实测值对有限元模型进行修正， 得出新的系杆用砼梁预应力束张拉力、 主梁跨中变形和应力的理论 值。 10.一种梁拱组合桥受力体系转换的施工装置， 其特征在于， 使用 在权利要求1 ‑8任一 所述系杆用砼梁预应力束的张拉过程中， 包括系 杆用砼梁预应力束和预埋管， 所述预埋管 沿所述主梁纵向设于主梁内， 所述系 杆用砼梁预应力束设于所述预埋管内， 所述系杆用砼 梁预应力束能够分多次进 行张拉操作， 所述张拉操作包括对未进 行张拉的所述系杆用砼梁 预应力束进行张拉、 对已进行张拉的所述系杆用砼梁预应力束增加张拉力、 对已进行张拉 的所述系杆用砼梁预应力束降低张拉力共三种操作方式， 所述张拉操作根据所述步骤S2中 的最优张拉力σ *变化情况确定， 所述预埋管用于灌注混凝土浆， 以将所述系 杆用砼梁预应 力束固定在所述主梁内。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114319073 A 3