一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法与流程

本发明公路桥梁加固的设计和施工技术领域，具体地，涉及一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法。

背景技术：

斜腿刚构桥是我国普遍使用的一种桥型，由于设计成熟、结构可靠、施工简便、造型美观，斜腿刚构桥在我国的高速公路或者干线公路上大量存在。斜腿刚构桥通常包括对称设置的基础和斜腿，桥面架设于基础和斜腿之上。但受混凝土的长期收缩徐变影响，随着使用年限的增加，刚构桥的跨中下挠问题将越发突出，由此引发的刚构桥预应力松弛、腹板开裂加剧等病害严重危及桥梁的安全与使用性能。

现有的桥梁加固技术主要分为两类，一类为改变结构体系，如减小梁的跨度，简支梁改为连续梁结构，以减轻原梁负担为目的；另外一类是加大截面尺寸和加强结构配筋等。目前的加固技术大多采用受拉区粘贴炭纤维、钢板等加固措施，这些加固方法从原理上属于被动加固范畴。构件自重与恒载由原梁承担，活载由加固以后的组合截面承担，后加补强材料的强度受原梁变形的限制，一般情况下在极限状态时其应力是达不到抗拉强度设计值的，存在极大的浪费现象，同时加固材料仅解决活载的问题其加固效果十分有限。近年，体现先进设计理念的主动加固措施逐渐得到认可，桥梁结构的主动加固多采用体外预应力索，或者有粘结预应力钢束加固的方法，改变内力的分配，其从根本上解决了后补强材料应力滞后的问题，充分发挥材料力学性能，提高了材料的利用效率。

上述的预应力主动加固桥梁技术同样存在一些问题。对于不可中断交通的桥梁加固，桥下预应力施工工艺复杂，在已经破损的桥梁上设置锚固措施，对待加固的桥梁造成进一步的损害。由于预应力钢束的损失情况复杂，加固完成后，有效的预加力效应很难监测多采用理论分析计算得到，与实际情况存在一定的偏差，不便于管养单位掌握加固的桥梁受力状态等。加固施工时，多采用中断或限制交通措施，或进一步加大预应力效应的措施等，给工程带来诸多不便。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法。本发明大幅提高了斜腿刚构桥的整体刚度，改善被加固桥梁结构的受力条件，保证桥梁结构的安全，提高桥梁的承载能力和设计承载标准，并且大大提高斜腿刚构桥梁的加固施工安全性和施工效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法，包括以下步骤：

(1)在斜腿刚构桥梁的斜腿之间悬空设置支顶加固支撑架；所述支顶加固支撑架位于斜腿刚构桥梁的梁体下方，其沿斜腿刚构桥梁的纵向的截面形式为梯形形式，所述支顶加固支撑架底部支撑框和顶部支撑框以及设置在两者之间的多个相互连接的爪型支撑结构，所述各爪型支撑结构包括竖向支撑和两侧的斜向支撑；

(2)在所述支顶加固支撑架的各竖向支撑上分别设置应力监测装置，在支顶加固施工过程中通过所述应力监测装置的读数实时监测、判断所述支顶加固支撑架的压力变化，确保支顶加固过程中的施工安全；

(3)在所述支顶加固支撑架的整体上面均匀设置多个支顶加固装置，所述支顶加固装置包括底座、副液压缸、多个联动杆件、支撑臂、下平台、上平台、支顶力分布监测感应器、支顶位移监测感应器、第一主液压缸和第二主液压缸；

(4)同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固，使斜腿刚构桥梁的梁体产生弹性形变；实时监测所述支顶力分布监测感应器和支顶位移监测感应器的读数，通过读数判断和调整所述支顶加固装置的支顶力变化，确保支顶加固过程中的施工安全和受力调整；

(5)当斜腿刚构桥梁的梁体以及所述支顶加固支撑架受到的应力及应变达到标准时，调整多个支顶加固装置使其上方、下方分别与梁体和所述支顶加固支撑架紧密贴，并将多个支顶加固装置锁紧，即可将支顶力通过多个支顶加固装置传递至斜腿刚构桥梁的梁体。

优选的，所述支顶加固装置的底座上安装有第一主液压缸、第二主液压缸、副液压缸以及稳定支顶机构，第一主液压缸、第二主液压缸和副液压缸分别用来支撑上平台和下平台，并为稳定支顶机构并提供动力，上平台和下平台之间通过柔性枢转结构连接。

在上述任一方案中优选的是，所述稳定支顶机构由两个相连的菱形联动组件组成，菱形联动组件由底座、多个联动杆件、支撑臂以及下平台组成，支顶位移监测感应器根据柔性枢转结构的微小位移变化来局部调整上平台和下平台的空间位置。

在上述任一方案中优选的是，所述上平台通过第一垫板与斜腿刚构桥梁的梁体下表面接触，所述底座通过第二垫板与所述支顶加固支撑架的上表面接触。

在上述任一方案中优选的是，所述支顶力分布监测感应器平均分布在上平台和支撑臂的表面上，实时测量表面上各点的力的分布，保证实时监测到各点处力的变化，以便及时应对支顶加固过程中所出现的突发状况；所述支顶位移监测感应器测出上平台和下平台的相对位移变化，根据此位移变化，使得支顶加固装置实时调整位置。

在上述任一方案中优选的是，所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器均通过线路连接至电脑终端。

在上述任一方案中优选的是，在同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固时，应间隔6h监测、记录应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数，当连续12h监测的对应各读数的变化不超0.5％时，方可将多个支顶加固装置锁紧；每次将多个支顶加固装置锁紧后都应再次观测一次所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数变化，并绘制出支顶受力变化关系曲线；通过所述变化关系曲线，对比分析斜腿刚构桥梁的梁体弹性变形和非弹变形量，确保支顶加固的施工效果。

本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。

本发明的有益效果：

1.本发明利用斜腿刚构桥的斜腿结构设置支顶加固支撑架结构，形成了受力非常稳定、承载力非常大的下部支撑结构，改善了被加固桥梁结构的受力条件，保证桥梁结构的安全，提高桥梁的承载能力和设计承载标准，并且大大提高斜腿刚构桥梁的加固施工安全性和施工效率。并且支顶加固支撑架结构是利用斜腿结构悬空设置，不占用桥下空间。

2.本发明的方法效率高，加固性能好，可以大幅提高刚构桥的刚度，改善跨中下挠问题。该法丰富了桥梁线型，加固后桥梁外观流畅简洁，具有很高的景观价值，具有很好的工程推广价值。

3.本发明支顶加固结构设计非常简单，既能保证结构始终处于水平状态，又能够实时监测到各点处力和位移的变化，使得该支顶加固结构对斜腿刚构桥十分适应。

4.本发明的监测方法能够实时提醒作业工人注意防护，提高了支顶加固施工的安全性。

5.本发明具有调整位移量大，可以反复支顶、随时测力的功能，可定期检测、复核支顶力，良好的解决材料变形带来支顶力损失问题。在斜腿刚构桥梁的加固施工中，实现了主动加固的设计理念，不影响桥梁正常使用，对现况交通无影响，不伤害原桥梁结构，节省材料消耗，符合环保、低碳的施工要求。

附图简要说明

图1是根据本发明的一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。

实施例1

参见图1，一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法，包括以下步骤：

(1)在斜腿刚构桥梁的斜腿之间悬空设置支顶加固支撑架；所述支顶加固支撑架位于斜腿刚构桥梁的梁体下方，其沿斜腿刚构桥梁的纵向的截面形式为梯形形式，所述支顶加固支撑架底部支撑框和顶部支撑框以及设置在两者之间的多个相互连接的爪型支撑结构，所述各爪型支撑结构包括竖向支撑和两侧的斜向支撑；

(2)在所述支顶加固支撑架的各竖向支撑上分别设置应力监测装置，在支顶加固施工过程中通过所述应力监测装置的读数实时监测、判断所述支顶加固支撑架的压力变化，确保支顶加固过程中的施工安全；

(3)在所述支顶加固支撑架的整体上面均匀设置多个支顶加固装置，所述支顶加固装置包括底座、副液压缸、多个联动杆件、支撑臂、下平台、上平台、支顶力分布监测感应器、支顶位移监测感应器、第一主液压缸和第二主液压缸；

(4)同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固，使斜腿刚构桥梁的梁体产生弹性形变；实时监测所述支顶力分布监测感应器和支顶位移监测感应器的读数，通过读数判断和调整所述支顶加固装置的支顶力变化，确保支顶加固过程中的施工安全和受力调整；

(5)当斜腿刚构桥梁的梁体以及所述支顶加固支撑架受到的应力及应变达到标准时，调整多个支顶加固装置使其上方、下方分别与梁体和所述支顶加固支撑架紧密贴，并将多个支顶加固装置锁紧，即可将支顶力通过多个支顶加固装置传递至斜腿刚构桥梁的梁体。

所述支顶加固装置的底座上安装有第一主液压缸、第二主液压缸、副液压缸以及稳定支顶机构，第一主液压缸、第二主液压缸和副液压缸分别用来支撑上平台和下平台，并为稳定支顶机构并提供动力，上平台和下平台之间通过柔性枢转结构连接。

所述稳定支顶机构由两个相连的菱形联动组件组成，菱形联动组件由底座、多个联动杆件、支撑臂以及下平台组成，支顶位移监测感应器根据柔性枢转结构的微小位移变化来局部调整上平台和下平台的空间位置。

所述上平台通过第一垫板与斜腿刚构桥梁的梁体下表面接触，所述底座通过第二垫板与所述支顶加固支撑架的上表面接触。

所述支顶力分布监测感应器平均分布在上平台和支撑臂的表面上，实时测量表面上各点的力的分布，保证实时监测到各点处力的变化，以便及时应对支顶加固过程中所出现的突发状况；所述支顶位移监测感应器测出上平台和下平台的相对位移变化，根据此位移变化，使得支顶加固装置实时调整位置。

所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器均通过线路连接至电脑终端。

在同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固时，应间隔6h监测、记录应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数，当连续12h监测的对应各读数的变化不超0.5％时，方可将多个支顶加固装置锁紧；每次将多个支顶加固装置锁紧后都应再次观测一次所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数变化，并绘制出支顶受力变化关系曲线；通过所述变化关系曲线，对比分析斜腿刚构桥梁的梁体弹性变形和非弹变形量，确保支顶加固的施工效果。

实施例2

参见图1，一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法，包括以下步骤：

(1)在斜腿刚构桥梁的斜腿之间悬空设置支顶加固支撑架；所述支顶加固支撑架位于斜腿刚构桥梁的梁体下方，其沿斜腿刚构桥梁的纵向的截面形式为梯形形式，所述支顶加固支撑架底部支撑框和顶部支撑框以及设置在两者之间的多个相互连接的爪型支撑结构，所述各爪型支撑结构包括竖向支撑和两侧的斜向支撑；

(2)在所述支顶加固支撑架的各竖向支撑上分别设置应力监测装置，在支顶加固施工过程中通过所述应力监测装置的读数实时监测、判断所述支顶加固支撑架的压力变化，确保支顶加固过程中的施工安全；

(3)在所述支顶加固支撑架的整体上面均匀设置多个支顶加固装置，所述支顶加固装置包括底座、副液压缸、多个联动杆件、支撑臂、下平台、上平台、支顶力分布监测感应器、支顶位移监测感应器、第一主液压缸和第二主液压缸；

(4)同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固，使斜腿刚构桥梁的梁体产生弹性形变；实时监测所述支顶力分布监测感应器和支顶位移监测感应器的读数，通过读数判断和调整所述支顶加固装置的支顶力变化，确保支顶加固过程中的施工安全和受力调整；

(5)当斜腿刚构桥梁的梁体以及所述支顶加固支撑架受到的应力及应变达到标准时，调整多个支顶加固装置使其上方、下方分别与梁体和所述支顶加固支撑架紧密贴，并将多个支顶加固装置锁紧，即可将支顶力通过多个支顶加固装置传递至斜腿刚构桥梁的梁体。

所述支顶加固装置的底座上安装有第一主液压缸、第二主液压缸、副液压缸以及稳定支顶机构，第一主液压缸、第二主液压缸和副液压缸分别用来支撑上平台和下平台，并为稳定支顶机构并提供动力，上平台和下平台之间通过柔性枢转结构连接。

所述稳定支顶机构由两个相连的菱形联动组件组成，菱形联动组件由底座、多个联动杆件、支撑臂以及下平台组成，支顶位移监测感应器根据柔性枢转结构的微小位移变化来局部调整上平台和下平台的空间位置。

所述上平台通过第一垫板与斜腿刚构桥梁的梁体下表面接触，所述底座通过第二垫板与所述支顶加固支撑架的上表面接触。

所述支顶力分布监测感应器平均分布在上平台和支撑臂的表面上，实时测量表面上各点的力的分布，保证实时监测到各点处力的变化，以便及时应对支顶加固过程中所出现的突发状况；所述支顶位移监测感应器测出上平台和下平台的相对位移变化，根据此位移变化，使得支顶加固装置实时调整位置。

所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器均通过线路连接至电脑终端。

在同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固时，应间隔6h监测、记录应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数，当连续12h监测的对应各读数的变化不超0.5％时，方可将多个支顶加固装置锁紧；每次将多个支顶加固装置锁紧后都应再次观测一次所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数变化，并绘制出支顶受力变化关系曲线；通过所述变化关系曲线，对比分析斜腿刚构桥梁的梁体弹性变形和非弹变形量，确保支顶加固的施工效果。

进一步，为保证施工效果，所述支顶力分布监测感应器包括油液管、通气管、光栅温度感应器、光栅应力感应器、应力限位器、光纤穿槽、液位指示器、配重块和油液存储盒，所述配重块通过吊钩连接在光栅应力传感器的一端，并吊设在油液存储盒的内部，所述光纤穿槽通过光纤连接在外界光分路器上。所述支顶力分布监测感应器的顶部开设有凹槽，且支顶力分布监测感应器的顶部凹槽的内部还设有螺纹配合的密封顶盖。

采用所述支顶力分布监测感应器，引进了光纤传感实时自动监测技术，开展支顶加固监测工作，减少了人工操作、提高了工作效率。设备安装好后，全过程由系统自动采集受力数据。并且能有效降低监测误差，自动判别支顶加固过程中变形稳定状态，使采集的数据更趋于实际。

实施例3

参见图1，一种斜腿刚构桥梁支顶加固施工监测方法，包括以下步骤：

(1)在斜腿刚构桥梁的斜腿之间悬空设置支顶加固支撑架；所述支顶加固支撑架位于斜腿刚构桥梁的梁体下方，其沿斜腿刚构桥梁的纵向的截面形式为梯形形式，所述支顶加固支撑架底部支撑框和顶部支撑框以及设置在两者之间的多个相互连接的爪型支撑结构，所述各爪型支撑结构包括竖向支撑和两侧的斜向支撑；

(2)在所述支顶加固支撑架的各竖向支撑上分别设置应力监测装置，在支顶加固施工过程中通过所述应力监测装置的读数实时监测、判断所述支顶加固支撑架的压力变化，确保支顶加固过程中的施工安全；

(3)在所述支顶加固支撑架的整体上面均匀设置多个支顶加固装置，所述支顶加固装置包括底座、副液压缸、多个联动杆件、支撑臂、下平台、上平台、支顶力分布监测感应器、支顶位移监测感应器、第一主液压缸和第二主液压缸；

(4)同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固，使斜腿刚构桥梁的梁体产生弹性形变；实时监测所述支顶力分布监测感应器和支顶位移监测感应器的读数，通过读数判断和调整所述支顶加固装置的支顶力变化，确保支顶加固过程中的施工安全和受力调整；

(5)当斜腿刚构桥梁的梁体以及所述支顶加固支撑架受到的应力及应变达到标准时，调整多个支顶加固装置使其上方、下方分别与梁体和所述支顶加固支撑架紧密贴，并将多个支顶加固装置锁紧，即可将支顶力通过多个支顶加固装置传递至斜腿刚构桥梁的梁体。

所述支顶加固装置的底座上安装有第一主液压缸、第二主液压缸、副液压缸以及稳定支顶机构，第一主液压缸、第二主液压缸和副液压缸分别用来支撑上平台和下平台，并为稳定支顶机构并提供动力，上平台和下平台之间通过柔性枢转结构连接。

所述稳定支顶机构由两个相连的菱形联动组件组成，菱形联动组件由底座、多个联动杆件、支撑臂以及下平台组成，支顶位移监测感应器根据柔性枢转结构的微小位移变化来局部调整上平台和下平台的空间位置。

所述上平台通过第一垫板与斜腿刚构桥梁的梁体下表面接触，所述底座通过第二垫板与所述支顶加固支撑架的上表面接触。

所述支顶力分布监测感应器平均分布在上平台和支撑臂的表面上，实时测量表面上各点的力的分布，保证实时监测到各点处力的变化，以便及时应对支顶加固过程中所出现的突发状况；所述支顶位移监测感应器测出上平台和下平台的相对位移变化，根据此位移变化，使得支顶加固装置实时调整位置。

所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器均通过线路连接至电脑终端。

在同步采用多个支顶加固装置对斜腿刚构桥梁进行支顶加固时，应间隔6h监测、记录应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数，当连续12h监测的对应各读数的变化不超0.5％时，方可将多个支顶加固装置锁紧；每次将多个支顶加固装置锁紧后都应再次观测一次所述的应力监测装置、支顶力分布监测感应器以及支顶位移监测感应器的读数变化，并绘制出支顶受力变化关系曲线；通过所述变化关系曲线，对比分析斜腿刚构桥梁的梁体弹性变形和非弹变形量，确保支顶加固的施工效果。

进一步，为保证施工效果，所述支顶加固装置安装前对所述支顶加固装置的安装位置进行测量放线，在所述顶部支撑框上设置固定连接装置，将所述支顶加固装置的底座通过第二垫板固定于所述固定连接装置，确保平整，且高差不过2mm。

在吊装所述支顶加固支撑架前，对所述应力监测装置的有效性和完整性进行检查，再对所述应力监测装置进行有效保护处理。在吊装所述支顶加固支撑架前，对所述支顶加固支撑架必须进行初读数，在施工过程中均可对所述应力监测装置进行实时读数，并保证不连续测试期间测试基准的连贯性。

本发明的方法增加了斜腿刚构桥梁的使用年限，保证桥梁的安全。通过专业人员负责对支顶加固装置的控制保证同步支顶加固的正常进行，保证加固的有效性。

通过对各结构的受力情况进行分析，对其主要受力结构或结构节点做有限元分析，可以通过软件对各个构件和结构进行实施不连续应力监测，可以将施工过程中的应力变形的隐患发生率大大将低，大大提高施工效率。本发明操作简单同时还能有效地将结构变形的尺度进行放大，使其更为鲜明，利于施工者的观察实现预警功能。

此外，为实现更优的技术效果，还可将上述实施例中的技术方案任意组合，以满足各种实际应用的需求。

由上述实施例可知，本发明利用斜腿刚构桥的斜腿结构设置支顶加固支撑架结构，形成了受力非常稳定、承载力非常大的下部支撑结构，改善了被加固桥梁结构的受力条件，保证桥梁结构的安全，提高桥梁的承载能力和设计承载标准，并且大大提高斜腿刚构桥梁的加固施工安全性和施工效率。并且支顶加固支撑架结构是利用斜腿结构悬空设置，不占用桥下空间。

本发明的方法效率高，加固性能好，可以大幅提高刚构桥的刚度，改善跨中下挠问题。该法丰富了桥梁线型，加固后桥梁外观流畅简洁，具有很高的景观价值，具有很好的工程推广价值。

本发明支顶加固结构设计非常简单，既能保证结构始终处于水平状态，又能够实时监测到各点处力和位移的变化，使得该支顶加固结构对斜腿刚构桥十分适应。

本发明的监测方法能够实时提醒作业工人注意防护，提高了支顶加固施工的安全性。

本发明具有调整位移量大，可以反复支顶、随时测力的功能，可定期检测、复核支顶力，良好的解决材料变形带来支顶力损失问题。在斜腿刚构桥梁的加固施工中，实现了主动加固的设计理念，不影响桥梁正常使用，对现况交通无影响，不伤害原桥梁结构，节省材料消耗，符合环保、低碳的施工要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。