一种不中断交通的快速桥梁拓宽结构及安装方法与流程

本发明涉及路桥工程技术领域，尤其是涉及一种不中断交通的快速桥梁拓宽结构及安装方法，适用于交通量大且难以中断交通和不适宜增加下部结构的桥梁。

背景技术：

目前，随着社会经济的高速发展，城市道路规模不断扩大，相当一部分早期建设的桥梁技术状况已不能适应新的交通运输需求，普遍存在交通功能弱，通行能力低等问题，在城市道路网中形成“瓶颈”，严重影响了城市交通的畅通，成为交通堵塞点和交通事故多发地点。结合城市基础设施建设，急需对其进行技术改造,合理利用，以满足和适应新的交通发展需要。

桥梁改扩建项目中，桥梁拓宽技术复杂、实施难度高、对现代交通影响大，以及如何保证加宽后桥梁结构整体的良好运营性能。针对此种问题，亟需采用一种经济合理且快速的桥梁拓宽结构。在原有梁底设置钢结构，悬臂处设置钢桁架连接，梁与梁之间增设横向斜撑，横向斜撑与钢桁架连接提高悬臂的刚度，这样不仅能快速进行桥梁拓宽，而且不影响桥上及桥下通行，还减少了新建桥梁下部结构，充分利用现有桥梁的承载能力。

近年来，桥梁改扩建项目快速发展，钢结构工程在桥梁结构上的大量应用，因此，通过采用钢结构对现有桥梁进行拓宽改造，一方面减少了新建桥梁下部结构，可以快速施工；另一方面还不中断交通。迄今为止，尚未见将该结构直接应用于桥梁拓宽的报道。

目前，常见的桥梁拓宽方式为，在原桥一侧或两侧新建上部结构和下部结构，新建桥梁上部结构与原桥连接，下部结构与原桥分离，这种方式工程量大，同时上下部结构施工，还会中断桥上或桥下交通，而且新建桥梁和原桥基础分离，不均匀沉降会导致连接部分变形或开裂。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的新旧桥梁之间变形差对连接钢筋混凝土的力学性能影响、连接部位混凝土产生开裂等问题、以及施工过程中断现有交通等问题，本发明提供了一种不中断交通的快速桥梁拓宽结构，包括：

横梁、托架、斜撑、腹杆、梁底钢板、纵梁、桥面板，其中：

所述托架位于桥体主梁腹板外侧，翼缘板下部，超出桥体翼缘板宽度向外突出，所述托架与主梁之间，所述托架与横梁之间，所述托架与斜撑之间，所述斜撑和横梁之间进行固定；所述腹杆位于桥体的梁与梁之间，并且与梁的腹板固定，交叉腹杆在交叉点固定；所述梁底钢板与梁底固定连接；所述纵梁位于横梁之上，纵梁和横梁上方固定桥面板。

优选的，所述托架通过植筋与主梁固定连接，并且所述托架与主梁之间涂抹结构胶。

优选的，所述托架与横梁之间，所述托架与斜撑之间，所述斜撑和横梁之间通过焊接固定。

优选的，所述腹杆通过锚栓和端头板与梁的腹板进行紧固，交叉腹杆在交叉点通过焊接固定。

优选的，所述梁底钢板通过植筋与梁底连接，并且与主梁之间涂抹结构胶。

优选的，所述横梁、托架、斜撑、腹杆、纵梁采用槽钢或工字钢构件。

上述不中断交通的快速桥梁拓宽结构的安装方法：

(1)准备工作：拆除旧桥防撞护栏，及凿除部分翼缘铺装；

(2)钻孔：采用冲击钻在埋设锚栓和植筋的位置钻孔，钻完孔后用压缩空气吹出孔内粉尘，再用脱脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔内壁；

(3)植筋：在孔内满注植筋胶，然后把锚栓和植筋单向旋入；

(4)安装腹杆：将端头板套入锚栓，拧紧螺母固定，然后将腹杆与端头板焊接固定；

(5)粘贴钢板：梁底钢板与梁接触面之间满涂结构胶，套入植筋，拧紧螺栓固定；

(6)安装横梁和斜撑：托架、横梁和斜撑采用焊接连接，紧固在一起，将托架与梁接触面之间满涂结构胶，套入植筋，拧紧螺栓固定，托架底与梁底钢板通过焊接固定在一起；

(7)安装纵梁和桥面板。

本发明采用钢桁架拓宽结构拓宽旧桥，具有以下优点：

1、钢桁架结构与旧桥上部结构连接成整体，能够新旧桥共同受力，减少了因下部结构分离而产生的沉降、变形。

2、在钢桁架施工时，可以最大限度的减少对原桥交通的影响，不中断原桥的通行，仅在旧桥侧面和下部施工，需要施工空间小。

3、钢构件可以工厂化预制，质量保证率高，省去了混凝土施工支模板、绑钢筋、浇筑及养护等环节，施工方便，速度快。

附图说明

图1是本发明钢桁架拓宽结构的侧视图。

图2是本发明拓宽结构的平面图。

图3是本发明粘贴钢板的大样图。

图4是外侧斜腹杆稳定验算图。

附图标记说明：

横梁-1、托架-2、斜撑-3、腹杆-4、端头板-5、锚栓-6、梁底钢板-7、植筋-8、纵梁-9、桥面板-10、旧桥边梁-11、旧桥中梁-12、拓宽结构-a、旧桥-b。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

本发明提供了一种用于拓宽旧桥的钢桁架拓宽结构，包括横梁1、托架2、斜撑3、腹杆4、端头板5、锚栓6、梁底钢板7、植筋8、纵梁9、桥面板10等。

托架2位于旧桥边梁腹板外侧翼缘板下部，并超出旧桥翼缘板宽度。托架2通过植筋8与梁连接，托架2与梁之间涂抹结构胶，横梁1与托架2焊接固定在一起，斜撑3与横梁1、托架2通过焊接固定。

所述的旧桥梁与梁之间的腹杆4通过锚栓6、端头板5与梁的腹板紧固在一起，两根腹杆之间的交叉通过焊接固定。

所述的梁底钢板7通过植筋8与梁底连接，梁底钢板7与梁之间填充结构胶。

所述的纵梁9位于横梁之上，纵横梁上安装桥面板。

所述横梁1、托架2、斜撑3、腹杆4、纵梁9可采用槽钢、工字钢等型钢。

首先进行结构计算：

一、主要结构验算

由于增加了多道横隔梁，为了能比较准确地反映实际结构的受力情况，把此类结构简化为纵横相交的梁格系，按杆件系统的空间结构来求解。将拓宽结构的力作为外荷载加载在原桥上。

1、外侧斜腹杆稳定验算

斜腹杆与桥面板及腹板均为刚接，在承受桥面板传递的荷载时，斜腹杆本身会发生压缩变形及垂直杆向变形。当横向变形较大时会发生突然性破坏，也就是失稳性破坏。参见图4，压杆平衡微分方程如下：

eiμ″＝-nμ-f(l-x)-m(1)

eiμ＝∫∫(-nμ-f(l-x)-m)dμdμ+cμ+d(2)

求解微分方程得到通解：

已知边界条件：x＝0μ＝0；x＝0μ＝0。在端部不计压缩变形对稳定的影响，只计入压杆横向变形，由此可得压杆失稳受力情况。

2、植筋强度计算

本发明中外侧梁与托架通过植筋进行连接，钢板和混凝土构件通过剪力钢筋实现共同协同工作。抗剪连接键及其周围砼板内受力状态十分复，连接极限强度计算公式如下：

qu是极限承载力；fc是混凝土的立方体抗压强度；f'c是混凝土圆柱体抗压强度；fy是钢筋的屈服强度；d是孔洞直径；ds是横向贯通钢筋的直径；

3、边梁验算

拓宽后的桥面板，与原桥翼缘板互相做成铰接的，计算原桥边梁悬臂根部的受力，最不利的加载位置是把车轮荷载对中布置在铰接处。

每米宽板条的弯矩：

msp：活载弯矩，msg：恒载弯矩，ms：最大设计弯矩，a:悬臂板的有效工作宽度，

μ：冲击系数。

出每米宽板条的剪力：

悬臂板承载能力按现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》jtgd62-2004对边梁悬臂板进行验算。

增加了多道横隔梁，使主梁受力更均匀，为了能比较准确地反映实际结构的受力情况，把此类结构简化为纵横相交的梁格系，按杆件系统的空间结构来求解。将拓宽结构的力作为外荷载加载在原桥上。验算原桥主梁的承载能力，满足现行规范要求后，方可采用此结构进行拓宽。

二、拓宽结构验算

拓宽结构受力主要由锚栓承受，主要承受剪力和弯矩，计算出锚栓的剪力：

v＝q1l1+q2h(7)

q1：横向每延米的重度，q2：竖向每延米的重度，l1：拓宽的宽度,h：主梁高度

然后计算出弯矩

m＝v(l1+l0)/2(8)

群锚在剪力和弯矩作用下进行受力验算，并根据计算结构合理设计锚栓孔直径、钻孔深度等参数。

根据多座中小跨径桥梁计算结果表明，在原有桥梁满足要求的前提下，该种结构的宽度可以做到2.5m宽。

表格1

本发明提供的拓宽结构施工过程如下

(1)准备工作

拆除旧桥防撞护栏，及凿除部分翼缘铺装。该拓宽横向结构错开旧桥横隔板布置，根据旧桥尺寸和结构跨径，计算布置间距。钢结构加工制作前需对现成尺寸进行复测，确保加工精度。

(2)钻孔

在钢桁架埋设锚栓6、植筋8位置钻孔，可采用冲击钻钻孔，钻孔时应避开主梁预应力筋及主筋。钻完孔后用压缩空气吹出孔内粉尘，再用脱脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔内壁。

(3)植筋

在孔内满注植筋胶，然后把锚栓6、植筋8慢慢单向旋入，不可中途逆向反转，直至钢筋伸入孔底。锚栓6、植筋8植入后待其完全固化，方可进行下道工序。

(4)安装腹杆

将端头板5套入锚栓6，拧紧螺母固定，然后将腹杆吊装至合适位置，分别与端头板焊接固定。

(5)粘贴钢板

梁底钢板与梁接触面应满涂结构胶，套入植筋，拧紧螺栓固定。

(6)安装横梁和斜撑

托架、横梁和斜撑采用焊接连接，紧固在一起。将托架与梁接触面应满涂结构胶，套入植筋，拧紧螺栓固定。托架底与梁底钢板通过焊接固定在一起。

(7)安装纵梁和桥面板

拓宽结构安装稳定后，进行荷载试验满足要求后，安装纵梁和桥面板。

本发明提供的快速桥梁拓宽结构可在不中断交通的情况下进行施工，该桥梁拓宽结构减少了新建桥梁的下部结构，避免了新旧桥梁之间变形差对连接钢筋混凝土的力学性能影响、连接部位混凝土产生开裂等问题，解决了施工过程需中断现有交通等问题。

可以理解的是，以上是为了阐述本发明的原理和可实施性的示例，本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。