一種用于提高psc連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系及運(yùn)用其加固的方法
【專利摘要】一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系及運(yùn)用其加固的方法，屬于建筑施工【技術(shù)領(lǐng)域】。通過系桿拱自平衡受力狀態(tài)結(jié)構(gòu)加固PSC連續(xù)箱梁橋，從而提高PSC連續(xù)箱梁橋的承載力；系桿拱布置在PSC連續(xù)箱梁橋橋面中央分隔帶區(qū)域，系桿拱的拱腳布置在橋面上并通過系桿將兩側(cè)的拱腳進(jìn)行受拉連接；將各個(gè)吊桿與箱梁腹板的豎向預(yù)應(yīng)力筋連接，使PSC連續(xù)箱梁橋的箱梁承受的荷載通過豎向預(yù)應(yīng)力筋和吊桿作用于拱肋，使系桿拱輔助箱梁承受橋面上荷載的作用，從而達(dá)到提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的效果。
【專利說明】一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系及運(yùn)用其加固的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系加固方法(PSC:預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土)，通過系桿拱自平衡受力狀態(tài)結(jié)構(gòu)加固PSC連續(xù)箱梁橋，從而提高PSC連續(xù)箱梁橋的承載力；系桿拱布置在PSC連續(xù)箱梁橋橋面中央分隔帶區(qū)域，系桿拱的拱腳布置在橋面上并通過系桿將兩側(cè)的拱腳進(jìn)行受拉連接；將各個(gè)吊桿與箱梁腹板的豎向預(yù)應(yīng)力筋連接，使PSC連續(xù)箱梁橋的箱梁承受的荷載通過豎向預(yù)應(yīng)力筋和吊桿作用于拱肋，使系桿拱輔助箱梁承受橋面上荷載的作用，從而達(dá)到提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的效果，自平衡系桿拱體系加固方法的設(shè)計(jì)使提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力更高效、更簡單、更安全和更經(jīng)濟(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)外對橋梁進(jìn)行加固改造的主要技術(shù)方案如下:
[0003]I)增大梁截面加固法:當(dāng)橋的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時(shí)，通常采用增大構(gòu)件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。但其缺點(diǎn)也非常明顯，由于增大截面不可避免增加了結(jié)構(gòu)自重，所以對于本論文所研究的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋加固不是很適用。
[0004]2)加厚橋面補(bǔ)強(qiáng)法:該技術(shù)是將原有橋面鋪裝層拆除，在橋面板上澆筑一層新的鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，用于提高橋梁的抗彎剛度，這種加固補(bǔ)強(qiáng)方式稱為“加厚法”。但這種方法由于加厚部分使橋梁自重和恒載彎矩增加較多，并且仍然是原結(jié)構(gòu)下緣受拉鋼筋應(yīng)力控制設(shè)計(jì)，故此加固方法一般只適用于跨徑較小的T形梁橋或板橋。該方法同樣對于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋加固不適用。
[0005]3)增大梁肋加固法:增大梁肋加固法常用于T形截面橋，對于這部分橋梁，可以將梁的下緣加寬加強(qiáng)，增大截面面積，并在新混凝土截面中增設(shè)受力主筋。但增大截面不可避免增加了結(jié)構(gòu)自重，所以對于本論文所研究的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋加固不是很適用。
[0006]4)錨噴混凝土:錨噴混凝土是借助噴射機(jī)械，通過管道高壓高速噴射到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上，使其凝結(jié)硬化形成一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，增大原橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但此種加固方法僅在漿砌片石拱橋加固中運(yùn)用較多，并很好解決石拱橋常見災(zāi)害。
[0007]5)增設(shè)縱梁加固法:在墩臺地基安全性能好，并且有足夠承載力的情況下，可增設(shè)承載力較高和剛度較大的縱梁，新梁與舊梁相連接，共同受力。此種為保證新舊混凝土能夠共同工作，必須做好新舊橋之間的橫向連接，加固施工期間要中斷交通，而且存在新增縱梁與原梁受力不同步問題。
[0008]6)黏貼鋼板加固法:是指用膠黏劑把薄鋼板黏貼在混凝土結(jié)構(gòu)表面，通過粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度，把荷載傳遞到鋼板，使鋼板和混凝土協(xié)同工作的一種加固方法。但是存在黏貼鋼板被動受力問題，當(dāng)黏貼鋼板發(fā)揮應(yīng)有的作用時(shí)，被加固梁體往往已變形較大，因此，在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋已經(jīng)發(fā)生較大跨中下?lián)锨闆r下，加固效果不是很理想。
[0009]7)黏貼碳纖維加固法:碳纖維復(fù)合材料加固技術(shù)是將碳纖維布(或板)用樹脂類膠結(jié)材料黏貼于混凝土表面，利用碳纖維的高強(qiáng)度來對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，提高其承載力。雖然碳纖維具有高強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)形狀適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋加固時(shí)，如果要使得碳纖維發(fā)揮作用必須使鋼箱梁發(fā)生較大的變形。因此，采用此加固大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋雖然可以大幅度提高其極限承載力，但對提高正常使用狀態(tài)承載力不夠明顯。
[0010]8)體外預(yù)應(yīng)力加固法:體外預(yù)應(yīng)力加固梁式橋，是改變了梁體原有的受力狀態(tài)的加固方法。對于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋采用體外預(yù)應(yīng)力加固，一般將預(yù)應(yīng)力設(shè)置在箱梁的箱室內(nèi)，但由于箱梁跨中的梁高比較小，使得體外預(yù)應(yīng)力的布置角度受到一定限制，體外預(yù)應(yīng)力的豎向分力有限，而且加固設(shè)計(jì)不當(dāng)還會引起箱梁局部截面應(yīng)力超限，造成附加安全隱患。
[0011]隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通運(yùn)輸量猛增，車輛承載能力不斷攀升；同時(shí)，規(guī)范設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值較低導(dǎo)致大量橋梁承載力不足，使用短期間易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞。針對目前常規(guī)橋梁加固方案用于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋技術(shù)改造、大幅度提高其承載力方面還存在一定缺陷和不足這一情況。本專利以既有大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋?yàn)檠芯繉ο?，搜集并分析?dǎo)致其承載力不足的主要破壞機(jī)理及缺陷，設(shè)計(jì)出一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系加固方法及施工方法，使提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力更高效、更簡單、更安全和更經(jīng)濟(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是克服目前在提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力面還存在一定缺陷和不足這一情況，設(shè)計(jì)出一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系加固方法，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征如下:
[0013]自平衡系桿拱體系加固原理:
[0014]利用箱梁I的中腹板2內(nèi)的豎向預(yù)應(yīng)力筋10在頂板24的錨固螺栓11作為吊桿8在箱梁I上的吊點(diǎn)，通過豎向預(yù)應(yīng)力筋10和吊桿8將自重和橋面荷載作用力傳遞給拱肋7，拱肋7受力產(chǎn)生的豎向力傳遞給拱腳9，拱腳9承受作用力傳遞給箱梁I的中腹板2，然后通過橋墩5和基礎(chǔ)6傳遞至地基；拱肋7受力產(chǎn)生的水平向力傳遞給系桿14，使系桿14處受拉狀態(tài)，形成系桿拱結(jié)構(gòu)自平衡受力分擔(dān)箱梁I承受荷載作用；從而以自平衡系桿拱體系加固PSC連續(xù)箱梁橋并提高其承載力；
[0015]自平衡系桿拱體系加固結(jié)構(gòu)包括:
[0016]箱梁1、中腹板2、橋墩5、基礎(chǔ)6、拱肋7、吊桿8、拱腳9、腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋10、錨固螺栓11、拱肋吊點(diǎn)13、系桿14、調(diào)索器15、吊桿連接器16、拱壁18、管內(nèi)混凝土 19、轉(zhuǎn)向塊20、保護(hù)管21、系桿錨固器22、中央分隔帶23、頂板24、底板26 ；
[0017]箱梁I作用在橋墩5上，橋墩5作用于基礎(chǔ)6上，基礎(chǔ)6作用于地基上，箱梁1、橋墩5和基礎(chǔ)6形成標(biāo)準(zhǔn)的三跨連續(xù)箱梁橋；
[0018]箱梁I為PSC材料結(jié)構(gòu)，中央分隔帶23在箱梁I的頂板24之上，腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋10穿過箱梁I的頂板24、中腹板2和底板26，并在分別在頂板24上緣和頂板24下緣通過錨固螺栓11進(jìn)行錨固；
[0019]系桿拱的拱腳9布置在箱梁I橋面上的中央分隔帶23區(qū)域，在拱肋7布置在拱腳9上，吊桿8下端通過吊桿連接器16與腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋10的錨固螺栓11相連，吊桿8上端通過拱肋吊點(diǎn)13與拱肋7相連；系桿拱的拱肋7為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，包括拱壁18和管內(nèi)混凝土 19 ；
[0020]系桿14布置于箱梁I橋面上部將兩側(cè)靠近拱腳9的拱肋7相連，系桿14通過轉(zhuǎn)向塊20穿過預(yù)埋于管內(nèi)混凝土 19的保護(hù)管21并用系桿錨固器22錨固于拱肋7外側(cè)，在系桿14兩側(cè)近拱腳9位置布置調(diào)索器15以供調(diào)節(jié)系桿14拉力；
[0021]根據(jù)以上發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征，其施工方法如下:
[0022]在箱梁1、橋墩5和基礎(chǔ)6組成標(biāo)準(zhǔn)三跨連續(xù)箱梁橋上，將中央分隔帶23清除，將頂板24和底板26的錨固螺栓11的封錨混凝土鑿開并露出錨固螺栓11 ；
[0023]在清除中央分隔帶23的區(qū)域澆筑拱腳9，并在拱腳9上布置拱肋，并在拱壁18內(nèi)部燒筑管內(nèi)混凝土 19 ；
[0024]使系桿14將兩側(cè)靠近拱腳9的拱肋7相連，系桿14通過轉(zhuǎn)向塊20穿過預(yù)埋于管內(nèi)混凝土 19的保護(hù)管21并用系桿錨固器22錨固于拱肋7外側(cè)，在系桿14兩側(cè)近拱腳9位置布置調(diào)索器15 ;調(diào)節(jié)調(diào)索器15使系桿14處于受拉狀態(tài)并使兩側(cè)近拱腳9的拱肋7處于向內(nèi)受拉作用；
[0025]將吊桿8上端通過拱肋吊點(diǎn)13與拱肋7相連，吊桿8下端通過吊桿連接器16與腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋10的錨固螺栓11相連；
[0026]通過連接器15調(diào)整各個(gè)吊桿8的拉力，使拱肋7分擔(dān)作用在箱梁I上的荷載；完成通過自平衡系桿拱體系加固PSC連續(xù)箱梁。
[0027]本發(fā)明可以獲得如下有益效果:
[0028]本發(fā)明一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系加固方法，通過系桿、吊桿和拱肋的對PSC連續(xù)箱梁橋加固作用，使自平衡系桿拱體系加固達(dá)到主動受力的效果，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)加固方法被動受力的缺陷，可以有效改善PSC連續(xù)箱梁橋下?lián)蠁栴}，從而提聞PSC連續(xù)箱梁橋承載力；
[0029]利用PSC連續(xù)箱梁橋原有的中央分隔帶區(qū)域進(jìn)行布置自平衡系桿拱體加固結(jié)構(gòu)，有效減少對原有行車道占用，不影響橋梁的交通使用要求；加固結(jié)構(gòu)的施工主要在中央分隔帶區(qū)域，不中斷交通，減少對交通順暢的影響；
[0030]本發(fā)明一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系加固方法，有效地利用原有結(jié)構(gòu)的腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋作為拱肋吊桿錨點(diǎn)，減少因布置錨點(diǎn)施工不可避免發(fā)生對結(jié)構(gòu)造成的二次損壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1三跨PSC連續(xù)箱梁橋順橋向剖面構(gòu)造圖；
[0032]圖2自平衡系桿拱體系加固PSC連續(xù)箱梁構(gòu)造圖；
[0033]圖3加固前連續(xù)箱梁斷面圖；
[0034]圖4加固后連續(xù)箱梁斷面圖；
[0035]圖中:1為箱梁、2為中腹板、5為橋墩、6為基礎(chǔ)、7為拱肋、8為吊桿、9為拱腳、10為腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋、11為錨固螺栓、13為拱肋吊點(diǎn)、14為系桿、15為調(diào)索器、16為吊桿連接器、18為拱壁、19為管內(nèi)混凝土、20為轉(zhuǎn)向塊、21為保護(hù)管、22為系桿錨固器、23為中央分隔帶、24為頂板、26為底板。

【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對于本發(fā)明作進(jìn)一步的說明；
[0037]利用上述設(shè)計(jì)的一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系加固方法，具體步驟如下:
[0038]步驟一:勘測承載力不足的既有PSC連續(xù)箱梁橋跨中下?lián)现岛托枰岣叱休d力的大小，以確定系桿拱的每根吊桿8的吊桿力和系桿14的拉力；
[0039]步驟二:在箱梁1、橋墩5和基礎(chǔ)6組成標(biāo)準(zhǔn)三跨連續(xù)箱梁橋上，將中央分隔帶23清除，將頂板24和底板26的錨固螺栓11的封錨混凝土鑿開并露出錨固螺栓11 ；
[0040]步驟三:在清除中央分隔帶23的區(qū)域澆筑拱腳9，并在拱腳9上布置拱肋，并在拱壁18內(nèi)部澆筑管內(nèi)混凝土 19 ；
[0041]步驟四:使系桿14將兩側(cè)靠近拱腳9的拱肋7相連，系桿14通過轉(zhuǎn)向塊20穿過預(yù)埋于管內(nèi)混凝土 19的保護(hù)管21并用系桿錨固器22錨固于拱肋7外側(cè)，在系桿14兩側(cè)近拱腳9位置布置調(diào)索器15 ；
[0042]步驟五:據(jù)步驟一提供的參數(shù)，調(diào)節(jié)調(diào)索器15使系桿14處于受拉狀態(tài)并使兩側(cè)近拱腳9的拱肋7處于向內(nèi)受拉作用；
[0043]步驟六:將吊桿8上端通過拱肋吊點(diǎn)13與拱肋7相連，吊桿8下端通過吊桿連接器16與腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋10的錨固螺栓11相連；
[0044]步驟七:據(jù)步驟一提供的參數(shù)，通過連接器15調(diào)整各個(gè)吊桿8的拉力，使拱肋7分擔(dān)作用在箱梁I上的荷載；完成通過自平衡系桿拱體系加固PSC連續(xù)箱梁。
[0045]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，任何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系，其包括:箱梁(I)、中腹板⑵、橋墩(5)、基礎(chǔ)(6)、拱肋(7)、吊桿(8)、拱腳(9)、腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋(10)、錨固螺栓(11)、拱肋吊點(diǎn)(13)、系桿(14)、調(diào)索器(15)、吊桿連接器(16)、拱壁(18)、管內(nèi)混凝土(19)、轉(zhuǎn)向塊(20)、保護(hù)管(21)、系桿錨固器(22)、中央分隔帶(23)、頂板(24)、底板(26)； 箱梁(I)作用在橋墩(5)上，橋墩(5)作用于基礎(chǔ)(6)上，基礎(chǔ)(6)作用于地基上，箱梁(I)、橋墩(5)和基礎(chǔ)(6)形成標(biāo)準(zhǔn)的三跨連續(xù)箱梁橋； 箱梁⑴為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土 PSC材料結(jié)構(gòu)，中央分隔帶(23)在箱梁⑴的頂板(24)之上，腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋(10)穿過箱梁(I)的頂板(24)、中腹板(2)和底板(26)，并在分別在頂板(24)上緣和頂板(24)下緣通過錨固螺栓(11)進(jìn)行錨固；所述中腹板(2)上端與頂板(24)連接，下端與地板(26)連接，且位于中間位置； 系桿拱的拱腳(9)布置在箱梁(I)橋面上的中央分隔帶(23)區(qū)域，拱肋(7)布置在拱腳(9)上，吊桿⑶下端通過吊桿連接器(16)與腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋(10)的錨固螺栓(11)相連，吊桿(8)上端通過拱肋吊點(diǎn)(13)與拱肋(7)相連；系桿拱的拱肋(7)為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，包括拱壁(18)和管內(nèi)混凝土(19)； 系桿(14)布置于箱梁(I)橋面上部將兩側(cè)靠近拱腳(9)的拱肋(7)相連，系桿(14)通過轉(zhuǎn)向塊(20)穿過預(yù)埋于管內(nèi)混凝土(19)的保護(hù)管(21)并用系桿錨固器(22)錨固于拱肋(7)外側(cè)，在系桿(14)兩側(cè)近拱腳(9)位置布置調(diào)索器(15)以供調(diào)節(jié)系桿(14)拉力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系，其特征在于:其適用于標(biāo)準(zhǔn)三跨且為單箱雙室的PSC連續(xù)箱梁橋，還適用于其他一般結(jié)構(gòu)的PSC連續(xù)箱梁橋，包括:兩跨梁、三跨梁、多跨梁的橋跨類型與單箱單室、單箱雙室、單箱多室、多箱多室的箱室類型之間組合成各類結(jié)構(gòu)的PSC連續(xù)箱梁橋。
3.運(yùn)用權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種用于提高PSC連續(xù)箱梁橋承載力的自平衡系桿拱體系進(jìn)行加固的方法，其特征在于: 第一步:在箱梁(I)、橋墩(5)和基礎(chǔ)(6)組成標(biāo)準(zhǔn)三跨連續(xù)箱梁橋上，將中央分隔帶(23)清除，將頂板(24)和底板(26)的錨固螺栓(11)的封錨混凝土鑿開并露出錨固螺栓(11); 第二步:在清除中央分隔帶(23)的區(qū)域澆筑拱腳(9)，并在拱腳(9)上布置拱肋，并在拱壁(18)內(nèi)部澆筑管內(nèi)混凝土(19)； 第三步:使系桿(14)將兩側(cè)靠近拱腳(9)的拱肋(7)相連，系桿(14)通過轉(zhuǎn)向塊(20)穿過預(yù)埋于管內(nèi)混凝土(19)的保護(hù)管(21)并用系桿錨固器(22)錨固于拱肋(7)外側(cè)，在系桿(14)兩側(cè)近拱腳(9)位置布置調(diào)索器(15);調(diào)節(jié)調(diào)索器(15)使系桿(14)處于受拉狀態(tài)并使兩側(cè)近拱腳(9)的拱肋(7)處于向內(nèi)受拉作用； 第四步:將吊桿⑶上端通過拱肋吊點(diǎn)(13)與拱肋(7)相連，吊桿⑶下端通過吊桿連接器(16)與腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋(10)的錨固螺栓(11)相連； 第五步:通過連接器(15)調(diào)整各個(gè)吊桿(8)的拉力，使拱肋(7)分擔(dān)作用在箱梁(I)上的荷載；完成通過自平衡系桿拱體系加固PSC連續(xù)箱梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加固方法，其特征在于: 其適用于標(biāo)準(zhǔn)三跨且為單箱雙室的PSC連續(xù)箱梁橋，還適用于其他一般結(jié)構(gòu)的PSC連續(xù)箱梁橋，包括:兩跨梁、三跨梁、多跨梁的橋跨類型與單箱單室、單箱雙室、單箱多室、多箱 多室的箱室類型之間組合成各類結(jié)構(gòu)的PSC連續(xù)箱梁橋。
【文檔編號】E01D2/04GK104264594SQ201410459457
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】張文學(xué), 陳壯, 李清, 寇文琦, 劉嘯 申請人:北京工業(yè)大學(xué)