预应力钢绞线网聚合物砂浆加固钢筋混凝土肋拱桥的方法与流程

本发明涉及混凝土肋拱桥加固领域，特别涉及一种预应力钢绞线网聚合物砂浆加固钢筋混凝土肋拱桥的方法。

背景技术：

钢筋混凝土肋拱桥由两条或多条分离式的平行拱肋以及在拱肋上设置的立柱和横梁支撑的桥面系组成，是拱桥中的一种主要类型；同时也是拱桥向大跨径方向发展较有潜力的桥型。该桥型具有拱肋重量轻、跨越能力大、桥型构造简单、造价较低等优点，自上世纪九十年代开始在我国西部得到了广泛的应用。由于当时施工技术的局限性，并且随着经济建设的发展，交通量的不断增加，超载超限现象的加剧，已凸现了一系列的病害，如拱肋开裂，拱肋局部混凝土窝蜂、麻面、破损，横系梁与拱肋接头处破损、开裂，立柱混凝土局部破损、剥落、露筋等，严重影响了我国的日常交通运行，从而阻碍了国民经济的正常发展和社会安定。

但到目前为止还没有比较系统的技术可以用于指导钢筋混凝土肋拱桥的加固处治。鉴于此，这一类钢筋混凝土肋拱桥急需加固，提出可靠、经济、合理的钢筋混凝土肋拱桥加固技术具有积极的现实意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种施工简便、周期短，且不需要大型机具设备，加固效果明显、耐久性好的预应力钢绞线网聚合物砂浆加固钢筋混凝土肋拱桥的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种预应力钢绞线网聚合物砂浆加固钢筋混凝土肋拱桥的方法，其特征在于：包括沿待加固混凝土拱桥拱肋上分布的多个加固系统，每个加固系统均包括多排间隔设置的预应力钢绞线形成的沿环向包覆所述的待加固混凝土拱肋的钢绞线网、用于固定钢绞线网一端且形成单位施工段的第一固定件及用于固定钢绞线网另一端且与第一固定件平行间隔设置的第二固定件，所述的第一固定件与第二固定件之间预留用于利用张拉装置张拉固定的宽度；

具体包括以下操作步骤：

1)、预制加固系统的单位施工段的第一固定件及第二固定件；

2)、钢绞线下料，并将整排钢绞线一端以一排锚扣固定于第一固定件，将钢绞线网另一端以另一排锚扣固定于第二固定件，形成钢绞线网；

3)、将步骤2)中形成的钢绞线网沿拱肋表面环向布置，并将第一固定件及第二固定件预留至肋拱桥侧面，且第一固定件与第二固定件之间预留宽度；

4)、利用张拉装置对固定于第一固定件与第二固定件上的钢绞线网进行张拉，达到设计预应力值后停止张拉，并利用高强螺栓锚固以使得第一固定件与第二固定件上的钢绞线网拉力与高强螺栓拉力相互平衡；

5)根据步骤1)-4)完成各个加固系统的施工，并将张拉装置拆除；

6)、喷涂聚合物砂浆。

作为改进，预设计步骤为：

a).确定每个加固系统单位施工段的长度：

其中：lg-每个加固系统单位施工段的长度(m)；l-拱桥的跨径(m)

且坦拱桥取f/l＜1/5；陡拱桥取f/l≥1/5；

b).计算单根钢绞线张拉力

n＝αfrka

其中：n-单根钢绞线张拉力(n)；frk-高强钢丝绳抗拉强度标准值(mpa)；

a-钢丝绳长度(mm^2)α-张拉力控制系数，取0.2-0.4；

c).钢绞线网间隔距离取值为40—50mm之间。

d)两钢棒在张拉前预留的宽度范围

b-钢棒预留宽度(mm)；

frk-高强钢丝绳抗拉强度标准值(mpa)；

作为改进，所述的第一固定件与第二固定件均为圆形钢棒，所述的圆形钢棒上排列有多个用于容置锚扣的通孔。

作为改进，所述的张拉装置包括横向穿过第一固定件与第二固定件末端之间的张拉螺杆，且所述的张拉螺杆的一端设有第一张拉螺帽，所述的张拉螺杆的另一端依次套合安装有套管、力传感器及第二张拉螺帽。

作为改进，所述的第一固定件与第二固定件均为固定角钢，所述的锚扣固定于所述的固定角钢的肋板上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用高强钢绞线网聚合物砂浆用于加固肋拱桥，以期解决肋拱在后期运营中出现的承载力不足，变形过大，开裂等问题，该方法具有的优点：①施工简便、周期短,且不需要大型机具设备；②在较小的空间中即可实施加固结构的施工,在加固期间不影响正常交通；③加固效果明显，有效提高肋拱的抗弯、抗剪承载力与变形能力,提高构件刚度；④耐久性好，且具有一定的灵活性，可用于局部加固，也可用于全桥加固；⑤加固面层薄(加固层一般为15～25mm厚),结构自重增加不大,结构外观尺寸和形状改变很小,对净空几乎没有影响。综上所述，这种加固方法在提高承载能力以及抗弯刚度方面效果较好，特别适用于中小跨径肋拱桥。

附图说明

图1为本发明结构立体示意图。

图2为本发明剖面结构示意图。

图3为本发明高强螺栓连接结构示意图。

图4为第一固定件和第二固定件为角钢结构立体示意图。

图5为钢筋混凝土肋拱桥示意图。

图1-5中：1-拱肋，2-钢绞线网，3-第一固定件，4-第二固定件，5-锚扣，6-高强螺栓，7-张拉螺杆，8-第一张拉螺帽，9-套管，10-力传感器，11-第二张拉螺帽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

如图1～5所示，

一种预应力钢绞线网聚合物砂浆加固钢筋混凝土肋拱桥的方法，包括沿待加固混凝土拱桥拱肋1上分布的多个加固系统，每个加固系统均包括多排间隔设置的预应力钢绞线形成的沿环向包覆所述的待加固混凝土拱肋1的钢绞线网2、用于固定钢绞线网2一端且形成单位施工段的第一固定件3及用于固定钢绞线网2另一端且与第一固定件3平行间隔设置的第二固定件4，所述的第一固定件3与第二固定件4之间预留用于利用张拉装置张拉固定的宽度；

具体包括以下操作步骤：

1)、预制加固系统的单位施工段的第一固定件3及第二固定件4；

2)、钢绞线下料，并将整排钢绞线一端以一排锚扣5固定于第一固定件3，将钢绞线网2另一端以另一排锚扣5固定于第二固定件4，形成钢绞线网2；

3)、将步骤2)中形成的钢绞线网2沿拱肋1表面环向布置，并将第一固定件3及第二固定件4预留至肋拱桥侧面，且第一固定件3与第二固定件4之间预留宽度；

4)、利用张拉装置对固定于第一固定件3与第二固定件4上的钢绞线网2进行张拉，达到设计预应力值后停止张拉，并利用高强螺栓6锚固以使得第一固定件3与第二固定件4上的钢绞线网2拉力与高强螺栓6拉力相互平衡；

5)根据步骤1)-4)完成各个加固系统的施工，并将张拉装置拆除；

6)、喷涂聚合物砂浆。

预设计步骤：

a).确定每个加固系统单位施工段的长度：

其中：lg-每个加固系统单位施工段的长度(m)；l-拱桥的跨径(m)

且坦拱桥取f/l＜1/5；陡拱桥取f/l≥1/5；

b).计算单根钢绞线张拉力

n＝αfrka

其中：n-单根钢绞线张拉力(n)；frk-高强钢丝绳抗拉强度标准值(mpa)；

a-钢丝绳长度(mm^2)α-张拉力控制系数，取0.2-0.4；

c).钢绞线网2间隔距离取值为40—50mm之间。

d)两钢棒在张拉前预留的宽度范围

b-钢棒预留宽度(mm)；

frk-高强钢丝绳抗拉强度标准值(mpa)；

所述的第一固定件3与第二固定件4均为圆形钢棒，所述的圆形钢棒上排列有多个用于容置锚扣5的通孔。

所述的张拉装置包括横向穿过第一固定件3与第二固定件4末端之间的张拉螺杆7，且所述的张拉螺杆7的一端设有第一张拉螺帽8，所述的张拉螺杆7的另一端依次套合安装有套管9、力传感器10及第二张拉螺帽11。

所述的第一固定件3与第二固定件4均为固定角钢，所述的锚扣5固定于所述的固定角钢的肋板上。

实施例：

该桥采用肋板拱结构，主拱圈跨径48.0m，净矢高为6m，桥面宽7m，设计荷载为汽车-20，挂车120级。主拱圈设计-采用等截面矩形拱肋1，肋高1.0m，宽2.0m，为双肋结构，拱轴系数m＝1.327，f0/l0＝1/8为坦拱。由于交通负荷日益增大，导致拱肋1拱脚、拱顶、1/4处均有开裂。

对于该桥的实际情况以及业主的要求，我们团队采用自行开发的预应力钢绞线网2-聚合物砂浆加固方法进行全桥加固设计。

1.钢棒长度取值

由公式

由于该桥为坦拱，取大值；lg＝2.67m。考虑到施工简便性，在实际施工中将钢棒长度调整为2.0m。

2.单根钢绞线张拉力取值

由公式

n＝αfrka

考虑到拱肋1的裂缝分布以及宽度，取α＝0.3，本加固案例中采用的钢丝绳为φ^s＝7.0mm的不锈钢钢丝绳，其中frk＝1650mpa；所以取n＝19kn。钢绞线间距为40mm，所以单位施工段环向钢绞线共5根，两端张拉力为95kn。

3.两钢棒间张拉前预留宽度

由公式

φ^s＝7.0mm的不锈钢钢丝绳对应的弹性模量erw＝1.10×10⁵mpa，此处l取6000mm，β取30mm；那么求得b＝57mm取b＝60mm。

同时，对应的钢绞线长度为5940mm。

然后安装上述1)-6)操作步骤进行操作。

实例1：约束混凝土轴压构件强度试验

环向预应力钢绞线网2对钢筋混凝土拱肋1承载能力提高的关键点在于对其压区混凝土强度的提高，故设计了一组环向预应力钢绞线网2约束素混凝土柱轴压性能试验。

构件设计：150mm×150mm×450mm，混凝土强度为c25，加固间距37.5mm，共进行5个构件试验，其中一个为对比未加固试件。试验变量为预应力水平，分别为0、10％、20％、30％。

试验结果：

从上表可知，加固后构件混凝土强度有明显提升，提高幅度随着预应力水平的增加而提高，从构件层面上验证该方法加固效果明显。

实例2：拱肋1结构试验

拱肋1设计

如图5所示，拱肋1跨径m为3500mm，矢高n为700mm，失跨比为1/5，拱肋1横截面尺寸为150mm×150mm，浇筑混凝土强度为c25。主筋采用hpb235钢筋，直径为箍筋采用hpb235钢筋，直径为箍筋间距130mm，混凝土保护层厚度为25mm。

加固设计：

对拱肋1进行全桥加固处理，环向布置间距为37.5mm的预应力钢绞线，预应力张拉程度为钢绞线抗拉强度的20％，加固用钢绞线规格均为直径4.5mm镀锌钢丝绳。

试验结果：

试验结果证明，该加固方法对于实际钢筋混凝土拱肋1结构的加固效果也很明显。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。