CN109537476B - 销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，属于土木工程悬索桥维修加固工程技术领域，包括永久索夹（18），所述永久索夹（18）的下方设置有箱型梁耳板（16），永久索（17）的顶端与所述永久索夹（18）相连，所述永久索（17）的底端与所述箱型梁耳板（16）相连。本发明提供的一种销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，在吊索更换时，不需要临时索张拉至待更换吊索的索力为零再拆除，而是直接利用自平衡装置，利用千斤顶拽拉待更换吊索，使待更换吊索的销轴应力为零，对既有悬索桥的主缆、加劲梁的线形和内力挠动小，结构安全。

Description

销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置

技术领域

本发明涉及一种销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，属于土木工程悬索桥维修加固工程技术领域。

背景技术

悬索桥吊索是悬索桥构件中最容易受损、最关键的受力构件之一，设计使用年限仅为20年，而悬索桥的设计年限一般为100年以上，因此在悬索桥的设计使用年限期间，吊索至少要更换4-6次。

相对于建桥时的吊索安装，服役期间悬索桥吊索更换已经没有锚道和起重吊装设备可以利用，面临不中断交通、高空作业、施工面狭窄等问题，且存在拆除旧索和安装新索两种施工，施工工艺复杂。如果选用的悬索桥吊索托换体系不佳，吊索更换施工过程中很容易影响悬索桥结构的线形及内力，使更换前后的结构内力、线形发生很大变化。可见，悬索桥的吊杆更换具有难度大、施工工艺复杂、更换成本高的特点。

虽然国内有了江阴长江大桥、抚顺天湖自锚式混凝土悬索桥以及汕头海湾大桥出现更换吊索的案例，但相关技术资料仍较少。文献《大跨径悬索桥异响钢丝绳短吊索的检测和更换》和专利1（CN207685669U）公布了江阴大桥短吊索更换的装置和过程，其核心技术是在永久索的一侧布置临时索，张拉使永久索的索力降为零，然后拆除吊索。该方法采用单点更换，当临时索张拉较小时，待更换吊索存在索力，销轴拆除困难；当临时索索力张拉至待更换吊索索力为零时，临时索的索力非常大，吊耳耳板已经屈服，发生塑性变形，同时，临时索力大对主缆和加劲梁的线形挠动也大。专利2（CN202214681U）介绍了一种悬索桥的吊索更换装置，它在待更换吊索的一侧安装临时索张拉装置，并布置穿心式荷载传感器进行实时监控。公布一种短吊索更换装置，也是在临时吊索的一侧布置临时张拉装置，通过张拉使待更换吊索索力下降，存在同专利1同样的问题。专利3（CN106480822A）公布了一种悬索桥吊索更换系统及更换悬索桥吊索的方法，该方法给出了旧索拆除后或新索安装前如何放索和挂索的过程，并未给如何使待更换吊索索力为零的施工过程和装置,而缺失的该部分是悬索桥吊索更换的核心和关键内容。文献《汕头海湾大桥试验吊索更换工程施工和监控》公布了一种悬索桥吊索更换方式，它首先在桥面设置桁架，支撑于相邻吊索横梁，利用原主梁预制节段吊装施工时设置的吊装孔，将梁体预起吊。然后，按照两种方式进行吊索的更换：一种是对吊索的锚栓接长，在锚板与接长的锚栓上设置上、下支撑架，中间布置千斤顶，驱动千斤顶顶升上下支撑架，松动原锚栓的螺母，实现更换。另一种方式是加劲梁上、下设置反力梁，通过顶升上反力梁卸载吊索内力，实现吊索更换。毫无疑问，这种换索的方案比之前方案具有明显的优势，它只需将梁体预起吊400 kN就可以，而不用使待更换吊索的索力降为零，从而实现对悬索桥加劲梁线形和内力干挠最少的目标。为了克服单点吊单点更换时，临时索索力过大的问题，江阴大桥在最近的一根吊索更换时，采用五吊点起吊更换一根吊索的方案，成功实现了吊索的更换。该方法有施工作业面多，对既有桥梁的状态影响大、范围广的特点。

可见，国内对悬索桥吊索更换技术已经有较深的研究。但本发明依托润扬大桥吊索更换工程，所遇到的吊索更换问题出现了一些新的情况：一是润扬大桥的钢锚箱耳板的构造不同于江阴大桥和汕头海湾大桥，它预留了两个吊耳孔，而江阴大桥只预留了一个吊耳孔，汕头海湾大桥主梁采用的是单箱三室薄壁鱼腹式断面的预应力钢筋砼箱梁，没设吊耳板。 二是各座桥的吊索形式各不相同。江阴大桥的吊索采用钢丝绳，两端采用销轴式叉形耳板吊索，锚杯做成花瓶形；汕头海湾大桥则采用骑跨式钢丝绳吊索，与加劲梁的连接采用预埋锚栓式。而润扬大桥的吊索采用平行钢丝，虽然两端采用销轴式叉形耳板，但锚杯做成圆锥形。综上所述，现有的技术手段无法完成润扬大桥的吊索的更换，本发明在充分研究润扬大桥吊索上、下锚固端的构造的基础上，设计出了吊索更换托换体系。

发明内容

本发明针对现有悬索桥吊索更换托换体系不足，结合润扬大桥吊索上、下锚固端的构造，提出了一种销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，解决了悬索桥吊索更换时施工成本高、对桥梁结构现有状态影响大、施工过程复杂、难度大等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，包括永久索夹，所述永久索夹的下方设置有箱型梁耳板，永久索的顶端与所述永久索夹相连，所述永久索的底端与所述箱型梁耳板相连；

所述永久索的中下部两侧对称设置有反力梁，待更换的所述永久索上设置有永久索张拉索夹，所述永久索张拉索夹的两侧均连有向下延伸的永久索张拉杆，所述永久索张拉杆的底端穿过所述反力梁后再依次穿过永久索张拉撑脚和永久索张拉穿心式千斤顶后固定；

两个所述反力梁的相同端头均搁置于临时吊索张拉锚杯上，所述永久索夹两侧均设置有临时索夹，相同侧的所述临时索夹与所述临时吊索张拉锚杯之间设置有临时索，临时吊索张拉螺杆的底端与临时吊索叉耳梁相连，所述临时吊索叉耳梁的下表面以及所述临时索顶端均设置有临时吊索叉形耳板，临时吊索销轴穿过所述临时吊索叉形耳板上的孔洞而固定；所述临时吊索张拉螺杆的顶端穿出所述临时吊索张拉锚杯后再依次穿过临时吊索张拉撑脚与临时吊索张拉千斤顶后由临时吊索张拉杆螺母固定。

所述永久索的两端均设置有永久吊索叉形耳板，所述永久吊索叉形耳板与所述箱型梁耳板或永久索夹之间通过永久索销轴固定连接。

每个所述临时吊索张拉锚杯上均预留有两个便于所述临时吊索张拉螺杆穿过的通孔，即所述临时吊索张拉螺杆的个数为4个。

在待更换的所述永久索中部，剥除待更换的所述永久索的PE护套，再装夹所述永久索张拉索夹。

所述永久索张拉索夹的装夹部位为距离待更换的所述永久索的锚杯3~5m处。

所述永久索张拉索夹由一对厚度为2~3cm的夹板组成，所述永久索张拉索夹的形状为方形，所述永久索张拉索夹的中部预留有用于使待更换的所述永久索通过的第一贯穿孔以及设置于所述第一贯穿孔两侧的用于使两根所述永久索张拉杆通过的第二贯穿孔，所述永久索张拉索夹的侧面设置有若干贯穿两所述夹板的螺栓固定孔。

所述反力梁为钢箱梁，所述反力梁在锚杯处，与所述永久索平行的位置预留有便于让所述临时吊索张拉螺杆和永久索张拉杆穿过的孔洞。

所述反力梁在受所述永久索张拉穿心式千斤顶作用力位置设置腹板和横向加劲板。

本发明提供的一种销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，托换装置的临时索采用销耳式，临时索夹采用与永久索夹相同的构造形式，临时索夹与临时索通过销轴相连；托换装置的临时索只须张拉至目标索力，无须施加巨大的张拉力，使待更换吊索的索力降为零。临时索的作用一方面是减少待更换吊索的索力（不为零），另一方面是为整个换索过程提供安全保障。

本发明具有以下优点：一、能适应吊耳锚板预留两个吊耳孔，不同吊索间距、吊索长度的各类悬索桥的吊索更换作业；二、临时索采用销耳式，临时索夹采用与永久索夹相同的构造；三、吊索更换时，不需要临时索张拉至待更换吊索的索力为零再拆除，而是直接利用自平衡装置，利用千斤顶拽拉待更换吊索，使待更换吊索的销轴应力为零；四、对既有悬索桥的主缆、加劲梁的线形和内力挠动小，结构安全；五、此托换体系可用于靠近桥塔位置处的吊索更换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中反力梁的结构示意图；

图3为本发明中临时吊索张拉锚杯的结构示意图；

图4为本发明中永久索张拉索夹的结构示意图；

图5为本发明中临时吊索叉耳梁的结构示意图；

图6为本发明中临时索夹的结构示意图；

其中：1 临时索夹；2 临时索；3、临时吊索张拉锚杯；4临时吊索张拉螺杆；5临时吊索叉耳梁；6临时吊索叉形耳板；7 临时吊索销轴；8临时吊索张拉撑脚；9临时吊索张拉千斤顶；10临时吊索张拉杆螺母；11永久索张拉索夹；12永久索张拉撑脚；13永久索张拉穿心式千斤顶；14反力梁；15永久索张拉杆；16箱型梁耳板；17永久索；18永久索夹；19永久索销轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1~图6所示，销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，包括永久索夹18，所述永久索夹18的下方设置有箱型梁耳板16，永久索17的顶端与所述永久索夹18相连，所述永久索17的底端与所述箱型梁耳板16相连；永久索17与永久索夹18/箱型梁耳板16的具体连接方式为：所述永久索17的两端均设置有永久吊索叉形耳板，所述永久吊索叉形耳板与所述箱型梁耳板16或永久索夹18之间通过永久索销轴19固定连接。

所述永久索17的中下部两侧对称设置有反力梁14，待更换的所述永久索17上设置有永久索张拉索夹11，所述永久索张拉索夹11的两侧均连有向下延伸的永久索张拉杆15，所述永久索张拉杆15的底端穿过所述反力梁14后再依次穿过永久索张拉撑脚12和永久索张拉穿心式千斤顶13后由螺母拧紧而固定；

两个所述反力梁14的相同端头均搁置于临时吊索张拉锚杯3上，所述永久索夹18两侧均设置有临时索夹1，相同侧的所述临时索夹1与所述临时吊索张拉锚杯3之间设置有临时索2，临时吊索张拉螺杆4的底端与临时吊索叉耳梁5相连，所述临时吊索叉耳梁5的下表面以及所述临时索2顶端均设置有临时吊索叉形耳板6，临时吊索销轴7穿过所述临时吊索叉形耳板6上的孔洞而固定；所述临时吊索张拉螺杆4的顶端穿出所述临时吊索张拉锚杯3后再依次穿过临时吊索张拉撑脚8与临时吊索张拉千斤顶9后由临时吊索张拉杆螺母10固定。

每个所述临时吊索张拉锚杯3上均预留有两个便于所述临时吊索张拉螺杆4穿过的通孔，即所述临时吊索张拉螺杆4的个数为4个。

优选地，在待更换的所述永久索17中部，剥除待更换的所述永久索17的PE护套，再装夹所述永久索张拉索夹11。进一步优选地，所述永久索张拉索夹11的装夹部位为距离待更换的所述永久索17的锚杯3~5m处，更进一步优选为4 m处。

所述永久索张拉索夹11由一对厚度为2~3cm的夹板组成，进一步优选为2cm，所述永久索张拉索夹11的形状为方形，所述永久索张拉索夹11的中部预留有用于使待更换的所述永久索17通过的第一贯穿孔以及设置于所述第一贯穿孔两侧的用于使两根所述永久索张拉杆15通过的第二贯穿孔，所述永久索张拉索夹11的侧面设置有若干贯穿两所述夹板的螺栓固定孔。螺栓穿过螺栓固定孔，通过拧紧螺栓将永久索17夹住，其永久索张拉索夹11的长度根据拽拉力依据悬索桥设计规范确定。

所述反力梁14为钢箱梁，所述反力梁14在锚杯处，与所述永久索17平行的位置预留有便于让所述临时吊索张拉螺杆4和永久索张拉杆15穿过的孔洞。

所述反力梁14在受所述永久索张拉穿心式千斤顶13作用力位置设置腹板和横向加劲板，以增强局部稳定性。

本实施例的装置充分利用润扬桥现有的一对耳板预留销轴孔，在永久索夹18左右，各布置一对临时索2。临时索2一端采用销耳式，另一端采用张拉冷铸式的临时吊索张拉锚杯3，临时吊索张拉锚杯3的两侧预留两个孔洞，便于临时吊索张拉螺杆4穿过。在临时吊索张拉锚杯3的上侧，搁置反力梁14、临时吊索张拉撑脚8、临时吊索张拉千斤顶9和临时吊索张拉杆螺母10。

本实施例涉及的托换装置由临时索夹1、临时吊索叉形耳板6、临时索2、临时吊索张拉锚杯3、临时吊索张拉螺杆4、临时吊索张拉撑脚8、临时吊索张拉千斤顶9、临时吊索张拉杆螺母10、临时吊索叉耳梁5、永久索张拉杆15、永久索张拉索夹11、永久索张拉穿心式千斤顶13、永久索张拉撑脚12、永久索张拉杆螺母，反力梁14等组成。该托换装置的主要技术特征如下：

1.托换装置的临时索2上端与临时索夹1连接采用销轴式，临时索夹1采用与永久索夹18相同的形式。

2.托换装置的临时索2下端是临时吊索张拉锚杯3，临时吊索张拉锚杯3的两侧预留孔洞，便于临时吊索张拉螺杆4穿过。临时吊索张拉螺杆4的下端与叉耳连接。临时吊索张拉千斤顶9顶推牵引临时吊索张拉螺杆4，对临时索2施加索力。临时索2的作用一方面是对永久索17起卸载作用，另一方面是对待更换吊索施工过程起安全防护作用。

3.托换装置中既有钢箱梁、钢箱梁耳板16、永久索销轴19、临时吊索销轴7、临时吊索叉耳梁5、临时吊索张拉螺杆5及临时吊索张拉杆螺母10、反力梁14组成一个自平衡系统，用于永久索17的更换。

4.在距离待更换永久索17的锚杯4m处，剥除待更换永久索17的PE护套，安装永久索张拉索夹11，永久索张拉杆15，永久索张拉撑脚12及永久索张拉穿心式千斤顶13等。

5.永久索张拉穿心式千斤顶13工作时，在永久索张拉穿心式千斤顶13的底座力的传递过程是：永久索张拉穿心式千斤顶13→反力梁14→临时吊索张拉杆螺母10→临时吊索张拉螺杆4→临时吊索叉耳梁5→临时吊索销轴7→箱型梁耳板16。在永久索张拉穿心式千斤顶13的另一端，永久索张拉穿心式千斤顶13的力传递方式是：永久索张拉穿心式千斤顶13→永久索张拉杆的螺母→永久索张拉杆15→永久索张拉索夹11→待更换永久索17。本实施例的托换装置将起卸载作用的临时索体系与永久索更换的反力梁体系合二为一，使该体系具有双重作用。

6. 永久索17更换时，由于临时索2只是对待更换永久索17起略微卸载和安全防护作用，而永久索张拉穿心式千斤顶13将原来销轴承担的索力转移至永久索张拉杆15去承担，对永久索17的索力既不会增加，也不会减少。因此，采用上述吊索更换方式，吊索施工对主缆、主梁及吊索的内力和线形影响较小，对周围索力的影响也小。

7.由于该吊索更换方法对原结构的干挠变化降低至最低，因此吊索更换时施工安全，便捷。

8.相对于一些悬索桥更换采用三吊点或五吊点更换一吊点处吊索的方案，本吊索更换方案只需在待更换吊索位置上布置即可，减少了施工作业面和施工临时设施，解决了施工复杂以及施工工期长等问题。

本实施例的施工过程如下：

步骤1：施工前准备

依据吊索托换装置尺寸图，放样、下料、拼装、钻孔、焊接。检测待更换吊索的索力及施工前的准备工作（卷扬机、材料、构件等）；

步骤2：临时索安装

安装临时索夹1、临时索2、临时吊索张拉锚杯3、临时吊索叉耳梁5、临时吊索张拉螺杆4、反力梁14、临时吊索张拉撑脚8、临时吊索张拉千斤顶9、临时吊索张拉杆螺母10，然后张拉临时索2至目标索力，使旧的永久索17部分索力转移至临时索2；

步骤3：永久索张拉索夹及更换托换装置安装

安装待更换的永久索17的永久索张拉索夹11，永久索张拉杆15、永久索张拉撑脚12、永久索张拉穿心式千斤顶13，并用螺母拧紧。

步骤4：待更换永久索拆除

用永久索张拉穿心式千斤顶13顶推反力梁14，牵引永久索张拉杆15，张拉待更换永久索17，使旧的永久索17的索力转移至永久索张拉杆15，而使永久索销轴19处于无应力状态，拆除永久索销轴19，然后永久索张拉穿心式千斤顶13缓慢卸载，拆除永久索张拉索夹11及永久索张拉杆15，拆除旧永久索17；然后用卷扬机拆除旧永久索17上端销轴，并将旧索缓慢放置桥面。

步骤5：新索安装

新的永久索17由卷扬机牵引安装上端销轴，然后安装新索张拉用的永久索张拉索夹11及永久索张拉杆15，用永久索张拉穿心式千斤顶13顶推反力梁14及新索的永久索张拉杆15，张拉新索，使新索的叉形耳板销轴孔与箱型梁耳板16预留孔同心，安装永久索销轴19，拆除永久索张拉索夹11及永久索张拉杆15；

步骤6:重复以上步骤4和步骤5，拆除另一根旧索，安装另一根新索；

步骤7：拆除托换装置和临时索

拆除吊索更换托换装置：临时索2、临时吊索张拉锚杯3、临时吊索张拉螺杆4及临时索夹1、临时吊索叉耳梁5等，临时索2索力转移至一对新永久索17，吊索索力重新分配，吊索更换完毕。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：包括永久索夹（18），所述永久索夹（18）的下方设置有箱型梁耳板（16），永久索（17）的顶端与所述永久索夹（18）相连，所述永久索（17）的底端与所述箱型梁耳板（16）相连；

所述永久索（17）的中下部两侧对称设置有反力梁（14），待更换的所述永久索（17）上设置有永久索张拉索夹（11），所述永久索张拉索夹（11）的两侧均连有向下延伸的永久索张拉杆（15），所述永久索张拉杆（15）的底端穿过所述反力梁（14）后再依次穿过永久索张拉撑脚（12）和永久索张拉穿心式千斤顶（13）后固定；

两个所述反力梁（14）的相同端头均搁置于临时吊索张拉锚杯（3）上，所述永久索夹（18）两侧均设置有临时索夹（1），相同侧的所述临时索夹（1）与所述临时吊索张拉锚杯（3）之间设置有临时索（2），临时吊索张拉螺杆（4）的底端与临时吊索叉耳梁（5）相连，所述临时吊索叉耳梁（5）的下表面以及所述临时索（2）顶端均设置有临时吊索叉形耳板（6），临时吊索销轴（7）穿过所述临时吊索叉形耳板（6）上的孔洞而固定在箱型梁耳板（16）上；所述临时吊索张拉螺杆（4）的顶端穿出所述临时吊索张拉锚杯（3）后再依次穿过反力梁（14）、临时吊索张拉撑脚（8）与临时吊索张拉千斤顶（9）后由临时吊索张拉杆螺母（10）固定。

2.根据权利要求1所述的销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：所述永久索（17）的两端均设置有永久吊索叉形耳板，所述永久吊索叉形耳板与所述箱型梁耳板（16）或永久索夹（18）之间通过永久索销轴（19）固定连接。

3.根据权利要求1所述的销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：每个所述临时吊索张拉锚杯（3）上均预留有两个便于所述临时吊索张拉螺杆（4）穿过的通孔，即所述临时吊索张拉螺杆（4）的个数为4个。

4.根据权利要求1所述的销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：在待更换的所述永久索（17）中部，剥除待更换的所述永久索（17）的PE护套，再装夹所述永久索张拉索夹（11）。

5.根据权利要求4所述的销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：所述永久索张拉索夹（11）的装夹部位为距离待更换的所述永久索（17）的锚杯3~5m处。

6.根据权利要求1所述的销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：所述永久索张拉索夹（11）由一对厚度为2~3cm的夹板组成，所述永久索张拉索夹（11）的形状为方形，所述永久索张拉索夹（11）的中部预留有用于使待更换的所述永久索（17）通过的第一贯穿孔以及设置于所述第一贯穿孔两侧的用于使两根所述永久索张拉杆（15）通过的第二贯穿孔，所述永久索张拉索夹（11）的侧面设置有若干贯穿两所述夹板的螺栓固定孔。

7.根据权利要求1所述的销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：所述反力梁（14）为钢箱梁，所述反力梁（14）在锚杯处，与所述永久索（17）平行的位置预留有便于让所述临时吊索张拉螺杆（4）和永久索张拉杆（15）穿过的孔洞。

8.根据权利要求1或7所述的销耳式双临时索自平衡拽拉式悬索桥吊索更换托换装置，其特征在于：所述反力梁（14）在受所述永久索张拉穿心式千斤顶（13）作用力位置设置腹板和横向加劲板。