一種用于加固大跨度連續(xù)梁橋的非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程專業(yè)的橋梁結(jié)構(gòu)工程的橋梁加固技術(shù)領(lǐng)域，通過房建專業(yè)大跨空間結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的張弦梁結(jié)構(gòu)技術(shù)與橋梁加固技術(shù)結(jié)合和改進(jìn)，提出一種非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)并用與加固大跨度連續(xù)梁橋。
【背景技術(shù)】
[0002]橋梁的建設(shè)發(fā)展至今，由于簡支梁橋跨徑相對較小、大多采用預(yù)制裝配式施工，使其加固技術(shù)簡單且主梁更換造價較低。因此，簡支梁橋出現(xiàn)病害致承載力不足時往往通過現(xiàn)有被動加固技術(shù)即可達(dá)到預(yù)期加固效果，出現(xiàn)病害嚴(yán)重致承載力嚴(yán)重不能滿足要求時，往往通過更換主梁方式解決。
[0003]但是大跨度的連續(xù)梁橋，由于其跨徑較大、結(jié)構(gòu)規(guī)模較大且復(fù)雜，使其加固技術(shù)復(fù)雜，且主梁更換造價較高。而且大跨度連續(xù)梁橋往往是跨越江河峽谷或既有線的交通干線，造成其加固難度更大且對交通中斷影響的敏感性較高。
[0004]目前，國內(nèi)外對大跨度連續(xù)梁橋加固改造技術(shù)主要分為被動加固技術(shù)和主動加固技術(shù)。
[0005]被動加固技術(shù)包括:①增大梁截面加固法、②加厚橋面補(bǔ)強(qiáng)法、③增大梁肋加固法、④錨噴混凝土、⑤增設(shè)縱梁加固法、⑥黏貼鋼板加固法及⑦黏貼碳纖維加固法。由于大跨度連續(xù)梁橋跨度較大對恒荷載敏感性較高，因此，被動加固技術(shù)的①②③④⑤加固方法無疑二次極大地增加了橋梁自重，不適用于大跨度連續(xù)梁橋加固改造，而⑥⑦加固方法對自重影響較小，但由于其加固敏感性較低且達(dá)到加固效果前提是橋梁只有再次發(fā)生下?lián)献冃?，?dāng)兩者發(fā)揮應(yīng)有的作用時，被加固梁體往往已變形較大。因此，在大跨度連續(xù)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。
[0006]主動加固技術(shù)包括:①體外預(yù)應(yīng)力加固法和②變體系加固法。對于大跨度連續(xù)梁為了減輕過大自重的影響往往采用拋物線線型的變截面主梁結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致跨中梁高小，而①體外預(yù)應(yīng)力加固法，一般將其預(yù)應(yīng)力筋設(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，即使預(yù)應(yīng)力筋布置在箱室外也會遇到同樣問題而且加固設(shè)計不當(dāng)還會引起箱梁局部截面應(yīng)力超限，造成附加安全隱患。②變體系加固法主要有采用增設(shè)橋墩加固技術(shù)、連續(xù)梁橋變拱橋加固技術(shù)、連續(xù)梁橋變斜拉橋加固技術(shù)、連續(xù)梁橋變懸索橋加固技術(shù)以及連續(xù)梁橋變前幾種組合體系加固技術(shù)。大跨度連續(xù)梁橋往往是跨越江河溝谷或既有線的交通主干線，采用增設(shè)橋墩加固技術(shù)受橋下交地理環(huán)境和交通線限制，采用變體系加固法往往需要進(jìn)行全橋封閉加固施工且施工周期較長，將嚴(yán)重中斷交通，而且變體系加固過程吊桿或拉索與主梁的連接端施工不免對主梁造成二次損傷。
[0007]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，規(guī)范設(shè)計荷載標(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)力連續(xù)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。本專利提出一種用于加固大跨度連續(xù)梁橋的非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)，是一種鋼材與預(yù)應(yīng)力索組合的輕型加固結(jié)構(gòu)，其不僅可以有效加固大跨度連續(xù)梁橋，達(dá)到提高大跨度連續(xù)梁橋承載力效果，而且加固施工過程不中斷交通、不對主梁造成二次損傷或產(chǎn)生過大局部應(yīng)力。使加固大跨度連續(xù)梁橋并提高其承載力更高效、更簡單、更安全和更經(jīng)濟(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服目前在加固大跨度連續(xù)梁橋及提高其承載力方面仍存在一定的缺陷和不足這一情況，設(shè)計出一種用于加固大跨度連續(xù)梁橋的非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征如下:
[0009]大跨度連續(xù)梁橋自身結(jié)構(gòu):主梁1、橋墩2，主梁I通過橋梁支座或者剛性連接方式與橋墩2相連組成大跨度連續(xù)梁橋主體結(jié)構(gòu)。
[0010]非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)包括:上部加固結(jié)構(gòu)和下部加固結(jié)構(gòu)。上部加固結(jié)構(gòu)為空間桁架構(gòu)造。空間桁架由下弦桿13、上弦桿14、豎腹桿15、斜腹桿16、上剪刀撐桿17、上橫桿18、下橫桿19、下弦桿端錨6、上弦桿端錨7、預(yù)埋連接件8組成，空間桁架下側(cè)左右副布置的下弦桿13和上側(cè)左右副布置的上弦桿14作為空間桁架骨架，下側(cè)左右副的下弦桿13之間通過下橫桿19橫向連接，上側(cè)左右副的上弦桿14間通過上橫桿18橫向連接，下弦桿13和上弦桿14再通過豎腹桿15、斜腹桿16和剪刀撐桿17上下連接組成空間桁架。預(yù)埋連接件8預(yù)埋于主梁I的底板，上弦桿端錨7固定在主梁I的底板與橋墩2銜接角處，下弦桿端錨6布置在橋墩2的兩側(cè)?？臻g桁架的上弦桿14通過預(yù)埋連接件8的連接和上弦桿端錨7的連接并貼附于主梁I底板下，上弦桿14的彎曲曲率與主梁I底板曲率相同；下弦桿13通過兩端的下弦桿端錨6與橋墩2兩側(cè)相連。下部加固結(jié)構(gòu)由豎撐鉸12、豎撐桿10、下剪刀撐桿3、橫撐桿20、索限位扣11、預(yù)應(yīng)力索9、索錨固裝置4、錨具5組成。其中，豎撐桿10通過布置預(yù)應(yīng)力索9上的索限位扣11與預(yù)應(yīng)力索9相連接，再通過橫撐桿20和下剪刀撐桿3將左右結(jié)構(gòu)連成整體，并將預(yù)應(yīng)力索9穿過索錨固裝置4通過錨具5固定于橋墩2，索錨固裝置4布置在橋墩2上。下部結(jié)構(gòu)再通過豎撐桿10上端的豎撐鉸12與上部加固結(jié)構(gòu)空間桁架相連成整體組成用于加固大跨度連續(xù)箱梁的非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)。
[0011]非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)工作原理:非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的平衡張弦梁結(jié)構(gòu)索與自身空間桁架組成自錨自平衡體系不同，非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)的非自平衡是索與非自身結(jié)構(gòu)錨固組成非自平衡體系，并將非自身結(jié)構(gòu)錨固區(qū)作為強(qiáng)大的反力后座為索施加較大預(yù)應(yīng)力時提供反力固定座，從而通過較大預(yù)應(yīng)力施加產(chǎn)生較大的豎向力的反拱作用來加固主梁。非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力索9通過索錨固裝置4錨固于橋墩2，并利用橋墩2作為預(yù)應(yīng)力索9的預(yù)應(yīng)力張拉后座和提供反力固定座。非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)安裝布置于主梁下部后，通過張拉預(yù)應(yīng)力設(shè)備將預(yù)應(yīng)力索9進(jìn)行張拉，預(yù)應(yīng)力索9產(chǎn)生的豎向力通過豎撐桿10傳遞至上部加固結(jié)構(gòu)，然后再通過上部加固結(jié)構(gòu)的反拱作用于主梁1，減少主梁I的彎矩和彎曲下?lián)希_(dá)到加固效果。
[0012]進(jìn)一步，大跨度連續(xù)梁橋的主梁(I)為等截面主梁加固時，將上部加固結(jié)構(gòu)空間桁架去除即可。
[0013]進(jìn)一步，通過改變上部加固結(jié)構(gòu)空間桁架的結(jié)構(gòu)形式和上弦桿(14)曲率適應(yīng)不同曲率的主梁(I)。
[0014]進(jìn)一步，對于單相多室或多相多室主梁結(jié)構(gòu)，通過增加上弦桿(14)數(shù)量并與橋梁腹板對齊即可適用。
[0015]進(jìn)一步，在橫截面構(gòu)造上，空間桁架上下副設(shè)計調(diào)整為單層或多層桁架，左右副設(shè)計調(diào)整為單榀或多榀桁架；下部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力索布置為單排索、多排索；下部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力索布置為單層索或多層索，豎撐桿布置調(diào)整為豎直布置或斜向三角布置。
[0016]本發(fā)明通過其上部空間桁架結(jié)構(gòu)的調(diào)整，在橫截面構(gòu)造上，空間桁架上下副可以設(shè)計調(diào)整為單層、多層桁架，左右副可以設(shè)計調(diào)整為單榀、多榀桁架。下部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力索可以布置為單排索、多排索及單層索或多層索，豎撐桿布置可以調(diào)整為豎直布置或斜向三角布置。
[0017]本發(fā)明不僅適用于大跨度連續(xù)梁橋，還適用于小跨徑簡支梁橋、斜拉橋、懸索橋、拱橋、組合結(jié)構(gòu)橋及大跨空間結(jié)構(gòu)。還適用于一般結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁橋，包括:兩跨梁、三跨梁、多跨梁的橋跨類型和單箱單室、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)的連續(xù)梁橋。
[0018]進(jìn)一步，適用于大跨度連續(xù)梁橋，還適用于小跨徑簡支梁橋、斜拉橋、懸索橋、拱橋、組合結(jié)構(gòu)橋或大跨空間結(jié)構(gòu)。
[0019]進(jìn)一步，適用于兩跨梁、三跨梁或多跨梁的橋跨類型。
[0020]進(jìn)一步，適用于單箱單室、單箱雙室、單箱多室或多箱多室的箱室類型或者它們組合成各類結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁橋。
[0021]由于大跨度連續(xù)梁橋的主梁I存在兩種形式:等截面主梁和變截面主梁。由于跨徑較大的大跨度連續(xù)梁橋的主梁I大多為變截面主梁，本專利的說明僅以變截面主梁形式為加固對象，而需進(jìn)等截面主梁加固時將本專利說明里的上部加固結(jié)構(gòu)空間桁架去除即可適用。本發(fā)明的非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)通過改變上部加固結(jié)構(gòu)空間桁架的結(jié)構(gòu)形式和上弦桿14曲率來適應(yīng)不同截面形式主梁的大跨度連續(xù)梁橋。本專利說明僅以單箱室主梁結(jié)構(gòu)為加固對象，對于單相多室、多相多室主梁結(jié)構(gòu)，通過增加本專利中上弦桿14數(shù)量并與橋梁腹板對齊即可適用。
[0022]本發(fā)明可以獲得如下有益效果:與傳統(tǒng)的自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)不同，本專利的非自平衡張弦梁結(jié)構(gòu)的下部預(yù)應(yīng)力索不錨在上部桁架的兩端，而是錨在橋墩兩側(cè)。利用橋梁剛性很大的橋墩作為預(yù)應(yīng)力