一种用于加固psc连续箱梁桥的悬索桥结构及施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于加固PSC连续箱梁桥的悬索桥结构及施工方法（PSC:预应力 钢筋混凝土），该发明的加固结构包括桥塔、缆索和放置在桥面中心线上的组合型钢，通过 悬索桥体系改变PSC连续梁桥受力状况，从而提高其承载能力。通过连接装置和竖向预应 力钢筋使型钢锚固箱梁顶板上。桥塔焊接在组合型钢上，通过缆索、吊杆连接桥塔和组合型 钢。本发明中缆索锚固在主梁两端和桥塔、吊杆、箱梁组成受力体系，共同承担主梁恒荷载 及汽车、人群等活载。本发明中吊杆对主梁提供了向上的提升力，增强了主梁抗弯、抗剪能 力，减小了主梁下挠变形，并能抑制主梁裂缝的发展。这种悬索桥的加固方法可以使提高 PSC连续箱梁桥承载力更加高效、简单、安全和经济。
【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法如下：
[0003] 1)增大截面加固法：这种方法通过增加混凝土构件的截面和增加配筋，提高构件 的承载力和刚度。根据加固目的和要求的不同，可以增大截面为主的加固，也可以是以增加 配筋为主的加固。加固中须要确保新旧混凝土结合良好。但这种方法缺点也非常明显，由 于加固中不可避免地增加了结构自重，所以对于本发明所研宄的大跨度预应力混凝土连续 箱梁桥不是很适用。
[0004] 2)加厚桥面补强法：该方法是凿除原有的桥面铺装层，重新铺设一层混凝土或钢 筋混凝土补强层。这种方法能修复已经出现裂缝、剥离等病害的桥面板，又能增加原有主 梁的有效高度，增加主梁的抗弯能力，改善铰接梁的荷载横向分布，从而提高桥梁的承载能 力。但这种方法由于增加了桥梁自重，使恒载弯矩增加较多，并且仍然受到原桥梁结构下缘 受拉区域钢筋允许应力的限制，故此加固方法一般只适用于跨径较小的T形梁桥或板梁。 该方法同样对于大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固效果不佳。
[0005] 3)增大梁肋加固法：增大梁肋加固法常用于T梁加固，对于这类桥梁，可以将梁的 下端加宽，增大横截面面积，并在新混凝土截面中增设受力主筋。但增大截面后同样增加了 结构自重，也不适用于大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固。
[0006] 4)粘贴碳纤维加固法：粘贴碳纤维加固法是利用粘结剂碳纤维增强复合材料 (CFRP)粘贴在梁体混凝土表面，当梁体受到汽车、人群等活载时，碳纤维与梁体混凝土协调 变形而共同受力，从而提高了桥梁的承载能力与刚度，起到了加固作用。但是由于施工中需 要粘贴增强复合材料到梁底，需要工人站在支架上涂抹粘结剂，操作极为不便，粘贴质量难 以得到保障。同时，由于增强复合材料仅在桥梁受到活载时参与工作，属于被动受力，当增 强复合材料发挥作用时，被加固的梁体下挠变形往往已经较大，因此，在大跨度预应力混凝 土连续箱梁桥已经发生较大下挠变形的情况下，加固效果不理想。
[0007] 5)增设承重构件加固法：当桥梁承载力不能满足要求，但梁体结构基本完好时， 为了提高承载力，可以采用增加承重构件的方法，新增构件的承载力和刚度较大。施工中必 须确保新旧构件之间的连接可靠，使其共同参与受力作用，这种加固方法施工期间要对交 通影响较大，而且存在新旧构件受力不同步的问题。
[0008] 6)粘贴钢板加固法：利用环氧树脂系列黏结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物 的受拉侧或薄弱部位，使钢板与原结构物形成整体共同受力，提高结构物的抗弯、抗剪能力 及刚度，改善原结构物的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝发展，从而提高桥梁的承载力 与耐久性。与粘贴碳纤维加固法相似，粘贴钢板加固法同样属于被动加固，也不适用于已经 发生较大下挠变形的大跨度预应力混凝土连续箱梁桥。
[0009] 7)体外预应力加固法：体外预应力加固梁式桥，是一种改变了梁体原有受力状态 的加固方法。当桥梁结构承载力不足或需要提高荷载等级时可以考虑采用体外预应力加固 法。这一方法是在梁体外部布置施加了预应力的钢筋或钢丝束，以改善桥梁的受力状况。这 种方法往往需要在梁体安装预应力锚固装置，对梁体产生损伤；局部过大的压应力存在超 限的可能性，造成安全隐患。
[0010] 8)改变桥梁体系加固法：这种加固方法是通过改变桥梁结构体系来减少主梁内 应力、提高承载能力。如在简支梁下增设支架或桥墩；将相邻两跨简支梁连接成为连续梁。 这种加固方法施工中往往要在桥下作业来增设桥墩，因而占用桥下净空，影响交通或桥梁 泄洪。这种加固方式效果较好，是目前国内外解决临时通行超重车的常见措施。重车通行 后，再拆除临时桥墩或支架。本发明中的加固方法就属于这种方法。
[0011] 9)锚喷混凝土加固法：锚喷混凝土加固法是利用机械喷射高压、高速的混凝土到 已锚固好的钢筋网上，使其凝固硬化形成钢筋混凝土结构，增大原桥梁结构强度和刚度。但 此种加固方法在浆砌片石拱桥加固中运用较多，能较好地解决石拱桥常见病害。
[0012] 我国道路交通量随社会经济的发展而迅猛增长；同时，以往规范中设计荷载标准 值相对较低导致大量桥梁承载能力相对不足，存在不容忽视的安全隐患。针对当前常规桥 梁加固方法在提高大跨度预应力混凝土连续箱梁桥承载力时还存在一些不足的情况，本发 明以既有大跨度预应力混凝土箱梁桥为研宄对象，搜集并分析导致其承载力不足的桥梁病 害及设计缺陷，设计出一种用于加固PSC连续箱梁桥的悬索桥结构及施工方法，使提高PSC 连续箱梁桥承载力更加高效、简单、安全和经济。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的是提高加固PSC连续箱梁桥效益，设计出一种用于加固PSC连续箱 梁桥的悬索桥结构及施工方法，本发明的结构特征如下：
[0014] 悬索桥结构的加固原理：
[0015] 箱梁顶板1和组合型钢2通过连接装置29及竖向预应力钢筋3锚固在一起，缆索 4、吊杆5连接桥塔6和组合型钢2,桥塔6焊接在组合型钢2上，缆索4锚固在箱梁17两 端，吊杆5对组合型钢2提供竖向的提升力，由于锚固作用，箱梁顶板1受到竖向提升力，索 鞍7布置在桥塔6的顶端，缆索4在索鞍7处发生转向，对索鞍7和桥塔6施加压力，桥塔6 将作用力传递给桥墩上方的组合型钢2,组合型钢2再将荷载传递给箱梁0号块8,0号块8 承受作用力传递给中支点支座9,然后通过桥墩10和基础11传递至地基。这样设计的结构 使主梁受到了向上的提升力，起到了主动加固的效果，从而增强PSC连续箱梁桥主梁抗弯、 抗剪能力，减小主梁下挠变形，并能抑制主梁裂缝的发展。
[0016] 悬索桥结构包括：
[0017] 箱梁顶板1、组合型钢2、竖向预应力钢筋3、缆索4、吊杆5、桥塔6、索鞍7、箱梁0 号块8、中支点支座9、桥墩10、基础11、钻孔A12、U形环13、散索鞍14、锚固面15、箱室16、 箱梁17、钻孔B18、竖直钢板19、下水平钢板20、上水平钢板21、U形环螺栓22、索夹23、连 接块螺栓24、连接块25、索夹上螺栓26、主索27、索夹下螺栓28、连接装置29。
[0018] 加固前，箱梁17作用在桥墩10上，桥墩10作用于基础11上，基础11作用于地基 上，箱梁17、桥墩10和基础11形成标准的三跨连续箱梁桥。
[0019] 组合型钢2由竖直钢板19、下水平钢板20、上水平钢板21、连接块25焊接而成。 箱梁17为PSC材料结构。使用机械在下水平钢板20上打出若干钻孔B18,连接装置29和 竖向预应力钢筋3连接，并用连接装置29使组合型钢2锚固在箱梁顶板1上。
[0020] 桥塔6焊接在组合型钢2上，桥塔6顶端安装索鞍7。缆索4在索鞍7处发生转 向，使桥塔6处于受压状态。
[0021] 缆索4由多根主索27组成，缆索4在箱梁17的两端，是本发明中主要的承重结构。 缆索4上安装若干索夹23,通过索夹上螺栓26、索夹下螺栓28使索夹23固定在缆索4上。 利用U形环螺栓22连接U形环13和索夹23。连接块螺栓24连接吊杆5和连接块25。
[0022] 根据以上发明的结构特征，其施工方法如下：
[0023] 在箱梁17、桥墩10和基础11组成的标准三跨连续箱梁桥上，按图7加工组合型钢 2和上水平钢板21，其中上水平钢板21在施工最后焊接到组合型钢2上。在组合型钢2设 计位置打出钻孔A12。利用连接装置29连接竖向预应力钢筋3,在桥面中心线布置组合型 钢2后，再利用连接装置29将组合型钢2锚固在箱梁顶板1上。
[0024] 加工桥塔6节段，现场拼接焊接桥塔6节段并安装索鞍7。利用卷扬机、滑轮提升 并安装、调整缆索4。在所设计位置安装所有索夹23,安装U形环13和吊杆5后与连接块 25连接。根据桥梁具体结构形式及病害程度调整各吊杆拉力，使桥梁处于良好的受力状态。 最后安装、焊接上水平钢板23,并对所有钢构件进行防锈处理。
[0025] 本发明的有益效果：
[0026] 本发明为一种用于加固PSC连续箱梁桥的悬索桥结构及施工方法，通过组合型 钢、缆索、桥塔、吊杆对PSC连续箱梁桥的加固作用，使连续箱梁桥达到了主动加固的效果， 克服了传统加固方法加固效果差、对原桥梁结构局部位置破损大等缺点，能有效提高主梁 抗弯、抗剪能力，减小主梁下挠变形，并抑制主梁裂缝的发展。<