一种用于提高psc连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系及运用其加固的方法
【专利摘要】一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系及运用其加固的方法，属于建筑施工【技术领域】。通过系杆拱自平衡受力状态结构加固PSC连续箱梁桥，从而提高PSC连续箱梁桥的承载力；系杆拱布置在PSC连续箱梁桥桥面中央分隔带区域，系杆拱的拱脚布置在桥面上并通过系杆将两侧的拱脚进行受拉连接；将各个吊杆与箱梁腹板的竖向预应力筋连接，使PSC连续箱梁桥的箱梁承受的荷载通过竖向预应力筋和吊杆作用于拱肋，使系杆拱辅助箱梁承受桥面上荷载的作用，从而达到提高PSC连续箱梁桥承载力的效果。
【专利说明】一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系及运用其加固的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系加固方法(PSC:预应力钢筋混凝土)，通过系杆拱自平衡受力状态结构加固PSC连续箱梁桥，从而提高PSC连续箱梁桥的承载力；系杆拱布置在PSC连续箱梁桥桥面中央分隔带区域，系杆拱的拱脚布置在桥面上并通过系杆将两侧的拱脚进行受拉连接；将各个吊杆与箱梁腹板的竖向预应力筋连接，使PSC连续箱梁桥的箱梁承受的荷载通过竖向预应力筋和吊杆作用于拱肋，使系杆拱辅助箱梁承受桥面上荷载的作用，从而达到提高PSC连续箱梁桥承载力的效果，自平衡系杆拱体系加固方法的设计使提高PSC连续箱梁桥承载力更高效、更简单、更安全和更经济。
【背景技术】
[0002]目前国内外对桥梁进行加固改造的主要技术方案如下:
[0003]I)增大梁截面加固法:当桥的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时，通常采用增大构件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。但其缺点也非常明显，由于增大截面不可避免增加了结构自重，所以对于本论文所研究的大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固不是很适用。
[0004]2)加厚桥面补强法:该技术是将原有桥面铺装层拆除，在桥面板上浇筑一层新的钢筋混凝土补强层，用于提高桥梁的抗弯刚度，这种加固补强方式称为“加厚法”。但这种方法由于加厚部分使桥梁自重和恒载弯矩增加较多，并且仍然是原结构下缘受拉钢筋应力控制设计，故此加固方法一般只适用于跨径较小的T形梁桥或板桥。该方法同样对于大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固不适用。
[0005]3)增大梁肋加固法:增大梁肋加固法常用于T形截面桥，对于这部分桥梁，可以将梁的下缘加宽加强，增大截面面积，并在新混凝土截面中增设受力主筋。但增大截面不可避免增加了结构自重，所以对于本论文所研究的大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固不是很适用。
[0006]4)锚喷混凝土:锚喷混凝土是借助喷射机械，通过管道高压高速喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上，使其凝结硬化形成一种钢筋混凝土结构，增大原桥结构强度。但此种加固方法仅在浆砌片石拱桥加固中运用较多，并很好解决石拱桥常见灾害。
[0007]5)增设纵梁加固法:在墩台地基安全性能好，并且有足够承载力的情况下，可增设承载力较高和刚度较大的纵梁，新梁与旧梁相连接，共同受力。此种为保证新旧混凝土能够共同工作，必须做好新旧桥之间的横向连接，加固施工期间要中断交通，而且存在新增纵梁与原梁受力不同步问题。
[0008]6)黏贴钢板加固法:是指用胶黏剂把薄钢板黏贴在混凝土结构表面，通过粘结剂的粘结强度，把荷载传递到钢板，使钢板和混凝土协同工作的一种加固方法。但是存在黏贴钢板被动受力问题，当黏贴钢板发挥应有的作用时，被加固梁体往往已变形较大，因此，在大跨度预应力混凝土连续箱梁桥已经发生较大跨中下挠情况下，加固效果不是很理想。
[0009]7)黏贴碳纤维加固法:碳纤维复合材料加固技术是将碳纤维布(或板)用树脂类胶结材料黏贴于混凝土表面，利用碳纤维的高强度来对混凝土结构进行补强加固，提高其承载力。虽然碳纤维具有高强度，结构形状适应性强等优点，但在大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固时，如果要使得碳纤维发挥作用必须使钢箱梁发生较大的变形。因此，采用此加固大跨度预应力混凝土连续箱梁桥虽然可以大幅度提高其极限承载力，但对提高正常使用状态承载力不够明显。
[0010]8)体外预应力加固法:体外预应力加固梁式桥，是改变了梁体原有的受力状态的加固方法。对于大跨度预应力混凝土连续箱梁桥采用体外预应力加固，一般将预应力设置在箱梁的箱室内，但由于箱梁跨中的梁高比较小，使得体外预应力的布置角度受到一定限制，体外预应力的竖向分力有限，而且加固设计不当还会引起箱梁局部截面应力超限，造成附加安全隐患。
[0011]随着我国经济发展，交通运输量猛增，车辆承载能力不断攀升；同时，规范设计荷载标准值较低导致大量桥梁承载力不足，使用短期间易出现结构损坏。针对目前常规桥梁加固方案用于大跨度预应力混凝土连续箱梁桥技术改造、大幅度提高其承载力方面还存在一定缺陷和不足这一情况。本专利以既有大跨度预应力混凝土箱梁桥为研究对象，搜集并分析导致其承载力不足的主要破坏机理及缺陷，设计出一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系加固方法及施工方法，使提高PSC连续箱梁桥承载力更高效、更简单、更安全和更经济。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是克服目前在提高PSC连续箱梁桥承载力面还存在一定缺陷和不足这一情况，设计出一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系加固方法，本发明的结构特征如下:
[0013]自平衡系杆拱体系加固原理:
[0014]利用箱梁I的中腹板2内的竖向预应力筋10在顶板24的锚固螺栓11作为吊杆8在箱梁I上的吊点，通过竖向预应力筋10和吊杆8将自重和桥面荷载作用力传递给拱肋7，拱肋7受力产生的竖向力传递给拱脚9，拱脚9承受作用力传递给箱梁I的中腹板2，然后通过桥墩5和基础6传递至地基；拱肋7受力产生的水平向力传递给系杆14，使系杆14处受拉状态，形成系杆拱结构自平衡受力分担箱梁I承受荷载作用；从而以自平衡系杆拱体系加固PSC连续箱梁桥并提高其承载力；
[0015]自平衡系杆拱体系加固结构包括:
[0016]箱梁1、中腹板2、桥墩5、基础6、拱肋7、吊杆8、拱脚9、腹板竖向预应力筋10、锚固螺栓11、拱肋吊点13、系杆14、调索器15、吊杆连接器16、拱壁18、管内混凝土 19、转向块20、保护管21、系杆锚固器22、中央分隔带23、顶板24、底板26 ；
[0017]箱梁I作用在桥墩5上，桥墩5作用于基础6上，基础6作用于地基上，箱梁1、桥墩5和基础6形成标准的三跨连续箱梁桥；
[0018]箱梁I为PSC材料结构，中央分隔带23在箱梁I的顶板24之上，腹板竖向预应力筋10穿过箱梁I的顶板24、中腹板2和底板26，并在分别在顶板24上缘和顶板24下缘通过锚固螺栓11进行锚固；
[0019]系杆拱的拱脚9布置在箱梁I桥面上的中央分隔带23区域，在拱肋7布置在拱脚9上，吊杆8下端通过吊杆连接器16与腹板竖向预应力筋10的锚固螺栓11相连，吊杆8上端通过拱肋吊点13与拱肋7相连；系杆拱的拱肋7为钢管混凝土结构，包括拱壁18和管内混凝土 19 ；
[0020]系杆14布置于箱梁I桥面上部将两侧靠近拱脚9的拱肋7相连，系杆14通过转向块20穿过预埋于管内混凝土 19的保护管21并用系杆锚固器22锚固于拱肋7外侧，在系杆14两侧近拱脚9位置布置调索器15以供调节系杆14拉力；
[0021]根据以上发明的结构特征，其施工方法如下:
[0022]在箱梁1、桥墩5和基础6组成标准三跨连续箱梁桥上，将中央分隔带23清除，将顶板24和底板26的锚固螺栓11的封锚混凝土凿开并露出锚固螺栓11 ；
[0023]在清除中央分隔带23的区域浇筑拱脚9，并在拱脚9上布置拱肋，并在拱壁18内部烧筑管内混凝土 19 ；
[0024]使系杆14将两侧靠近拱脚9的拱肋7相连，系杆14通过转向块20穿过预埋于管内混凝土 19的保护管21并用系杆锚固器22锚固于拱肋7外侧，在系杆14两侧近拱脚9位置布置调索器15 ;调节调索器15使系杆14处于受拉状态并使两侧近拱脚9的拱肋7处于向内受拉作用；
[0025]将吊杆8上端通过拱肋吊点13与拱肋7相连，吊杆8下端通过吊杆连接器16与腹板竖向预应力筋10的锚固螺栓11相连；
[0026]通过连接器15调整各个吊杆8的拉力，使拱肋7分担作用在箱梁I上的荷载；完成通过自平衡系杆拱体系加固PSC连续箱梁。
[0027]本发明可以获得如下有益效果:
[0028]本发明一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系加固方法，通过系杆、吊杆和拱肋的对PSC连续箱梁桥加固作用，使自平衡系杆拱体系加固达到主动受力的效果，弥补了传统加固方法被动受力的缺陷，可以有效改善PSC连续箱梁桥下挠问题，从而提闻PSC连续箱梁桥承载力；
[0029]利用PSC连续箱梁桥原有的中央分隔带区域进行布置自平衡系杆拱体加固结构，有效减少对原有行车道占用，不影响桥梁的交通使用要求；加固结构的施工主要在中央分隔带区域，不中断交通，减少对交通顺畅的影响；
[0030]本发明一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系加固方法，有效地利用原有结构的腹板竖向预应力筋作为拱肋吊杆锚点，减少因布置锚点施工不可避免发生对结构造成的二次损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1三跨PSC连续箱梁桥顺桥向剖面构造图；
[0032]图2自平衡系杆拱体系加固PSC连续箱梁构造图；
[0033]图3加固前连续箱梁断面图；
[0034]图4加固后连续箱梁断面图；
[0035]图中:1为箱梁、2为中腹板、5为桥墩、6为基础、7为拱肋、8为吊杆、9为拱脚、10为腹板竖向预应力筋、11为锚固螺栓、13为拱肋吊点、14为系杆、15为调索器、16为吊杆连接器、18为拱壁、19为管内混凝土、20为转向块、21为保护管、22为系杆锚固器、23为中央分隔带、24为顶板、26为底板。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和【具体实施方式】对于本发明作进一步的说明；
[0037]利用上述设计的一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系加固方法，具体步骤如下:
[0038]步骤一:勘测承载力不足的既有PSC连续箱梁桥跨中下挠值和需要提高承载力的大小，以确定系杆拱的每根吊杆8的吊杆力和系杆14的拉力；
[0039]步骤二:在箱梁1、桥墩5和基础6组成标准三跨连续箱梁桥上，将中央分隔带23清除，将顶板24和底板26的锚固螺栓11的封锚混凝土凿开并露出锚固螺栓11 ；
[0040]步骤三:在清除中央分隔带23的区域浇筑拱脚9，并在拱脚9上布置拱肋，并在拱壁18内部浇筑管内混凝土 19 ；
[0041]步骤四:使系杆14将两侧靠近拱脚9的拱肋7相连，系杆14通过转向块20穿过预埋于管内混凝土 19的保护管21并用系杆锚固器22锚固于拱肋7外侧，在系杆14两侧近拱脚9位置布置调索器15 ；
[0042]步骤五:据步骤一提供的参数，调节调索器15使系杆14处于受拉状态并使两侧近拱脚9的拱肋7处于向内受拉作用；
[0043]步骤六:将吊杆8上端通过拱肋吊点13与拱肋7相连，吊杆8下端通过吊杆连接器16与腹板竖向预应力筋10的锚固螺栓11相连；
[0044]步骤七:据步骤一提供的参数，通过连接器15调整各个吊杆8的拉力，使拱肋7分担作用在箱梁I上的荷载；完成通过自平衡系杆拱体系加固PSC连续箱梁。
[0045]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系，其包括:箱梁(I)、中腹板⑵、桥墩(5)、基础(6)、拱肋(7)、吊杆(8)、拱脚(9)、腹板竖向预应力筋(10)、锚固螺栓(11)、拱肋吊点(13)、系杆(14)、调索器(15)、吊杆连接器(16)、拱壁(18)、管内混凝土(19)、转向块(20)、保护管(21)、系杆锚固器(22)、中央分隔带(23)、顶板(24)、底板(26)； 箱梁(I)作用在桥墩(5)上，桥墩(5)作用于基础(6)上，基础(6)作用于地基上，箱梁(I)、桥墩(5)和基础(6)形成标准的三跨连续箱梁桥； 箱梁⑴为预应力钢筋混凝土 PSC材料结构，中央分隔带(23)在箱梁⑴的顶板(24)之上，腹板竖向预应力筋(10)穿过箱梁(I)的顶板(24)、中腹板(2)和底板(26)，并在分别在顶板(24)上缘和顶板(24)下缘通过锚固螺栓(11)进行锚固；所述中腹板(2)上端与顶板(24)连接，下端与地板(26)连接，且位于中间位置； 系杆拱的拱脚(9)布置在箱梁(I)桥面上的中央分隔带(23)区域，拱肋(7)布置在拱脚(9)上，吊杆⑶下端通过吊杆连接器(16)与腹板竖向预应力筋(10)的锚固螺栓(11)相连，吊杆(8)上端通过拱肋吊点(13)与拱肋(7)相连；系杆拱的拱肋(7)为钢管混凝土结构，包括拱壁(18)和管内混凝土(19)； 系杆(14)布置于箱梁(I)桥面上部将两侧靠近拱脚(9)的拱肋(7)相连，系杆(14)通过转向块(20)穿过预埋于管内混凝土(19)的保护管(21)并用系杆锚固器(22)锚固于拱肋(7)外侧，在系杆(14)两侧近拱脚(9)位置布置调索器(15)以供调节系杆(14)拉力。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系，其特征在于:其适用于标准三跨且为单箱双室的PSC连续箱梁桥，还适用于其他一般结构的PSC连续箱梁桥，包括:两跨梁、三跨梁、多跨梁的桥跨类型与单箱单室、单箱双室、单箱多室、多箱多室的箱室类型之间组合成各类结构的PSC连续箱梁桥。
3.运用权利要求1或权利要求2所述的一种用于提高PSC连续箱梁桥承载力的自平衡系杆拱体系进行加固的方法，其特征在于: 第一步:在箱梁(I)、桥墩(5)和基础(6)组成标准三跨连续箱梁桥上，将中央分隔带(23)清除，将顶板(24)和底板(26)的锚固螺栓(11)的封锚混凝土凿开并露出锚固螺栓(11); 第二步:在清除中央分隔带(23)的区域浇筑拱脚(9)，并在拱脚(9)上布置拱肋，并在拱壁(18)内部浇筑管内混凝土(19)； 第三步:使系杆(14)将两侧靠近拱脚(9)的拱肋(7)相连，系杆(14)通过转向块(20)穿过预埋于管内混凝土(19)的保护管(21)并用系杆锚固器(22)锚固于拱肋(7)外侧，在系杆(14)两侧近拱脚(9)位置布置调索器(15);调节调索器(15)使系杆(14)处于受拉状态并使两侧近拱脚(9)的拱肋(7)处于向内受拉作用； 第四步:将吊杆⑶上端通过拱肋吊点(13)与拱肋(7)相连，吊杆⑶下端通过吊杆连接器(16)与腹板竖向预应力筋(10)的锚固螺栓(11)相连； 第五步:通过连接器(15)调整各个吊杆(8)的拉力，使拱肋(7)分担作用在箱梁(I)上的荷载；完成通过自平衡系杆拱体系加固PSC连续箱梁。
4.根据权利要求3所述的加固方法，其特征在于: 其适用于标准三跨且为单箱双室的PSC连续箱梁桥，还适用于其他一般结构的PSC连续箱梁桥，包括:两跨梁、三跨梁、多跨梁的桥跨类型与单箱单室、单箱双室、单箱多室、多箱 多室的箱室类型之间组合成各类结构的PSC连续箱梁桥。
【文档编号】E01D2/04GK104264594SQ201410459457
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】张文学, 陈壮, 李清, 寇文琦, 刘啸 申请人:北京工业大学