一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，屬于施工方法領域。本發(fā)明包括：1)拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橋面板端頭的混凝土直至橫梁上表面，空心板最外側邊腹板不鑿除，使橫梁上方兩排空心板之間形成一個連通的凹槽；2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面進行植筋，并植筋一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接；3)向所述的凹槽以及橋面板頂部與橫梁之間填充滿高韌性復合材料；4)在最短吊桿的橫梁與拱肋間增設一條縱向的鋼梁和一條斜向的鋼梁，以限制橋面縱向與橫向位移；5)在橋面系中間設置伸縮縫。本發(fā)明可以防止短吊桿長期受到設計中沒有考慮在內的彎剪力，使其不會產生結構性積累損傷，且可以防止因單根吊桿斷裂導致的橋面結構垮塌風險。
【專利說明】
一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于施工方法領域，具體涉及一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法。
【背景技術】
[0002]中下承式拱橋造型優(yōu)美，跨越能力大，在近幾十年得到較廣泛應用。我國中下承式系桿拱橋的建設起步較晚，現(xiàn)階段這些橋梁吊桿、系桿以及其他方面的的病害開始逐漸暴露，對系桿拱橋存在的這些問題也開始重視，但是研究仍然相對滯后。系桿拱橋的主要病害主要集中在拱肋、吊桿、錨具、系梁、橫梁等結構上。
[0003]橋面漂浮系桿拱橋中吊桿的危害尤為突出。由于此類橋梁由于系梁均支撐在橫梁上，而每根橫梁是靠兩根吊桿吊著，一旦一根吊桿斷裂或錨具松脫，那么橫梁和支撐在其上的系梁以及橋面就會在瞬間一同掉落。因吊桿耐久性、可靠性引發(fā)的問題日漸突出，已成為該類橋梁不可忽視的普遍問題。例如2001年11月7日小南門金沙江大橋短吊桿斷裂部分橋面垮塌事件、2011年4月12日314國道孔雀河大橋短吊桿斷裂部分橋面垮塌事件、2011年7月15日福建公館大橋短吊桿斷裂部分橋面垮塌事件等。
[0004]針對短吊桿的斷裂問題，現(xiàn)有技術中存在拱橋短吊桿縱向限位裝置，做法為在交接橫梁及與之相鄰的短吊桿橫梁之間的至少兩根連桿。該裝置能限制短吊桿發(fā)生縱向位移，消除疲勞破壞和應力腐蝕對短吊桿的威脅，但該類橋梁還涉及第3?4根短吊桿斷裂和全橋縱向與橫向漂移問題，其只是定性分析短吊桿斷裂原因，并沒有從試驗角度剖析短吊桿斷裂深層原因，也就不能全面解決這類問題。當橋梁因汽車或風荷載耦合作用發(fā)生橫向漂移時，仍然會對導致短吊桿受到彎剪力。因此其僅能起到延緩作用，長此以往仍然會導致短吊桿斷裂。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明針對橋面漂浮系桿拱橋橋面系縱、橫向變形較大，吊桿(尤其短吊桿)鋼絲容易產生疲勞損傷的問題，提出一種能有效控制結構變形、提高整體性的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，以解決吊桿在使用過程中產生結構積累損傷，影響使用壽命的問題。
[0006]下面介紹一下本發(fā)明的理論依據(jù):橋面漂浮系桿拱橋中，短吊桿不僅承受拉力(已在設計計算中考慮)，而且承受彎剪力(沒有在設計計算中考慮)，產生結構積累損傷，短吊桿鋼絲掃描未損傷和損傷的切片掃描試驗結果分別件圖1和圖2。對比后可以明顯看出，短吊桿鋼絲存在結構積累損傷。該類橋型均為中下承式系桿拱橋，其橋面系屬于漂浮體系，如圖3所示，即采用吊桿系橫梁，橫梁上鋪設縱向橋面板的橋面結構體系，并由單吊桿支撐，另外橋面系吊桿錨固端部銹蝕嚴重，兩者都會影響結構使用壽命，一旦某一根吊桿發(fā)生失效，橋面結構即成為可變體系，該吊桿相鄰兩跨的橋面板必然隨之墜落，從而導致一些中下承式系桿拱橋因吊桿突然斷裂而產生部分橋面垮塌。
[0007]本發(fā)明所采用的具體技術方案如下:
[0008]橋面漂浮系桿拱橋的改造方法包括:
[0009]I)拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橋面板端頭的混凝土直至橫梁上表面，空心板最外側邊腹板不鑿除，使橫梁上方兩排空心板之間形成一個連通的凹槽；
[0010]2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面進行植筋，且植筋一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接；
[0011]3)向所述的凹槽以及橋面板頂部與橫梁之間填充滿高韌性復合材料，將橋面板與橫梁粘合成一體；
[0012]4)在最短吊桿的橫梁與拱肋間增設一條縱向的鋼梁和一條斜向的鋼梁，兩條鋼梁、橫梁和拱肋之間形成三角形支撐結構，以限制橋面縱向與橫向位移；
[0013]5)在橋面系中間設置伸縮縫。
[0014]上述改造方法中，I)?3)的作用是將橫梁上方的原有橋面板之間的混凝土用高韌性復合材料進行替代，將橋面縱向和橫向的橋面板均連成一個整體。同時橫梁也一并被粘結在橋面板上，最終使原有的橋面板和橫梁成為一個共同受力體，起到共同受力變形的作用。即使其中一條吊桿發(fā)生失效，橋面結構也能在其他吊桿的作用下維持平衡體系，不會瞬間發(fā)生垮塌事故。而4)的作用則是對該共同受力體進行橫向和縱向的限位，使橋面板在因溫差熱脹冷縮或其他外力作用下伸縮變形時，不會帶動短吊桿移動，防止其長期受到彎剪力，而從出現(xiàn)結構積累損傷。而由于橋面連成了一個移動受限的整體，因此需要適應性地設置伸縮縫防止熱脹冷縮過程中出現(xiàn)損傷，適應溫變效應等結構變形需求，。
[0015]作為優(yōu)選，所述的鋼梁的安裝方法為:在拱梁結合部位架設吊裝設備或在橋下搭設支架，通過錨栓將鋼板固定于橫梁側面，然后吊裝鋼梁一端焊接在該鋼板上；當拱肋為鋼結構時，鋼梁的另一端直接焊接于拱肋上，當拱肋為混凝土結構時，通過錨栓將鋼板固定于拱肋側面，再將鋼梁的另一端直接焊接于鋼板上。該方式能夠便捷地對限位鋼梁進行安裝，減少對原有結構造成的影響。
[0016]作為優(yōu)選，所述的高韌性復合材料滿足如下要求:I)抗拉強度不小于30Mpa，抗壓強度不小于45Mpa;2)彈性模量為3000?4000Mpa;3)與混凝土界面之間的粘結強度不小于
2.5Mpa; 4)拌和后，凝固時間大于半小時。
[0017]在本發(fā)明中，高韌性復合材料所起的作用分為兩方面，一是提高不同空心板、橫梁之間的整體性結構強度;二是將空心板與橫梁粘結為整體?；诖?，下面具體解釋上述參數(shù)選擇的依據(jù):
[0018]I)抗拉強度不小于30Mpa、抗壓強度不小于45Mpa、彈性模量為3000?4000Mpa的原因是與結構內配置鋼材的相應指標匹配，該參數(shù)下高韌性復合材料能夠與填縫、空心板等結構內的鋼材共同受力變形。
[0019]2)與混凝土界面之間的粘結強度不小于2.5Mpa的原因是:一般混凝土抗裂強度為2Mpa，因此，混凝土粘結強度應不小于2Mpa，經過試驗優(yōu)選不小于2.5Mpa，留有安全系數(shù)。當粘結材料滿足該要求時，不同空心板之間即使受到過高的載荷，鉸縫處的粘結也不會發(fā)生破壞，相反的破壞反而發(fā)生在空心板混凝土內。因此，其大大提高了空心板之間的整體性。
[0020]3)拌和后，凝固時間大于半小時的原因是:考慮到施工工序的需要，拌合后的凝固時間不易過短，否則無法在澆筑過程中實現(xiàn)最佳粘結性能。
[0021]上述3個要求均是使空心板與橫梁形成整體的要件，施工過程中需要特別進行調整。
[0022]進一步的，所述的高韌性復合材料具體可以采用滿足上述3個要求的MPC復合材。
[0023]作為另一種優(yōu)選方式，所述的植筋施工滿足如下要求:1)采用帶肋鋼筋，鋼筋等級不低于HRB400;2)鋼筋直徑不小于20mm，間距不大于500mm; 3)加工成L形，上端勾住橋面板；4)植筋膠采用A級膠。上述參數(shù)要求的目的是將橫梁和空心板進一步進行聯(lián)結，加強整體性。
[0024]作為優(yōu)選，所述的鋼梁的要求:I)采用焊接H型鋼、熱乳工字鋼、熱乳H型鋼、圓鋼管或方鋼管；2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm; 3)采用Q345或Q235鋼;4)采用耐候鋼、碳素鋼或低合金高強度鋼。上述參數(shù)是為了滿足鋼梁的能夠實現(xiàn)限位功能時的結構受力要求。
[0025]進一步的，所述的鋼梁當采用碳素鋼或低合金高強度鋼時，應在鋼梁外壁進行長效型防腐涂裝，否則容易導致其余部分銹蝕，影響鋼梁的剛度，最終導致橋梁加固性能衰減。O
[0026]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術而言，通過高韌性復合材料替代混凝土，再在短吊桿橫梁處進行橫向和縱向的限位，防止短吊桿長期受到設計中沒有考慮在內的彎剪力，使其不會產生結構性積累損傷。而將橫梁和空心板通過MPC等材料粘結為一體，可進一步提高其受力整體性，防止因單根吊桿斷裂導致的橋面結構垮塌風險。
【附圖說明】
[0027]圖1為短吊桿未損傷端的切片掃描照片；
[0028]圖2為短吊桿損傷端的切片掃描照片；
[0029]圖3為漂浮體系中承式拱橋立面結構示意圖；
[0030]圖4為圖3中A大樣的不意圖；
[0031]圖5為圖4中I_I#lj面不意圖；
[0032]圖6為橋面漂浮中承式系桿拱橋改造方案立面圖；
[0033]圖7為橋面板改造方案節(jié)點詳圖(尺寸單位:厘米)；
[0034]圖8為圖7中1-1剖面示意圖；
[0035]圖9為最短吊桿的橫梁與拱肋間增設限位鋼梁平面圖；
[0036]圖10為鋼梁安裝連接部大樣圖(尺寸單位:毫米)。
[0037]上述附圖中，部分圖由于對稱或者過長，采用簡化示意。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步闡述，以便更好的理解本發(fā)明。本【具體實施方式】中提供了一種較佳的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法。但下述各個技術特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應組合。
[0039]如圖3和4所示，本實施例中的橋梁為中承式系桿拱橋，橋面系屬于漂浮體系。采用吊桿系橫梁，橫梁上鋪設縱向橋面板的橋面結構體系，兩端通過吊桿進行承拉受力。在日常使用過程中，橋面板會因為溫度變化或其他原因導致縱向或橫向伸縮。由于吊桿在設計時沒有考慮彎剪力，因此在長期受力過程中會產生圖2所示的損傷。而左右兩端的短吊桿的長度最短，其受力最大，損傷最為嚴重，實際也是短吊桿最容易發(fā)生斷裂。另一方面，該橋梁還存在另一隱患，由于橋面系吊桿錨固端部為金屬結構，在長期的日曬雨淋下，容易產生銹蝕。當該銹蝕擴展到影響結構安全時，橋梁的垮塌風險便隨之產生。針對該橋梁，利用本發(fā)明的改造方法對其進行加固，具體包括以下步驟:
[0040]I)如圖5所示，橋面板上方原本依次設有1cm混凝土和1cm瀝青混凝土鋪裝。由于要進行加固，因此首先拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橫梁上方兩側橋面板端頭之間原本填充的混凝土，鑿除至橫梁上表面。空心板最外側邊腹板不鑿除，而上方的鋪裝需要略微多鑿除一部分面積，以便于施工。鑿除后，橫梁上方在兩排原本銜接的空心板之間形成形成一個連通的凹槽，該凹槽底部延伸至橫梁上表面。清理干凈凹槽中的雜物。
[0041]2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面，即該凹槽處進行植筋，且將植筋頂部彎曲，使一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接。植筋施工滿足如下要求:I)采用帶肋鋼筋，鋼筋等級不低于HRB400; 2)鋼筋直徑不小于20mm，間距不大于500mm; 3)加工成L形，上端勾住橋面板;4)植筋膠采用A級膠。
[0042]3)向所述的凹槽以填充滿高韌性復合材料，將橋面板與橫梁粘合成一體;同時，橋面板頂部與橫梁之間也會存在一定的縫隙，因此高韌性復合材料也會滲入縫隙中，將橫梁上表面與橋面板底面粘結呈一體。粘結夠的凹槽處結構如圖7和8所示，橫向和縱向相鄰的橋面板均被連接成整體。
[0043]本實施例中，高韌性復合材料采用MPC復合材料，其性能滿足如下要求:I)抗拉強度不小于30Mpa，抗壓強度不小于45Mpa;2)彈性模量為3000?4000Mpa;3)與混凝土界面之間的粘結強度不小于2.5Mpa;4)拌和后，凝固時間大于半小時。高韌性復合材料也可采用滿足上述條件的其他材料，如環(huán)氧砂漿等。具體的性能參數(shù)可以根據(jù)實際施工進行微調。
[0044]4)如圖9所示，在最短吊桿所對應的橫梁與拱肋間增設一條與橋梁延伸方向相同的鋼梁和一條與延伸方向相交的斜向鋼梁，兩條鋼梁、橫梁和拱肋之間形成三角形支撐結構。該結構可以限制橋面縱向與橫向位移。為了滿足其結構性能要求，鋼梁需要采如下參數(shù):1)采用焊接H型鋼、熱乳工字鋼、熱乳H型鋼、圓鋼管或方鋼管;2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm;3)采用Q345或Q235鋼;4)采用耐候鋼、碳素鋼或低合金高強度鋼，當采用碳素鋼或低合金高強度鋼時，應在鋼梁外壁進行長效型防腐涂裝。
[0045]鋼梁兩端可分別按如下方法安裝。針對與橫梁相接一側，可在拱梁結合部位架設吊裝設備或在橋下搭設支架，通過錨栓將鋼板固定于橫梁側面，然后吊裝鋼梁一端焊接在該鋼板上，如圖10所示。而針對與拱肋連接一側，當拱肋為鋼結構時，鋼梁的另一端直接焊接于拱肋的相應位置上。當拱肋為混凝土結構時，也可采用與橫梁端相同的施工方式，即通過錨栓將鋼板固定于拱肋側面，再將鋼梁的另一端直接焊接于鋼板上。
[0046]5)在橋面系的中間位置設置伸縮縫，然后對鑿除的橋面鋪裝進行重建。最終改造加固后的拱橋結構如圖6所示，圖中“O”表示采用MPC加固，“I I”表示設置伸縮縫
[0047]6)將橋面鋪裝、伸縮縫等加固部分養(yǎng)生24天。
[0048]7)完成后，橋梁正常通車運輸，并在后續(xù)過程進行監(jiān)測與反饋。上述方法能夠較好地協(xié)調橋梁的整體受力，降低橋梁兩端短吊桿受到的彎剪力，降低其垮塌風險。
[0049]上述實施例僅用于解釋說明本發(fā)明要求保護的內容，但并不是用于限制本發(fā)明的要求保護的范圍。本領域技術人員在本發(fā)明精神內所做的改進和替換，均屬于保護范圍內。
【主權項】
1.一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，包括: 1)拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橋面板端頭的混凝土直至橫梁上表面，空心板最外側邊腹板不鑿除，使橫梁上方兩排空心板之間形成一個連通的凹槽； 2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面進行植筋，且植筋一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接； 3)向所述的凹槽以及橋面板頂部與橫梁之間填充滿高韌性復合材料，將橋面板與橫梁粘合成一體； 4)在最短吊桿的橫梁與拱肋間增設一條縱向的鋼梁和一條斜向的鋼梁，兩條鋼梁、橫梁和拱肋之間形成三角形支撐結構，以限制橋面縱向與橫向位移； 5 )在橋面系中間設置伸縮縫。2.如權利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的鋼梁的安裝方法為: 在拱梁結合部位架設吊裝設備或在橋下搭設支架，通過錨栓將鋼板固定于橫梁側面，然后吊裝鋼梁一端焊接在該鋼板上；當拱肋為鋼結構時，鋼梁的另一端直接焊接于拱肋上，當拱肋為混凝土結構時，通過錨栓將鋼板固定于拱肋側面，再將鋼梁的另一端直接焊接于鋼板上。3.如權利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的高韌性復合材料滿足如下要求:I)抗拉強度不小于30Mpa，抗壓強度不小于45Mpa; 2)彈性模量為3000?4000Mpa; 3)與混凝土界面之間的粘結強度不小于2.5Mpa ； 4)拌和后，凝固時間大于半小時。4.如權利要求3所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的高韌性復合材料采用MPC復合材料。5.如權利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的植筋施工滿足如下要求:I)采用帶肋鋼筋，鋼筋等級不低于HRB400;2)鋼筋直徑不小于20mm，間距不大于500mm; 3)加工成L形，上端勾住橋面板;4)植筋膠采用A級膠。6.如權利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的鋼梁的要求:1)采用焊接H型鋼、熱乳工字鋼、熱乳H型鋼、圓鋼管或方鋼管;2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm;3)采用Q345或Q235鋼;4)采用耐候鋼、碳素鋼或低合金高強度鋼。7.如權利要求6所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的鋼梁當采用碳素鋼或低合金高強度鋼時，應在鋼梁外壁進行長效型防腐涂裝。
【文檔編號】E01D22/00GK106087782SQ201610657975
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610657975.0, CN 106087782 A, CN 106087782A, CN 201610657975, CN-A-106087782, CN106087782 A, CN106087782A, CN201610657975, CN201610657975.0
【發(fā)明人】朱漢華, 陳孟沖, 李志勇
【申請人】寧波市交通規(guī)劃設計研究院有限公司