一种土建结构自适应水平推力控制装置及控制方法

摘要

一种土建结构自适应水平推力控制装置及控制方法，其特征在于：在被顶推的土建结构体对应两侧各相向连接一个支承块，所述的支承块顶面窄底面宽，一端为斜面，两支承块之间呈顶面宽底面窄的梯形空间；推力杆侧面呈顶面宽底面窄的梯形，推力杆两端斜面的斜率与对应的支承块斜面的斜率相等，推力杆直接放置于梯形空间中，两对斜面呈紧配合，靠斜面接触，使竖向力转化为水平推力。两支承块斜面、推力杆两端斜面各连接有面板，面板摩擦系数f≤0.05。本发明结构简单，施工方便，能够自动适应构件的变形，使水平推力保持在允许范围内，从而保证结构安全。

说明书

技术领域

本发明涉及一种土建结构自适应水平推力控制装置及控制方法，属于土木工程结构设计与施工技术领域，尤其适用于桥梁或建筑等土木工程中结构顶推、体系转换等需要控制水平推力的技术领域。

背景技术

推力杆可以传递水平推力，使得结构能够自平衡，因此，特别适用于基坑支护和拱桥推力传递等结构中。推力杆常用的连接形式为杆件端头与被推结构固定，推力杆的材料为混凝土或钢。无论是混凝土杆还是钢管，都需要依靠自身的压缩来提供推力，相应地，推力杆会出现压缩变形。这意味着需要顶推的结构也出现了变形，进而给结构带来附加内力，特别是当推力较大而截面较小时，推力杆的变形将过大，影响结构安全。

为了减小压缩变形量，通常采用千斤顶施加预应力的方法，但这种方法在实际应用中仍存在一些问题：(1)预加推力可能对结构不利，例如，在拱桥卸载之前施加推力，会增大桥墩的偏心矩，推力只能在拱桥拆除的过程同步增加，即一边卸载一边增加推力，但这样做施工周期和费用都会上升；(2)作用于结构上的收缩、徐变和温度等是不断变化的，使得推力杆的长度也处于不断变化之中，进而影响推力的大小。特别是温度变化，当推力杆较长时，引起的温度变形较大。温度升高，则推力杆伸长，可能造成推力过大；温度降低，则推力杆缩短，可能造成推力消失。为解决这一问题，就必须长期监测推力的变化，并随时调整推力，这将带来巨大的监控成本；(3)为控制变形量，常使用千斤顶提供和控制推力。千斤顶的作用，一方面可以为推力杆施加预压力，消除部分由压缩引起的变形；另一方面可以在推力发生变化的时候，调节推力。但千斤顶的压力不能长时间稳定，漏油等现象时有发生，因此，这样的推力杆在使用中需要不断地进行推力调整，不适用于永久性结构。

可以看出，要解决以上问题，需要一种能够自动保持推力大小的装置，使得不通过千斤顶或其他动力装置，即可提供推力，并能够在压缩、收缩、徐变和温度等作用下将水平推力保持在一定范围内以确保结构的安全。

发明内容

本发明公开了一种土建结构自适应水平推力控制装置及控制方法，其目的在于克服现有施工中采用推力杆端头与被推结构固定的形式进行水平推力控制，对施工所造成的不利影响，如因压力、收缩、徐变和温度等变化，引起结构的变形，以至于产生结构安全隐患。采用本发明控制装置及控制方法，可自动适应由各种原因如压力、收缩、徐变和温度等作用引起的变形，同时能够使水平推力保持在指定范围内，保证土建结构受力均匀，确保结构的安全性。

本发明技术方案如下：

一种土建结构自适应水平推力控制装置，其特征在于：在被顶推的土建结构体对应两侧各相向连接一个支承块，所述的支承块顶面窄底面宽，一端为斜面，两支承块之间呈顶面宽底面窄的梯形空间；推力杆侧面呈顶面宽底面窄的梯形，推力杆两端斜面的斜率与对应的支承块斜面的斜率相等，推力杆直接放置于梯形空间中，两对斜面呈紧配合，推力杆上方设置有配重。

所述的两支承块斜面、推力杆两端斜面各连接有面板，面板的摩擦系数f≤0.05。

所述的支承块斜面宽高之比B∶H≤1∶5。

所述的土建结构自适应水平推力控制装置的控制方法，其特征在于：推力杆两端与支承块靠斜面接触，使竖向力转化为水平推力，水平推力的变化范围满足如下关系式：

F＝[G/(Sinθ+f)，G/(Sinθ-f)]         (1)

其中，F为产生的水平推力；

G为(构件自重+配重)；

θ为斜面倾角，tgθ＝斜面宽高比；

f为面板摩擦系数；

当推力杆自身的重量通过(1)式计算得到的F不能满足推力的需要时，通过增加、减少、取消配重进行调节；或通过改变支承块和推力杆斜面倾角θ；或更换面板材料调整摩擦系数f；或其中任意两种或两种以上方式的组合；以控制水平推力的变化范围。

所述的推力杆可采用混凝土材料或钢制作。

本发明结构简单，使用方便，由构件自重或其配重提供竖向力，无需千斤顶或马达等机械或动力装置，通过斜面的作用，使得由推力杆自重及配重产生的竖向力成倍放大成水平推力，并通过摩擦系数控制水平推力的变化范围。无论构件由于什么原因产生了水平变形，本装置都能够适应。当构件伸长时，推力增加，当超出推力上限时，构件上滑；当构件缩短时，推力减小，当超出推力下限时，构件下滑。这样所产生的推力始终能够保持在允许范围内，从而保护结构的安全。

本发明最大的优点和积极效果是：

(1)结构简单，易于实施，无须预加推力，不会给结构带来附加的推力；

(2)能够自动适应构件的变形，使水平推力保持在允许范围内，从而保证结构安全；

(3)无需千斤顶或马达等机械或动力装置，便于长期使用，可做成永久性结构。

本发明尤其适用于桥梁、建筑等土木工程中结构顶推、体系转换等需要控制水平推力的领域。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

1.被顶推的土建结构体，2.支承块，3.面板，4.推力杆，5.配重，θ.斜面倾角，H.斜面高度，B.斜面宽度。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构和方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

一种土建结构自适应水平推力控制装置，如图1所示：在被顶推的土建结构体1的对应两侧各相向连接一个支承块2，所述的支承块2顶面窄底面宽，一端为斜面，两支承块之间呈顶面宽底面窄的梯形空间；推力杆4侧面呈顶面宽底面窄的梯形，推力杆两端为斜面，两斜面的斜率与对应的支承块2斜面的斜率相等，推力杆4直接放置于梯形空间中，两对斜面呈紧配合，控制方法是靠斜面接触，使竖向力转化为水平推力。

两支承块斜面和推力杆斜面各连接有采用光滑材料制作的面板3，本发明采用四氟板，摩擦系数f≤0.05。

支承块斜面宽高之比B∶H≤1∶5，以保证斜面倾角θ较小，能产生足够大的推力。

推力杆4上方连接有配重5，水平推力的变化范围满足如下关系式：

F＝[G/(Sinθ+f)，G/(Sinθ-f)]            (1)

其中，F为产生的水平推力；

G为(构件自重+配重)；

θ为斜面倾角，tgθ＝斜面宽高比；

f为面板3摩擦系数。

当推力杆4自身的重量通过(1)式计算得到的F不能满足推力的需要时，可通过增加、减少或取消配重5进行调节；或通过改变支承块和推力杆斜面倾角θ；或更换面板材料以调整摩擦系数f；或其中任意两种或两种以上方式的组合；以控制水平推力的变化范围。

当推力杆4由于温度升高引起长度增加时，推力会增大，当推力超过计算的推力上限时，则会使推力杆4整体上滑，以保持推力的稳定；由于推力杆4的长度变化量一般都很小，即使斜面斜率较大，所引起的推力杆4的上滑量也不大。当斜面的宽高比B∶H在1∶5时，假设推力杆4的伸长量为10mm，则上滑量仅为5cm，若此时面板3的摩擦系数为0.01，则水平推力的变化范围大约在[-5％，+5％]。当温度降低引起推力杆4长度减小时，推力杆4下滑而水平推力仍能保持稳定。

当推力杆4自身的重量已可以满足推力的需要时，可以取消配重5；如果所需要的推力杆4长度较大，使用普通混凝土材料难以满足强度和稳定性要求时，可采用预应力混凝土或轻质高强的材料如钢管来制作推力杆4。