钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，它由一条或多条纵向拱式型钢、钢支座、连接钢套、横向联系型钢组成，设置于拱壳底面。纵向拱式型钢两端在施加预压应力后用连接钢套与端部钢支座焊接，型钢顶板用化学螺栓与拱壳锚固；横向联系型钢焊接于相邻纵向型钢之间或纵向型钢与原有的边拱肋之间，并用化学螺栓与拱壳锚固。本发明不仅对原拱壳起到了局部卸载作用，且确保了加固体系与原结构之间在新旧荷载作用下均能充分协同工作；本发明加固体系为既相对独立又协同作用的纵横肋梁承载体系，能有效减小原拱壳的纵横向跨度，显著提高其承载能力。本发明结构简单，受力明确，施工简便，对桥上交通及周围环境等均不造成明显影响。
【专利说明】钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程学科的桥梁和结构工程领域，具体涉及一种针对钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系。
【背景技术】
[0002]钢筋混凝土无肋板式拱桥及少肋宽型拱波(如两肋单波)拱桥是工程中常用的桥梁结构形式。这类桥梁的拱板(或拱波)多数设计成双向拱起的双曲面形状，在竖向荷载作用下常处于受压为主兼有弯剪的受力状态。在我国，这种类型的拱桥多数建于I960?1980年代。随着交通量的不断增加，这些桥梁的拱板或拱波经常处于超载运营状态，导致板面混凝土开裂、局部压碎等承载力不足的现象，亟需进行加固补强。
[0003]目前针对钢筋混凝土拱板、拱波的常用加固方法有模注混凝土增厚法、喷锚混凝土加固法、粘贴钢板法等。这些方法除了工程量大、成本高以外，最主要的问题是不能对原结构的过大压应力形成一定的卸载作用，后加固体系与原结构之间不能充分地协同工作。其主要原因是原拱板(拱波)在施加新增活载之前已经处于较高应力状态，而加固体系此时尚未受力，要待新增活载施加后才参与共同受力，从而使得这些方法的加固效果欠佳，不能达到显著提高原结构承载能力的目的。鉴此，开发既确保原结构与加固体系能够协同工作，又能对原拱板(拱波)起到一定减压卸载作用，且技术先进、实施简便的加固体系及方法十分必要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，通过对位于所加固的拱壳(拱板或拱波)底面的纵向拱式型钢(槽钢)施加预压应力并将之与端部钢支座焊接、与拱壳锚固，不仅起到对原拱壳局部减压卸载的作用，而且确保加固体系与原结构在新旧荷载作用下均能协同工作，同时具有实施简便，基本不影响桥面正常使用的特点。为此，本发明采用以下技术方案:
一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于它由一条或多条纵向拱式型钢、钢支座、连接钢套、横向联系型钢组成，设置于所加固的拱壳底面，所述纵向拱式型钢的两端在施加预应力后用所述连接钢套与钢支座焊接，所述纵向拱式型钢的顶板用化学螺栓与所加固的拱壳锚固。
[0005]所述纵向拱式型钢的纵向形状与所加固的拱壳底面的纵向曲线形状一致，每条纵向预应力拱式型钢对应两个钢支座，均位于需加固的原拱壳桥体底面，并与拱壳紧密接触。
[0006]在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案:
所述纵向拱式型钢和钢支座的连接端设有侧向外伸牛腿，相邻外伸牛腿之间通过千斤
顶对所述纵向拱式型钢施加纵向预压应力。
[0007]钢支座顶部设有外伸型钢，其型号与纵向拱式型钢一致，就位后与纵向拱式型钢仅留微小缝隙。纵向拱式型钢施加预压应力后用内嵌式的连接钢套将其与所述外伸型钢有效焊接。钢支座包括支座底板、支座钢身、侧向外伸牛腿、顶部的所述外伸型钢。钢支座的钢身内侧装有内衬横隔板，横隔板位于外伸牛腿斜向撑杆的支承点位置。
[0008]纵向拱式型钢的顶板上设有均匀分布的圆形插孔和多个长条形插孔；所述的长条形插孔用于施加预应力前将纵向拱式型钢与所加固的拱壳用螺栓临时固定，但允许有纵向位移；所述的圆形插孔用于施加预应力后将型钢与所加固的拱壳用化学螺栓永久锚固，以便型钢在全长范围内能与拱壳协调变形，共同工作。所述长条形插孔设置在纵向拱式型钢顶板上的圆形插孔中间，一般每隔5至6个圆孔设置I个长条形孔。
[0009]所述横向联系型钢位于相邻两条纵向拱式型钢或一条纵向拱式型钢与边拱肋之间，端部与纵向拱式型钢或拱肋预埋件焊接，顶部用化学螺栓与所加固的拱壳锚固。
[0010]所述纵向拱式型钢和顶部外伸型钢均可采用槽钢。
[0011]横向联系型钢的顶板上也带有大致均匀分布的圆形插孔。横向联系型钢顶板上的圆形插孔用于就位后用化学螺栓将其与拱壳有效锚固，以便横向联系型钢在整个横向长度范围内与拱壳协同工作。
[0012]本发明的显著特点是:
I)纵向拱式型钢通过施加预压应力对原拱壳起到了一定的上拱作用，从而释放了拱壳桥体原有的过大承压应力，达到了部分卸载的目的。
[0013]2)施加预应力后，将纵向拱式型钢与原拱壳用化学螺栓锚固，能确保原有及新增荷载作用下两者在整个纵向范围内均能协调工作，共同承载。
[0014]3)纵向拱式型钢通过钢支座与拱桥基础直接相连，并用横向联系型钢在横向连接，使得本预应力型钢加固体系成为一个相对独立的纵横肋梁承载体系，有效减小了原拱壳的纵横向跨度，明显提高了其抗压、抗剪和抗弯承载能力。
[0015]4)本加固体系结构简单，受力明确，施工方便，无需大型施工设备。纵向和横向型钢可预制完成，若桥梁纵向跨度较大，纵向型钢也可分段预制，待现场安装就位后(施加预应力前)再进行焊接和端板连接。
[0016]5)本加固体系全部位于拱桥底部，具体施工操作也在桥下进行。施工期间对桥上交通、周围环境等均不造成明显影响，仅在对纵向拱式型钢施加预应力的较短时间内需限制桥上重型交通(如重型车辆等)的通行。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的预应力型钢加固体系的结构示意图。
[0018]图中1.桥梁原混凝土拱壳，2.桥梁原混凝土基础，3.纵向预应力拱式型钢，4.钢支座，5.连接钢套，6.化学螺栓。
[0019]图2是钢支座与纵向拱式型钢端部侧视图。
[0020]图中7.支座底板，8.支座与基础间锚杆，9.支座钢身，10.支座侧向外伸牛腿，
11.支座内衬横隔板，12.支座外伸型钢，13.纵向拱式型钢外伸牛腿，14.千斤顶，15.纵向拱式型钢内衬横隔板。
[0021]图3是钢支座与纵向拱式型钢端部仰视图。
[0022]图中16.纵向拱式型钢长条形插孔，17.纵向拱式型钢圆形插孔。
[0023]图4是横向联系型钢及与纵向拱式型钢连接的仰视图。[0024]图中18.横向联系型钢，19.横向型钢圆形插孔，20.纵横向型钢连接焊缝。【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0026]如图1?图3所示，本实施例包括纵向拱式型钢(槽钢)3、钢支座4、连接钢套5。钢支座4包括支座底板7、支座钢身9、侧向外伸牛腿10、顶端外伸型钢(槽钢)12，支座底板用锚杆8与拱桥混凝土基础2锚固。纵向拱式型钢3的纵向形状与所加固的拱壳I底面纵向形状一致，就位后其顶板与所加固的拱壳紧密接触，并用化学螺栓6在长条形插孔16处与拱壳竖向和横向暂时固定，但并未完全锚紧，允许纵向移动。纵向拱式型钢3的端部附近设有向两侧外伸的牛腿13。
[0027]纵向拱式型钢3和两端钢支座4在所加固的拱壳I底面准确就位后，支座顶端的外伸型钢12与纵向型钢端部仅留微小缝隙。就位后在两端钢支座与纵向型钢端部的外伸牛腿上各架设两个千斤顶14，共四个千斤顶同时在两端施加均匀的纵向预压应力，待达到设计预压应力数值后，将连接钢套5嵌入支座外伸型钢和纵向拱式型钢内，并在接触边缘沿纵向、横向和竖向分别焊接，再在圆形插孔17处用化学螺栓6将拱式型钢与拱壳锚固，并锚紧长条形插孔16处的螺栓。焊接和锚固完成后，放松四个千斤顶，并卸除；同时切割钢支座和纵向预应力型钢端部的外伸牛腿。
[0028]纵向拱式型钢加固完成后，在相邻两条纵向预应力型钢(或一条型钢与边拱肋)之间安装横向联系型钢18，并将横向联系型钢端部与纵向拱式型钢(或拱肋预埋件)之间用焊缝20有效焊接，横向拱式型钢顶板设有圆形插孔19，可用化学螺栓将其与原拱壳桥体锚固。
[0029]本实施例中，如果拱桥的纵向跨度较大，导致纵向型钢预制后不便运输和安装，也可先分段预制，再在现场安装就位后进行焊接和端板连接，连成整体后再施加预应力。
【权利要求】
1.一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于它由一条或多条纵向拱式型钢、钢支座、连接钢套、横向联系型钢组成，设置于所加固的拱壳底面，所述纵向拱式型钢的两端在施加预应力后用所述连接钢套与钢支座焊接，所述纵向拱式型钢的顶板用化学螺栓与所加固的拱壳锚固。
2.按权利要求1所述的一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于所述纵向拱式型钢和钢支座的连接端设有侧向外伸牛腿，相邻外伸牛腿之间通过千斤顶对所述纵向拱式型钢施加纵向预压应力。
3.按权利要求1所述的一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于钢支座顶部设有外伸型钢，其型号与纵向拱式型钢一致，纵向拱式型钢施加预压应力后用内嵌式的连接钢套将其与所述外伸型钢有效焊接。
4.按权利要求2所述的一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于纵向拱式型钢的顶板上设有均匀分布的圆形插孔和多个长条形插孔；所述的长条形插孔用于施加预应力前将纵向拱式型钢与所加固的拱壳用螺栓临时固定，但允许有纵向位移；所述的圆形插孔用于施加预应力后将型钢与所加固的拱壳用化学螺栓永久锚固。
5.按权利要求1所述的一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于所述横向联系型钢位于相邻两条纵向拱式型钢或一条纵向拱式型钢与边拱肋之间，端部与纵向拱式型钢或拱肋预埋件焊接，顶部用化学螺栓与所加固的拱壳锚固。
6.按权利要求3所述的一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于钢支座包括支座底板、支座钢身、侧向外伸牛腿、顶部的所述外伸型钢。
7.按权利要求1所述的一种钢筋混凝土拱壳桥体的预应力型钢加固体系，其特征在于所述纵向拱式型钢采用槽钢。
【文档编号】E01D22/00GK103614974SQ201310511428
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】沈安跃, 毛义华, 孙宏磊, 吴焕东, 孙飞, 李洪宇, 韩秉玺 申请人:宇杰集团股份有限公司, 浙江大学