本發(fā)明涉及橋梁工程，特別是一種適用于雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋的系桿拱加固結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

大量的雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋投入使用后，常會出現(xiàn)一些病害，其中較為典型的病害是連續(xù)剛構(gòu)橋中跨的跨中產(chǎn)生過大的下?lián)稀?/p>

針對這一技術(shù)問題，cn102322019a專利文獻(xiàn)公開了一種系桿拱-t型剛構(gòu)協(xié)作體系橋。該體系是在一般t型剛構(gòu)主梁中增設(shè)混凝土拱肋、系桿及吊桿，t型剛構(gòu)采用混凝土材料。其工程造價比同等跨徑的斜拉橋或懸索橋低，適合于大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)；采用拱體系，使結(jié)構(gòu)沒有水平推力，對基礎(chǔ)要求低。

但將該技術(shù)應(yīng)用于解決雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋的上述病害時存在以下技術(shù)障礙：

(1)缺乏完整、有效的施工技術(shù)方案；

(2)系桿拱拱腳處缺乏有效的錨固方法；

(3)上述專利文獻(xiàn)未確定系桿的張拉力，而過大施加系桿張拉力可能造成拱座橫梁的破壞和主拱圈受力的重新分配；系桿張拉力不足，則主拱圈在拱腳處會產(chǎn)生水平推力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提供一種結(jié)構(gòu)簡單、施工技術(shù)方案完善、施工快捷、安全可靠和經(jīng)濟性好的雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋系桿拱加固結(jié)構(gòu)及其施工方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋系桿拱加固結(jié)構(gòu)，包括主拱圈、系桿和吊桿；其特點是：

所述主拱圈由混凝土拱肋和分別與混凝土拱肋兩端相接的兩個鋼制拱座構(gòu)成，主拱圈的拱軸線為二次拋物線；所述兩個鋼制拱座分別埋設(shè)在拱座橫梁中，拱座橫梁置于橋墩上方、雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋兩幅的內(nèi)腹板之間；所述系桿的數(shù)量為3～10道(按拱座橫梁的橫橋向?qū)挾冗x取)，每道系桿分別穿過水平均勻間隔埋設(shè)在拱座橫梁中的導(dǎo)管a，兩端張拉后錨固在兩個拱座橫梁上；沿順橋向以連續(xù)剛構(gòu)橋的中跨中心線為中心有相互對稱、均勻間隔布置于雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋兩幅的內(nèi)腹板之間的吊桿錨固橫梁，吊桿錨固橫梁中有豎向埋設(shè)的導(dǎo)管b；混凝土拱肋中有與導(dǎo)管b上下豎直對應(yīng)、豎向埋設(shè)的導(dǎo)管c；所述吊桿的上下兩端分別穿過相互對應(yīng)的導(dǎo)管c和導(dǎo)管b，張拉后錨固在混凝土拱肋和吊桿錨固橫梁上；

所述拱座橫梁順橋向長度bgz＝0.3l0～0.6l0，橫橋向?qū)挾鹊扔赿b，高度hgz按下式計算得出：

其中：

l0：主梁零號塊長度(m)，

roundup[number，num_digits]，number為需要向上舍入的任意實數(shù)，num_digits舍入后的數(shù)字的小數(shù)位數(shù)(如roundup[5.325，1]＝5.4，再如roundup[3，1]＝3.0)，

ec：拱座橫梁混凝土的彈性模量(mpa)，

bgz：拱座橫梁順橋向長度(m)，

db：兩內(nèi)腹板的凈距(m)，

f：拱軸線的矢高(m)，

l：中跨跨徑(m)，

nml：汽車荷載在拱腳處產(chǎn)生的最大軸向壓力(kn)，可通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出，

nd：張拉吊桿在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力(kn)，可通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出，

ng：主拱圈自重在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力(kn)，可通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出，

[δ]：拱座橫梁水平位移的允許值(mm)，可通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出；

所述每道系桿中鋼絞線的根數(shù)n按下式計算得出：

式中：

roundup[number，num_digits]，number為需要向上舍入的任意實數(shù)，num_digits舍入后的數(shù)字的小數(shù)位數(shù)(如roundup[5.325，1]＝5.4，再如roundup[3，1]＝3.0)，

f：拱軸線的矢高(m)，

l：中跨跨徑(m)，

σcon：鋼絞線的張拉控制應(yīng)力，其取值為1302～1395(mpa)，

ap1：單根鋼絞線的截面面積(mm²)，

nps：系桿的道數(shù)，

nml：汽車荷載在拱腳處產(chǎn)生的最大軸向壓力(kn)，可通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出，

nd：張拉吊桿在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力(kn)，可通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出，

ng：主拱圈自重在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力(kn)，可通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出。

上述雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋系桿拱加固結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：

步驟一、構(gòu)筑拱座橫梁

對所述置有拱座橫梁處的雙幅的內(nèi)腹板表面進(jìn)行鑿毛、植筋后涂刷環(huán)氧樹脂，然后搭設(shè)模板、綁扎拱座橫梁鋼筋、澆筑混凝土形成拱座橫梁，同時在拱座橫梁的上方開設(shè)孔洞，通過孔洞在每個拱座橫梁中預(yù)埋鋼制拱座，并在拱座橫梁中預(yù)埋供系桿穿越的導(dǎo)管a；

步驟二、構(gòu)筑吊桿錨固橫梁

對所述置有吊桿錨固橫梁處的雙幅的內(nèi)腹板表面進(jìn)行鑿毛、植筋后涂刷環(huán)氧樹脂，然后搭設(shè)模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土形成吊桿錨固橫梁，同時在吊桿錨固橫梁上方開設(shè)孔洞，穿過孔洞在吊桿錨固橫梁內(nèi)部豎向預(yù)埋供吊桿穿越的導(dǎo)管b；

步驟三、構(gòu)筑混凝土拱肋

搭設(shè)模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土形成與鋼制拱座相接的混凝土拱肋，同時在混凝土拱肋中預(yù)埋所述供吊桿穿越的導(dǎo)管c；

步驟四、安裝和張拉系桿

將系桿的兩端分別穿過兩個拱座橫梁中相互對應(yīng)的導(dǎo)管a，按所取張拉力張拉后錨固在拱座橫梁上；

步驟五、張拉吊桿

將吊桿逐個穿過上下豎直相互對應(yīng)的導(dǎo)管b和導(dǎo)管c，按常規(guī)方法進(jìn)行張拉后錨固在吊桿錨固橫梁和混凝土拱肋上，結(jié)束施工。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明按限定的結(jié)構(gòu)尺寸構(gòu)筑拱座橫梁，可有效保證汽車荷載在拱座橫梁拱腳處產(chǎn)生的最大軸向壓力nml、張拉吊桿在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力nd和主拱圈自重在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力ng等荷載對拱座橫梁的共同作用下(不計系桿的水平拉力的貢獻(xiàn))，水平位移不超過[δ]，確保拱座橫梁的剛度既能使主拱圈處于良好受力狀態(tài)，又能夠在系桿失效的極端情況下有效保證主拱圈的安全，從而為主拱圈提供可靠的基礎(chǔ)。

(2)因過大施加系桿張拉力可能造成拱座橫梁的破壞和主拱圈受力的重新分配，本發(fā)明中拱座橫梁中系桿的道數(shù)按拱座橫梁的橫橋向?qū)挾冗x定后，單道系桿中鋼絞線的根數(shù)按計算公式求得，可恰好平衡汽車荷載在拱腳處產(chǎn)生的最大軸向壓力nml、張拉吊桿在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力nd和主拱圈自重在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力ng等荷載在拱座橫梁上產(chǎn)生的水平力，使拱座橫梁和主拱圈處于最佳受力狀態(tài)。

(3)本發(fā)明通過在拱座橫梁上設(shè)置主拱圈，僅需1套系桿拱加固結(jié)構(gòu)即可完成雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋的加固，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，可省去一半工程量，節(jié)省工期，經(jīng)濟性好。

(4)本發(fā)明為有效解決雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋中跨的跨中下?lián)线^大的病害提供了一套完整、有效、獨特的施工技術(shù)方案。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋系桿拱加固結(jié)構(gòu)的立面示意圖，圖中zxx表示中跨中心線，gzx表示主拱圈的拱軸線；

圖2為圖1的a-a剖視圖；

圖3為圖1的b-b斷面圖；

圖中：1-雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋，2-拱座橫梁，3-內(nèi)腹板，4-錨固橫梁，51-導(dǎo)管a，52-導(dǎo)管b，53-導(dǎo)管c，6-主拱圈，61-混凝土拱肋，62-鋼制拱座，7-吊桿，8-系桿，9-橋墩。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本實施例待加固雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋1的橋梁組合為(65+120+65)m，該橋中跨跨徑l＝120m，主梁零號塊長度l0＝10m，兩幅的內(nèi)腹板3的凈距db＝10m，其中跨的跨中下?lián)?8.0cm。

采用本發(fā)明對其進(jìn)行加固的加固結(jié)構(gòu)包括主拱圈6、系桿8和吊桿7；所述主拱圈6由混凝土拱肋61和分別與混凝土拱肋兩端相接的兩個鋼制拱座62構(gòu)成，主拱圈6的拱軸線為二次拋物線，拱軸線的矢高f＝26.7m，混凝土拱肋61截面為4m(順橋向)×2.4m(橫橋向)，壁厚為0.6m；鋼制拱座62截面為4m(順橋向)×2.4m(橫橋向)，壁厚為40mm，采用q345鋼制成；所述兩個鋼制拱座62分別埋在拱座橫梁2中，拱座橫梁分別置于橋墩9上方兩幅的內(nèi)腹板3之間；所述系桿8的數(shù)量為4道，分別通過直徑為φ200mm的4個導(dǎo)管a51相互間隔200cm水平埋設(shè)在拱座橫梁2中，每道系桿的兩端張拉后錨固在兩個拱座橫梁上；順橋向以雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋的中跨中心線為中心有對稱布置于兩幅的內(nèi)腹板3之間、相互間隔為10m的9個吊桿錨固橫梁4，吊桿錨固橫梁長2m、橫橋向?qū)?0m(等于兩內(nèi)腹板的凈距db)、高1m，吊桿錨固橫梁中有豎向埋設(shè)、直徑為φ100mm的導(dǎo)管b52；混凝土拱肋61中有與導(dǎo)管b上下豎直對應(yīng)、豎向埋設(shè)、直徑為φ100mm的導(dǎo)管c53；九個不同長度的吊桿的上下兩端分別穿過相互對應(yīng)的導(dǎo)管c和導(dǎo)管b，張拉后錨固在混凝土拱肋和吊桿錨固橫梁上。

通過建立的橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算得出：

(1)汽車荷載在拱腳處產(chǎn)生的最大軸向壓力nml＝1700kn，

(2)主拱圈自重在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力ng＝15580kn，

(3)張拉吊桿在拱腳處產(chǎn)生的軸向壓力nd＝2100kn，

(4)拱座橫梁水平位移的允許值[δ]＝0.5mm；

所述拱座橫梁2兩內(nèi)腹板的凈距db＝8.5m(等于拱座橫梁橫橋向?qū)挾?、拱座橫梁2順橋向長bgz＝0.3l0～0.6l0，取bgz＝3.5m；拱座橫梁2采用c50混凝土構(gòu)筑，查《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(d62-2004)可得拱座橫梁2混凝土的彈性模量ec＝3.45×10⁴mpa，拱座橫梁高度hgz為：

系桿8共設(shè)置4道(即系桿8的道數(shù)nps＝4)，其中，單道系桿由n根公稱直徑15.20mm、1×7標(biāo)準(zhǔn)型鋼絞線組成；單根鋼絞線的截面面積ap1＝140mm²，鋼絞線的張拉控制應(yīng)力σcon＝1395mpa，單道系桿中鋼絞線的根數(shù)n為：

本實施例系桿拱加固結(jié)構(gòu)的施工包括以下步驟：

步驟一、構(gòu)筑拱座橫梁

對所述置有拱座橫梁處的兩幅的內(nèi)腹板表面進(jìn)行鑿毛、植筋后涂刷環(huán)氧樹脂，然后搭設(shè)模板、綁扎拱座橫梁鋼筋、澆筑c50混凝土形成拱座橫梁，同時在拱座橫梁的上方開設(shè)孔洞，通過孔洞在每個拱座橫梁中預(yù)埋鋼制拱座，并在拱座橫梁中預(yù)埋供系桿穿越的導(dǎo)管a；

步驟二、構(gòu)筑吊桿錨固橫梁

對所述置有吊桿錨固橫梁處的兩幅的內(nèi)腹板表面進(jìn)行鑿毛、植筋后涂刷環(huán)氧樹脂，然后搭設(shè)模板、綁扎鋼筋、澆筑c50混凝土形成吊桿錨固橫梁，同時在吊桿錨固橫梁上方開設(shè)孔洞，穿過孔洞在吊桿錨固橫梁內(nèi)部豎向預(yù)埋供吊桿穿越的導(dǎo)管b；

步驟三、構(gòu)筑混凝土拱肋

搭設(shè)模板、綁扎鋼筋、澆筑c50混凝土形成與鋼制拱座相接的混凝土拱肋，同時在混凝土拱肋中預(yù)埋所述供吊桿穿越的導(dǎo)管c；

步驟四、安裝和張拉系桿

將4道系桿的兩端分別穿過兩個拱座橫梁中相互對應(yīng)的導(dǎo)管a，按所取張拉力σcon＝1395mpa張拉后錨固在拱座橫梁上；

步驟五、張拉吊桿

將吊桿逐個穿過上下豎直相互對應(yīng)的導(dǎo)管b和導(dǎo)管c，按常規(guī)方法進(jìn)行張拉后錨固在吊桿錨固橫梁和混凝土拱肋上，結(jié)束施工。