用钢桁梁顶升加固的混凝土连续刚构梁桥及施工方法与流程

本发明属于桥梁工程领域，特别涉及一种用钢桁梁顶升加固混凝土桥梁及施工方法钢桁梁。

背景技术：

混凝土梁桥约占各类桥梁总数的80％以上，由于各种原因使为数不少的混凝土梁桥存在开裂、后期挠度过大等病害，尤其是大跨径预应力混凝土连续刚构桥因有效预应力不足，较为普遍存在程度不同的后期挠度过大病害，为此，人们作了多种途径的探索，认为通过施加体外预应力来调节连续刚构桥后期挠度是一种有效的方法。因此，体外预应力技术为现有阶段主动改善桥梁应力及变形状况的有效加固手段之一。现有技术中，较为普遍的体外预应力技术为在混凝土箱梁箱内布置体外预应力束，通过纵向张拉使混凝土箱梁获得需要的预压应力和提升力。施工时，在混凝土箱梁箱内设置体外预应力束，必须新增设置大体积的混凝土转向块和锚固块；施工工序繁多，工艺复杂，在箱梁内部施工操作空间受限，较难保证施工质量。从结构上来讲，体外预应力技术需在箱梁内设置体外预应力束需要的转向块、锚固块、定位件等，一方面明显增大了主梁的恒载重量，另一方面对主梁不可避免存在为数不少的钻孔植筋；该桥主梁箱内设置多道横隔板，势必对各横隔板均须人工开孔以便预应力束穿过；这些工艺都对尚未加固混凝土箱梁造成人为损伤。并且，传统的体外预应力施工需中断桥梁运营交通的施工工期较长。同时，已有工程案例表明：体外预应力加固技术对主梁下挠恢复的实施效果与理论预期有明显差异；通过在混凝土箱梁关键部位植筋方式形成的转向块和锚固块性能及预应力损伤存在不确定性，转向块增大了主梁跨中部位荷载，使加固后桥梁长期性能存在不确定性。且传统体外预应力加固将强大的纵向力施于混凝土箱梁，无论需要与否通常沿主梁全长均需布置预应力束，以避免主梁应力过于突变，工艺较为复杂。

因此，需要对混凝土梁桥的加固方法及工艺进一步改进，能够有效改善混凝土梁桥的应力和变形状况，并且对原结构影响较小，施工简便、施工周期短，易于保证施工质量以及后期质量。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用钢桁梁顶升加固的混凝土连续刚构梁桥，能够有效改善混凝土梁桥的应力和变形状况，并且对原结构影响较小，施工简便、施工周期短，易于保证施工质量以及后期质量。

本发明的用钢桁梁顶升加固的混凝土连续刚构梁桥，包括混凝土箱梁和钢桁梁，所述钢桁梁为两榀纵向并列设置于混凝土箱梁腹板两侧，两榀钢桁梁之间中部位置设有下横向联系，所述下横向联系位于混凝土箱梁底板下方并对混凝土箱梁施加向上的顶升力。

进一步，所述钢桁梁两端固定联结于对应的墩顶处的混凝土箱梁相对的位置。

进一步，所述钢桁梁两端通过锚固于墩顶的混凝土箱梁的横隔板处实现固定联结于墩顶混凝土箱梁。

进一步，所述钢桁梁的下弦杆两端分别支承于对应的墩顶。

进一步，所述下横向联系与混凝土箱梁底板底面之间缝隙用钢垫板填塞密实并固定。

进一步，所述下横向联系位于混凝土箱梁的跨中区域，且为至少两个沿混凝土箱梁的纵向相对于混凝土箱梁的跨中对称布置；所述下横向联系对混凝土箱梁施加向上的力使混凝土箱梁具有向上的变形。

进一步，所述钢桁梁与混凝土箱梁之间在长度方向上分布固定连接点。

本发明还公开了一种所述的用钢桁梁顶升加固的混凝土连续刚构梁桥的施工方法，包括下列步骤：

b.在混凝土箱梁两侧安装钢桁梁，并将其两端固定联结于墩顶处的混凝土箱梁上；并将钢桁梁的下弦杆两端支撑于对应的墩顶；

c.位于混凝土箱梁跨中部位在混凝土箱梁底板下部安装连接于钢桁梁之间的顶升反力架；

d.在反力架与混凝土箱梁底板之间施加顶升力，使混凝土箱梁发生相对于钢桁梁上拱的变形；

e.在钢桁梁之间位于混凝土箱梁底板下部固定连接设置下横向联系，形成对混凝土箱梁的向上抵紧；

f.拆除反力架使固定联结于钢桁梁的下横向联系直接作用于混凝土箱梁。

进一步，步骤b中，所述反力架位于混凝土箱梁的跨中区段；步骤d中，所述下横向联系位于混凝土箱梁的跨中区段；

还包括步骤g，将钢桁梁与混凝土箱梁之间通过沿长度方向分布的固定连接点形成固定连接。

进一步，步骤b中，所述反力架位于混凝土箱梁的跨中的正中，步骤d中，所述下横向联系为至少两个，沿混凝土箱梁纵向对称于反力架布置；步骤e中，对下横向联系与混凝土箱梁底板底面之间缝隙用钢垫板填塞密实且固定，形成对混凝土箱梁的向上抵紧；

还包括步骤a，在墩顶设定位置安装钢牛腿；步骤b中，将钢桁梁的下弦杆两端支撑于对应的墩顶的钢牛腿。

本发明的有益效果是：本发明的用钢桁梁顶升加固的混凝土连续刚构梁桥及施工方法，以位于混凝土箱梁腹板两侧的钢桁梁为反力支承结构，在跨中反向顶升混凝土箱梁，与传统的体外预应力结构相比，本发明的钢桁梁与混凝土箱梁固定形成复合结构受力，以钢桁梁为反力支承结构对混凝土箱梁施加主动顶升力，可有效改善混凝土箱梁的应力和变形状态至期望程度，对混凝土箱梁施加的主动顶升力通过钢桁梁两端将钢桁梁反力直接传递给桥墩，对混凝土箱梁无不利影响，可仅对需要跨结构进行主动加固，受力明确，预期效果好；本结构通过钢桁梁横联向混凝土箱梁底板下部传递主动顶升力，传力直接，性能可靠；钢桁梁与原混凝土连续刚构形成组合结构，使附着于混凝土箱梁的钢桁梁避免了钢结构的失稳问题；在该组合结构中由活载对钢桁梁产生的应力增量极小，避免了钢结构的疲劳问题；钢桁梁使组合结构的极限承载能力有相应的提高；施工过程中，在砼箱梁两侧新增钢桁梁，对混凝土箱梁结构无损伤且影响较小；本发明的加固方式属装配式施工，工厂化制作，现场拼接安装，施工简便快捷，质量易于保证，对桥梁运营交通中断时间最短，也是本发明的突出优点之一。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明桥梁结构示意图；

图2为图1C处放大图；

图3为图2沿A-A向剖视图；

图4为图2沿B-B向剖视图；

图5为图1沿D-D向剖视图。

具体实施方式

图1为本发明桥梁结构示意图，图2为图1为本发明桥梁结构示意图，图2为图1C处放大图，图3为图2沿A-A向剖视图，图4为图2沿B-B向剖视图，图5为图1沿D-D向剖视图，如图所示，本实施例的用钢桁梁顶升加固的混凝土连续刚构梁桥，包括混凝土箱梁1和钢桁梁2，所述钢桁梁2为两榀纵向并列设置于混凝土箱梁1腹板两侧，两榀钢桁梁2之间设有下横向联系3，所述下横向联系3位于混凝土箱梁1腹板下部并对混凝土箱梁1施加向上的顶升力；下横向联系3指的是在两榀钢桁梁2之间通过现有的机械连接方式(包括焊接、螺栓连接等)设置横向连接，用于向上顶升混凝土箱梁1，该顶升力通过下横向联系3传递至钢桁梁2，以钢桁梁为反力支承结构对混凝土箱梁施加主动顶升力，可有效改善混凝土箱梁的应力和变形状态至期望程度。

本实施例中，所述钢桁梁2两端固定联结于对应的墩顶处的混凝土箱梁1相对的位置，将竖直力直接向下传递，承载能力较强；墩顶指的是用于支撑混凝土箱梁1形成桥的桥墩的顶部，属于现有技术的结构特征，在此不再赘述。

本实施例中，所述下横向联系3对混凝土箱梁1施加向上的力使混凝土箱梁1具有向上的变形；起到与现有的预应力相比更好的加固效果，保证加固后桥梁长期性能具有较好的效果。

本实施例中，所述钢桁梁2两端通过锚固于墩顶的混凝土箱梁1的横隔板11处实现固定联结于墩顶混凝土箱梁，固定连接采用现有的锚固结构即可实现；在本加固体系中，钢桁梁主动顶升力的反力通过钢桁梁两端竖向力直接传递给桥墩，对混凝土箱梁无不利影响，并且应用灵活，可仅对需要跨结构进行主动加固，增加承载能力，形成完整的一体化结构；如图所示，所述钢桁梁2两端分别通过上弦杆21和下弦杆22锚固于墩顶的混凝土箱梁的横隔板11处，上弦杆21和下弦杆22分别通过伸入混凝土箱梁1的较为厚实的横隔板的锚固结构形成锚固，易于承担较大的竖向力，受力状态合较为理。

本实施例中，所述钢桁梁2的下弦杆22两端分别支承于对应的墩顶；如图所示，下弦杆通过墩顶固定设置的钢牛腿支撑于墩顶，增加承载能力，将竖向力进一步直接传递至桥墩；钢牛腿固定设置于墩顶的方式可以是埋入浇筑等方式，在此不再赘述。

本实施例中，所述下横向联系3与混凝土箱梁1底板底面之间缝隙用钢垫板6填塞密实并固定，通过钢垫板6对混凝土箱梁1施加向上的力，所述钢垫板6一般采用一层或多层钢板结构。也可形成标准尺寸的垫板，可使顶升力形成量化。

本实施例中，所述下横向联系3位于混凝土箱梁1的跨中区域，且为至少两个沿混凝土箱梁的纵向相对于混凝土箱梁的跨中对称布置；如图所示，两个下横向联系3对称设置，能够分别承担顶升力，保证良好的受力状态，避免对混凝土箱梁1形成集中的力而造成损伤。

本发明还公开了一种用钢桁梁顶升加固的混凝土连续刚构梁桥的施工方法，其特征在于：包括下列步骤：

b.在混凝土箱梁1两侧安装钢桁梁2，并将其两端固定联结于墩顶处的混凝土箱梁1上；并将钢桁梁2的下弦杆22两端支撑于对应的墩顶；当然，本步骤的混凝土箱梁1为安装至桥墩的结构；钢桁梁2为工厂施工完成的节段；

c.位于混凝土箱梁1跨中部位在混凝土箱梁1底板下部安装连接于钢桁梁2之间的顶升反力架4；反力架4可采用类似于横向联系的结构，连接于两榀钢桁梁2之间，可采用现有的机械连接结构，比如螺栓连接于钢桁梁的下弦杆，以保证可拆卸；

d.在反力架4与混凝土箱梁1底板之间施加顶升力，使混凝土箱梁1发生相对于钢桁梁2上拱的变形；顶升力指的是对混凝土你箱梁形成向上的顶升力，此时反力架需要具有足够的承载能力，在此不再赘述；顶升力一般通过千斤顶5实现；

e.在钢桁梁2之间位于混凝土箱梁底板下部固定连接设置下横向联系，形成对混凝土箱梁1的向上抵紧；顶升力达到设定的吨位或者混凝土箱梁具有设定的变形时，在钢桁梁之间连接下横向联系，并使下横向联系对混凝土箱梁形成向上抵紧的效果(可通过垫板实现)；

f.拆除反力架使固定联结于钢桁梁的下横向联系(也可包括垫板)直接作用于混凝土箱梁。

本实施例中，步骤b中，所述反力架位于混凝土箱梁的跨中区段；步骤d中，所述下横向联系位于混凝土箱梁的跨中区段；

还包括步骤g，将钢桁梁2与混凝土箱梁1之间通过沿长度方向分布的固定连接点形成固定连接，比如：用植入式锚固螺栓将钢桁梁节点与混凝土箱梁固定连接，增加复合结构的承载能力，并避免钢桁梁失稳。

本实施例中，步骤b中，所述反力架位于混凝土箱梁的跨中的正中，步骤d中，所述下横向联系为至少两个，沿混凝土箱梁纵向对称于反力架布置，本实施例为两个；步骤e中，对下横向联系3与混凝土箱梁1底板底面之间缝隙用钢垫板6填塞密实且固定，形成对混凝土箱梁的向上抵紧；

还包括步骤a，在墩顶设定位置安装钢牛腿7；步骤b中，将钢桁梁2的下弦杆22两端支撑于对应的墩顶的钢牛腿7。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。