混凝土桥面板体外加固系统及加固方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及混凝土建筑领域，尤其涉及混凝土桥面板体外加固系统及加固方法。【【背景技术】】
[0002]桥面板是直接承受车辆轮压的承重结构，在构造上它通常与主梁的梁肋和横隔板整体相连，这样既能将车辆传给主梁，又能构成主梁截面的组成部分，并保证了主梁的整体作用，是桥梁结构中非常重要的组成部分。
[0003]桥面板作为桥梁结构中直接承受压力的结构，常因设计失误、施工错误、构件后期养护条件未跟上、材质不符合要求;或因结构负荷增加、使用功能的改变;又或者因为一些不可抗力因素，如地震、火灾等原因导致桥面板遭到损害，然而，要废弃旧有桥面板，重新预制桥面板，一方面将造成经济损失；另一方面将耽搁建设工期，因此有必要采取有效、可靠技术进行加固处理。目前，体外加固所使用的材料大都是钢板、FRP筋，由于钢材易生锈的性质，所以在施工过程中要考虑防腐等问题，定期刮漆、喷漆等手段使其施工维护比较复杂，而加固材料基本上一直处于暴露在空气中的工作状态，尤其是腐蚀环境条件下，会使钢材自身特别容易发生锈蚀，这会导致加固效果低于预期，而且会随着后期的维护而增大经济损失；而FRP筋加固价格比较昂贵。找到一种力学性能满足体外加固要求，同时提高加固结构耐久性、稳定性，且价格相对便宜、施工简单的加固方法和加固结构，是解决桥面板加固的关键。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种混凝土桥面板体外加固系统及加固方法，加固方法简单，且有效提高桥面板稳定性。
[0005]为了达到上述目的，本发明系统采用如下技术方案:
[0006]包括桥墩以及设置在桥墩上的桥面板，桥面板的下侧设置有若干根高强铝合金板，高强铝合金板均平行于桥面板的轴线。
[0007]进一步地，每根高强铝合金板的宽度为150mm;相邻高强铝合金板之间的间距为300?450mmo
[0008]进一步地，桥面板的下侧开设有若干个凹槽，凹槽内安装有若干根加强筋，加强筋均垂直于桥面板的轴线。
[0009]进一步地，每根加强筋的直径不小于18mm，相邻加强筋之间的间距在450mm以上。
[0010]进一步地，加强筋采用高强铝合金筋。
[0011 ]进一步地，凹槽的直径为加强筋直径的1.5?2倍。
[0012]进一步地，高强铝合金板通过若干个螺栓固定安装在桥面板的下侧。
[0013]进一步地，螺栓的材质为高强铝合金;且相邻螺栓之间的间距为700mm。
[0014]进一步地，高强铝合金板的强度至少为700MPa。
[0015]本发明加固方法的技术方案是，包括以下步骤:
[0016](a)首先在高强铝合金板上加工用于安装螺栓的螺纹孔;然后将材质均为高强铝合金的加强筋、高强铝合金板和螺栓进行表面氧化处理;清理待加固的桥面板；
[0017](b)在桥面板下侧对加强筋、高强铝合金板和螺栓进行定位放线，确定其安装位置，其中高强铝合金板沿桥面板的纵向方向，加强筋沿桥面板的横向方向；
[0018](C)在桥面板下侧加强筋的安装位置处开设凹槽，在螺栓的安装位置处进行钻孔；
[0019](d)在凹槽内以及高强铝合金板的安装位置处均涂抹结构胶，先在凹槽内安装加强筋，再安装高强铝合金板，最后安装螺栓，将高强铝合金板固定在桥面板下侧，完成混凝土桥面板体外加固。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0021]本发明系统中通过设置高强铝合金板对桥面板进行加固，高强铝合金具备极好的耐腐蚀性和与钢材相近的强度与塑性，可以显著提高混凝土桥面板的承载力和耐久性，在不增加自重的情况下，提高承载能力，降低了侵蚀环境下桥面板的安全隐患以及由于后期维护而造成的经济损失，并且保证了桥面板具有良好的延性;本发明结构简单，适用范围广，尤其是高强铝合金低温性能优异，在严寒地区作为桥面板的体外预应力加固材料优势将更加明显。
[0022]进一步地，本发明通过高强铝合金板的宽度和间距之间的配合关系，有效提高加固效果，提高稳定性。
[0023]进一步地，本发明通过在纵向使用高强铝合金板进行加固的同时，横向采用加强筋进行开槽加固，更好地加强稳定性。
[0024]本发明加固方法采用加强筋、高强铝合金板对桥面板进行体外加固，采用高强铝合金并对高强铝合金表面进行氧化处理，具备极好的耐腐蚀性和与钢材相近的强度与塑性，可较好的解决现有加固方法的不足，可以显著提高混凝土桥面板的承载力和耐久性，简单实用，易于施工。
【【附图说明】】
[0025]图1是本发明的结构示意图。
[0026]图2是图1中A-A向的剖面图。
[0027]图中，1、桥墩;2、桥面板;3、加强筋;4、高强铝合金板;5、螺栓。
【【具体实施方式】】
[0028]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0029]参见图1和图2，本发明包括桥墩I以及设置在桥墩I上的桥面板2，桥面板2的下侧通过螺栓5固定安装有若干根高强铝合金板4，高强铝合金板4均平行于桥面板2的轴线，且强度至少为700MPa;每根高强铝合金板4的宽度为150mm;相邻高强铝合金板4之间的间距为300?450mmo
[0030]桥面板2的下侧开设有若干个凹槽，凹槽内安装有若干根加强筋3，加强筋3和桥面板2的下侧齐平;加强筋3均垂直于桥面板2的轴线;加强筋3采用高强铝合金筋;每根加强筋3的直径不小于18mm，相邻加强筋3之间的间距在450mm以上。加强筋3、高强铝合金板4和螺栓5的材质均为高强铝合金，强度至少为700MPa。[0031 ]本发明中主要的工作过程及原理是:
[0032]1、加强筋3、高强铝合金板4和螺栓5的表面处理和加固构件表面处理。在工厂制作铝合金时，在高强铝合金板4的相应位置进行钻孔，作为安装螺栓5的孔洞。在安装之前，采用阳极氧化或化学氧化的方法对高强铝合金进行表面氧化处理，可以人工加厚高强铝合金的氧化物薄膜，增强高强铝合金制品的抗腐蚀性和耐磨性，以达到防护的目的。桥面板基层处理。除去待加固桥面板2底部抹灰层和破坏的疏松层，并用水清洗干净。
[0033]2、定位放线。需在桥面板2下侧对预应力高强铝合金板4、加强筋3和螺栓5进行定位放线，确定其位置。高强招合金板4宽度宜采用150mm，间距300mm?450mm;加强筋3直径取18mm以上，间距采用450mm以上;螺栓5间距取700mm。高强招合金板4沿桥面板2长跨方向，即纵向方向；加强筋3沿短跨方向，即横向方向。
[0034]3、横向开槽和钻孔。在桥面板2下侧横向方向根据第2步放线位置进行开槽，直径约为加强筋3直径的1.5?2倍，在螺栓5位置进行钻孔。
[0035]4、高强铝合金板4、加强筋3的安装。在横向开槽位置涂抹结构胶，纵向位置刷抹结构胶，先放置横向的加强筋3，再放置纵向的高强铝合金板4，然后安装铝合金的螺栓5。
[0036]5.桥面板抹灰处理。安装完成后，待结构胶凝固，对桥面板2的加固部位，比如高强铝合金板4和加强筋3等处进行涂抹水泥砂浆处理。本发明桥面板2进行加工制作时，浇筑使用的材料为混凝土，可以是普通混凝土、高强混凝土、轻骨料混凝土等其他形式的混凝土材料。采用加强筋3、高强铝合金板4对混凝土桥面板2进行体外加固。由于采用了铝合金具备极好的耐腐蚀性和与钢材相近的强度与塑性，可较好的解决现有加固方法的不足，可以显著提高混凝土桥面板的承载力和耐久性，简单实用，易于施工。
[0037]本发明使用范围广，如没有进行过任何形式的加固；或者在高强铝合金加固之前，已经进行过某种加固，因为各种原因需要重新加固。如在已经加固过的混凝土桥面板2上重新加固，或者与其他预应力加固材料共同加固，如果存在其他的金属加固材料，应避免高强铝合金与这些金属加固材料接触，以防止发生电化学反应，从而影响加固效果以及造成的安全隐患。如果之前的加固对高强铝合金体外加固的施工及力学性能没有影响，则可在之前加固的基础上直接进行再加固；反之，若产生影响，则需在满足安全性及对桥面板2不造成破坏的前提下，将之前进行的加固处理干净，然后再对桥面板2进行高强铝合金体外加固。
[0038]充分考虑某特定情况下桥面板2受力特征及环境因素后，桥面板2体外预应力加固选择的材料可以全部使用高强铝合金，也可以使用高强铝合金与其他加固材料共同加固。
[0039]本发明的具体优点是:
[0040](I)高强铝合金的比强度高，其强度有700MPa之多，本发明中采用的高强铝合金的屈服强度可达到705MPa，可达到普通钢材的两倍多，密度只为钢材的1/3;同时其弹性模量较小，约为钢筋的1/3。用高强铝合金进行体外预应力加固，可以在不增加自重的情况下，提高承载能力，并且保证了桥面板具有良好的延性。
[0041](2)高强铝合金中的单质铝元素或其他单质金属元素，暴漏在空气中会发生反应，可使高强铝合金表面产生致密的氧化膜，从而具有良好的耐腐蚀性，尤其在侵蚀环境下，其优势更加明显。在强酸(pH = 2)环境下，浸泡8天，铝合金的质量损失最大只有0.46%;在强碱(pH=12.3)环境下，浸泡35天，铝合金质量损失最大只有2.3%。其抗腐蚀性显而易见，能显著提高混凝土 T梁的耐久性和安全性。
[0042](3)铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素，而日常生活中高强铝合金材料的应用也比较普遍，这使高强铝合金的价格在一些工程中是完全可以接受的。
[0043](4)使用铝合金进行体外预应力加固，本发明中对高强铝合金表面进行氧化处理，解决了防腐等处理，施工方便简单。
[0044](5)本发明中高强铝合金板4和加强筋3的筋截面尺寸、数量以及布置等要求，根据加固桥面板的破坏程度和尺寸计算所得。用多根组合的高强铝合金板4和加强筋3，且通过直径、长度、间距等等条件之间的相互配合，有效提高稳定性。
[0045]本发明使用混凝土作为桥面板2的浇筑材料，同时对加强筋3、高强铝合金板4和螺栓5表面进行处理，使用该加强筋3、高强铝合金板4和螺栓5对轻骨料桥面板2进行体外加固。体外加固技术施工方便、经济可靠，能有效地提高现有桥梁承载能力、改善结构性能;使用全新材料高强铝合金，发挥出其不易锈蚀的特点，降低了侵蚀环境下桥面板的安全隐患以及由于后期维护而造成的经济损失，此外高强铝合金低温性能优异，在严寒地区作为桥面板的体外预应力加固材料优势将更加明显。
【主权项】
1.混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，包括桥墩(I)以及设置在桥墩(I)上的桥面板(2)，桥面板(2)的下侧设置有若干根高强铝合金板(4)，高强铝合金板(4)均平行于桥面板(2)的轴线。2.根据权利要求1所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，每根高强铝合金板(4)的宽度为150mm;相邻高强招合金板(4)之间的间距为300?450mm。3.根据权利要求1所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，桥面板(2)的下侧开设有若干个凹槽，凹槽内安装有若干根加强筋(3 )，加强筋(3)均垂直于桥面板(2)的轴线。4.根据权利要求3所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，每根加强筋(3)的直径不小于18mm，相邻加强筋(3)之间的间距在450mm以上。5.根据权利要求3所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，加强筋(3)采用高强铝合金筋。6.根据权利要求3所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，凹槽的直径为加强筋⑶直径的1.5?2倍。7.根据权利要求1所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，高强铝合金板(4)通过若干个螺栓(5)固定安装在桥面板(2)的下侧。8.根据权利要求7所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，螺栓(5)的材质为高强铝合金;且相邻螺栓(5)之间的间距为700mm。9.根据权利要求1所述的混凝土桥面板体外加固系统，其特征在于，高强铝合金板(4)的强度至少为700MPa。10.混凝土桥面板体外加固方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)首先在高强铝合金板(4)上加工用于安装螺栓(5)的螺纹孔;然后将材质均为高强铝合金的加强筋(3)、高强铝合金板(4)和螺栓(5)进行表面氧化处理;清理待加固的桥面板(2)； (b)在桥面板(2)下侧对加强筋(3)、高强铝合金板(4)和螺栓(5)进行定位放线，确定其安装位置，其中高强铝合金板(4)沿桥面板(2)的纵向方向，加强筋(3)沿桥面板(2)的横向方向； (c)在桥面板(2)下侧加强筋(3)的安装位置处开设凹槽，在螺栓(5)的安装位置处进行钻孔； (d)在凹槽内以及高强铝合金板(4)的安装位置处均涂抹结构胶，先在凹槽内安装加强筋(3)，再安装高强铝合金板(4)，最后安装螺栓(5)，将高强铝合金板(4)固定在桥面板(2)下侧，完成混凝土桥面板体外加固。
【专利摘要】本发明涉及混凝土桥面板体外加固系统及加固方法，包括桥墩以及设置在桥墩上的桥面板，桥面板的下侧设置有若干根高强铝合金板，高强铝合金板均平行于桥面板的轴线。本发明系统中通过设置高强铝合金板对桥面板进行加固，高强铝合金具备极好的耐腐蚀性和与钢材相近的强度与塑性，可以显著提高混凝土桥面板的承载力和耐久性，在不增加自重的情况下，提高承载能力，降低了侵蚀环境下桥面板的安全隐患以及由于后期维护而造成的经济损失，并且保证了桥面板具有良好的延性；本发明结构简单，适用范围广，尤其是高强铝合金低温性能优异，在严寒地区作为桥面板的体外预应力加固材料优势将更加明显。
【IPC分类】E01D22/00
【公开号】CN105714700
【申请号】CN201610285605
【发明人】邢国华, 常召群, 王春生, 吴涛
【申请人】长安大学