一种提升桥面悬臂板的加固结构和加固方法与流程

本发明涉及桥面悬臂板的加固技术领域，尤其涉及一种基于提升桥梁护栏防撞等级的桥面悬臂板的加固结构及加固方法。

背景技术：

随着经济社会的飞速发展，车辆数量、载重及速度的增长，人民群众对于桥梁护栏的防撞能力提出了更高的要求。同时，我国的桥梁总数庞大，护栏形式与防撞能力各异，部分护栏已无法满足现状防护需求，影响公路运营安全，急需改造提升。其中，部分桥梁现状护栏防撞等级低及桥面悬臂板承载力不足，而该类桥梁又因跨越公路，铁路或城市饮用水水源一级保护区等原因，桥梁安全防护能力须大幅度提升，在护栏改造提升的同时需对桥面悬臂板进行加固处理，以提升桥面悬臂板承载能力。而常规桥面悬臂板承载能力提升方法，如悬臂板凿除新建，往往施工时间长、难度大且造价较高，或是增加悬臂板高度，可参考一专利号为201721675829.7(授权公告号为cn207597282u)的中国实用新型《一种桥梁大悬臂翼缘板加固钢支承结构》公开了一种桥梁大悬臂翼缘板加固钢支承结构，支承于桥梁悬臂下缘与腹板外侧，包括基座板、肋板和翼板，基座板具有与悬臂下缘和腹板外侧相贴合的异型形状，肋板一侧具有与基座板相贴合的异型边缘形状，异型边缘肋板一侧与基座板焊接相连，肋板另一侧为直线形，直线形边缘肋板一侧与翼板焊接相连，基座板通过锚栓与灌钢胶固定于桥梁悬臂下缘与腹板外侧，肋板上设置若干装饰孔。该桥梁大悬臂翼缘板加固钢支承结构能够在桥梁拼宽改造过程中减少对于原桥梁结构形式以及受力状况的影响，虽然其能减少既有桥梁桥面行车的影响，同时明显提高悬臂结构的刚度和应力储备，但施工过程与操作全程位于悬臂下缘，施工的难度大且质量难以保证，并且安全隐患较大，因此，在护栏改造过程中采取科学合理的桥面悬臂板承载能力提升方法，对及时恢复桥梁正常运营，降低对人民群众出行的影响，是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种施工方便、安全可靠且施工安全隐患小的提升桥面悬臂板的加固结构。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种应用有上述加固结构的加固方法。

为解决第一个技术问题，本发明所采用的技术方案为：该提升桥面悬臂板的加固结构，所述桥面悬臂板包括有用于固定新建护栏的桥面悬臂板的端部以及桥面悬臂板的根部，其特征在于：所述加固结构包括自桥面悬臂板的端部延伸至桥面悬臂板的根部的组合钢构件，所述组合钢构件包括用于与桥面悬臂板及新建护栏连接的至少两个横向组合钢构件和将各个横向组合钢构件连接的纵向开孔钢板，其中，各个横向组合钢构件沿所述桥面悬臂板的纵桥向间隔布置。

进一步地，每个所述横向组合钢构件包括沿所述桥面悬臂板的端部至根部所在的横桥向设置的底钢板、竖向地连接在底钢板中央位置的横向开孔钢构件。

为了加强桥面悬臂板的承载力，优选地，所述底钢板继续向所述桥面悬臂板的根部所在的横桥向延伸，所述底钢板的延伸截断点位置需满足如下要求：即距离所述桥面悬臂板的根部不小于其中，式中fsp为底钢板的抗拉强度设计值，asp为底钢板的截面面积，τp为底钢板与混凝土之间的黏结强度设计值，bp为1m板宽范围内粘贴所述底钢板的总宽度。

为了实现底钢板具有加强桥面悬臂板的承载力的同时还具有能固定新建护栏的作用，优选地，所述底钢板具有对应于所述桥面悬臂板的端部的起始部，所述纵向开孔钢板与所述起始部之间留有用于与所述新建护栏之竖向主筋焊接的焊接部。

进一步地，所述底钢板的起始部与所述桥面悬臂板的端部之间的距离d为5mm。

其中，横向开孔钢构件的选择可以结合桥面混凝土现浇层厚度进行考虑，优选地，所述横向开孔钢构件可以选自如下任意一种：横向开孔钢板、横向开孔槽钢、横向开孔工字钢及横向开孔角钢。

为解决第二个技术问题，本发明还提供一种应用有上述的提升桥面悬臂板的加固结构的加固方法，其特征在于：包括有如下步骤：

a、根据新建护栏的防撞等级的提升而验算桥面悬臂板的承载力，进而选择性地对桥面悬臂板进行加固处理；

b、确定桥面悬臂板的承载力提升量值，进而确定所述组合钢构件中底钢板、横向开孔钢构件以及纵向开孔钢板的规格型号及布置间距；

c、铣刨和凿除所述桥面悬臂板的加固范围内的原沥青铺装层及原混凝土铺装层，保留原混凝土铺装层的横向钢筋；

d、确定化学锚栓植入位置并钻孔，使用化学锚栓及粘贴用胶将步骤b中己确定规格型号及布置间距的所述底钢板及横向开孔钢构件固定于桥面悬臂板的顶面；

e、将步骤b中己确定规格型号的纵向开孔钢板与步骤d中的底钢板及横向开孔钢构件焊接成整体的所述组合钢构件；

f、铺设桥面悬臂板混凝土铺装层的钢筋网，钢筋网的铺设则建立在步骤e中所述组合钢构件的基础上，并借助于至少两个用于穿过横向开孔钢构件预留孔洞的纵向钢筋以及至少两个用于穿过纵向开孔钢板预留孔洞的横向钢筋实现；

g、在步骤f的基础上再浇筑新桥面混凝土现浇层，与桥面悬臂板形成型钢-混凝土组合截面；

h、将所述新建护栏之竖向主筋与步骤e中组合钢构件的焊接部焊接；

i、待步骤g中的新桥面混凝土现浇层养护至设计强度后，绑扎新建护栏的其余钢筋，并立模浇筑新建护栏的混凝土；

j、新摊铺桥面悬臂板加固范围的沥青混凝土铺装层；

k、恢复正常通行。

为了加强底钢板与桥面悬臂板的连接，优选地，所述步骤d中的化学锚栓采用m12化学锚栓，该化学锚栓的植入深度≥100mm，且每块所述底钢板设置有两组化学锚栓，每组化学锚栓通过横向开孔钢构件分隔开，其中，每组化学锚栓具有两个，并分别锚栓于所述底钢板的焊接部附近以及锚栓于底钢板的延伸位置附近。

进一步地，所述步骤d的所述底钢板的厚度为6mm～10mm，宽度为160mm～220mm，所述横向开孔钢构件的厚度为6mm～10mm，竖向高度为70mm～72mm。

进一步地，所述步骤e的所述纵向开孔钢板的厚度为6mm～10mm，竖向高度与所述横向开孔钢构件等高即为70mm～72mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于该基于提升桥梁护栏防撞等级的桥面悬臂板的加固结构，从结构受力上看，更换新建护栏后，在提高护栏防撞能力的同时，组合钢构件能对桥面悬臂板进行加固以提高桥面悬臂板的抗弯承载能力；而从施工性能来看，只需部分或短暂封闭交通，短时间完成加固过程，降低了对交通的影响，另外，施工过程全在桥面悬臂板上进行，具有施工方便且施工安全隐患小的特点，本发明还提供了应用有上述加固结构的加固方法，该加固方法通过将组合钢构件固定在桥面悬臂板顶部，同时通过穿过横向开孔钢构件预留孔洞的纵向钢筋以及穿过纵向开孔钢板预留孔洞的横向钢筋与组合钢构件形成整体，并将新建护栏之竖向主筋焊接于组合钢构件或新设桥面横向钢筋，再浇筑桥面混凝土现浇层，形成型钢-混凝土组合截面，与桥面悬臂板共同受力，提高了桥面悬臂板的抗弯刚度，达到提高桥面悬臂板承载能力的目的，同时加强了新建护栏与桥面悬臂板的连接。

附图说明

图1为本发明实施例1中各横向组合钢构件固定在桥面悬臂板的顶部的结构示意图；

图2为本发明实施例1中底钢板与横向开孔钢板连接的结构示意图；

图3为本发明实施例1中纵向开孔钢板的结构示意图；

图4为本发明实施例1中组合钢构件固定在桥面悬臂板的顶部的俯视图；

图5为图4中a-a向的剖面图(连接有新建护栏)；

图6为图4中b-b向的剖面图(连接有新建护栏)；

图7为本发明实施例2中底钢板与横向开孔槽钢连接的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1～6所示，为本发明的最佳实施例。本实施例中基于提升桥梁护栏防撞等级的桥面悬臂板1的加固结构，其中，桥面悬臂板1包括有用于固定新建护栏120的桥面悬臂板1的端部1a以及桥面悬臂板1的根部1b，加固结构包括自桥面悬臂板1的端部1a延伸至桥面悬臂板1的根部1b的组合钢构件，该组合钢构件包括用于与桥面悬臂板1及新建护栏120连接的至少两个横向组合钢构件和将各个横向组合钢构件连接的纵向开孔钢板20，其中，各个横向组合钢构件沿桥面悬臂板1的纵桥向间隔布置。该基于提升桥梁护栏防撞等级的桥面悬臂板的加固结构，从结构受力上看，更换新建护栏120后，在提高护栏防撞能力的同时，组合钢构件能对桥面悬臂板1进行加固以提高桥面悬臂板1的抗弯承载能力。其中，每个横向组合钢构件包括沿桥面悬臂板1的端部1a至根部1b所在的横桥向设置的底钢板9、竖向地连接在底钢板9中央位置的横向开孔钢构件，本实施例的横向开孔钢构件为横向开孔钢板30。

而为了对桥面悬臂板1进行加固，底钢板9继续向桥面悬臂板1的根部1b所在的横桥向延伸，底钢板9的延伸截断点位置需满足如下要求：即距离桥面悬臂板1的根部1b不小于其中，式中fsp为底钢板的抗拉强度设计值，asp为底钢板的截面面积，τp为钢板与混凝土之间的黏结强度设计值，bp为1m板宽范围内粘贴底钢板9的总宽度。底钢板9还具有对应于桥面悬臂板1的端部1a的起始部，纵向开孔钢板20与起始部92之间留有用于与新建护栏120之竖向主筋焊接的焊接部93。另外，底钢板9的起始部92与桥面悬臂板1的端部1a之间的距离d为5mm。

本发明还提供一种应用上述的基于提升桥梁护栏防撞等级的桥面悬臂板的加固结构的加固方法，包括有如下步骤：

a、根据新建护栏120的防撞等级的提升而验算桥面悬臂板1的承载力，进而选择性地对桥面悬臂板1进行加固处理；

b、确定桥面悬臂板1的承载力提升量值，进而确定组合钢构件中底钢板9、横向开孔钢板30以及纵向开孔钢板20的规格型号及布置间距；

c、铣刨和凿除桥面悬臂板1的加固范围内的原沥青铺装层4及原混凝土铺装层5，保留原混凝土铺装层的横向钢筋；

d、确定化学锚栓12植入位置并钻孔，使用化学锚栓12及粘钢结构将步骤b中己确定规格型号及布置间距的的底钢板9及横向开孔钢构件固定于桥面悬臂板1的顶面；步骤d中的化学锚栓12采用m12化学锚栓，该化学锚栓12的植入深度≥100mm，且每块底钢板9设置两组，每组两个均通过化学锚栓固定，其中，每组化学锚栓具有两个，并分别锚栓于底钢板的焊接部93附近以及锚栓于底钢板9的延伸位置附近，其中步骤d的底钢板9的厚度为6mm～10mm，宽度为160mm～220mm，横向开孔钢构件的厚度为6mm～10mm，竖向高度为70mm～72mm。

e、将步骤b中己确定规格型号的纵向开孔钢板20与步骤d中的底钢板9及横向开孔钢构件焊接成整体的组合钢构件；而步骤e的纵向开孔钢板20的厚度为6mm～10mm，竖向高度与横向开孔钢构件等高即为70mm～72mm。

f、铺设桥面悬臂板1混凝土铺装层的钢筋网，钢筋网的铺设则建立在步骤e中组合钢构件的基础上借助至少两个用于穿过横向开孔钢构件预留孔洞的纵向钢筋70以及至少两个用于穿过纵向开孔钢板20预留孔洞的横向钢筋80实现；

g、在步骤f的基础上再浇筑新桥面混凝土现浇层13，与桥面悬臂板1形成型钢-混凝土组合截面；

h、将新建护栏120之竖向主筋与步骤e中组合钢构件的焊接部93焊接；

i、待步骤g中的新桥面混凝土现浇层13养护至设计强度后，绑扎新建护栏120的其余钢筋，并浇筑新建护栏120的混凝土；

j、新摊铺桥面悬臂板1加固范围的沥青混凝土铺装层14；

k、恢复正常通行。

综上，基于提升桥梁护栏防撞等级的桥面悬臂板的加固结构的加固方法的具体的施工方法得先确定桥面悬臂板1的承载力提升量值，进而确定组合钢构件的规格型号、布置间距以及钢筋、化学锚栓12的要求，桥面悬臂板1承载力计算：首先按照《公路交通安全设施设计细则》(jtg/td81)及《提升公路桥梁安全防护能力专项行动技术指南》(2019年3月)有关规定，确定老桥新建护栏120防撞等级，并验算护栏防撞等级提升后桥面悬臂板承载力是否满足规范要求。

其中组合钢构件的规格型号为：

组合钢构件的底钢板9宜采用q355钢；并可采用耐候钢、碳素钢和低合金高强度钢；底钢板的厚度以6mm～10mm为宜，宽度以160mm～220mm为宜，底钢板9的粘贴用胶应为a级粘钢结构胶；而纵向开孔钢板20的厚度以6mm～10mm为宜，宽度同横向开孔钢板30的宽度，纵向分段长度一般取5～9m；选择好底钢板9、横向开孔钢板30和纵向开孔钢板20，并且底钢板9应向桥面悬臂板1的根部内侧延伸，其截断点位置距离桥面悬臂板根部不小于式中fsp为底钢板的抗拉强度设计值，asp为底钢板的截面面积，τp为钢板与混凝土之间的黏结强度设计值(可参照jtg/tj22-2008表6.2.5取用)，bp为1m板宽范围内粘贴底钢板的总宽度；

再确定横向组合钢构件的布置间距：横向组合钢构件沿桥面悬臂板1的纵向布置间距以500mm～1000mm为宜；

然后确定钢筋网的铺设所用的钢筋的要求：采用带肋钢筋，钢筋等级不低于hrb400，直径为12mm；钢筋之间采用焊接，焊缝长度满足规范要求；新增的纵向钢筋70穿过横向开孔钢板30的预留孔洞；新增的横向钢筋80穿过纵向开孔钢板20的预留孔洞；

再确定化学锚栓的要求：采用m12化学锚栓12，a级植筋胶；化学锚栓植入深度≥100mm；且每块底钢板9设置两组，每组两个均通过化学锚栓12固定，其中，每组化学锚栓2具有两个，并分别锚栓于底钢板9的焊接部93附近以及锚栓于底钢板9的延伸位置附近；植入化学锚栓12时注意避让原梁板200内钢筋，可根据实际情况适当调整位置。

最后确定新桥面混凝土现浇层的要求：一般情况：采用普通c40及以上混凝土；如有工期受限等快速施工需求情况：可采用新型混凝土材料，如快硬型超高韧性混凝土等。

如图1所示，以三个组合钢构件为例，如第一横向组合钢构件100、第二横向组合钢构件101和第三横向组合钢构件102，分别以沿桥面悬臂板1的纵向布置间距以800mm为例展开描述，第一横向组合钢构件100、第二横向组合钢构件101和第三横向组合钢构件102都有各自的底钢板9和横向开孔钢板30，通过植入化学锚栓12及粘贴用胶将第一横向组合钢构件101、第二横向组合钢构件102和第三横向组合钢构件103的底钢板9和横向开孔钢板30固定在桥面悬臂板1的顶部，再通过纵向开孔钢板20将第一横向组合钢构件101、第二横向组合钢构件102和第三横向组合钢构件103共同连接，接下来借助多个用于穿过横向开孔钢板30预留孔洞的纵向钢筋70以及多个用于穿过纵向开孔钢板20预留孔洞的横向钢筋80实现钢筋网的铺设，再将新建护栏120焊接在各底钢板9的焊接部93上，其中，可参考图5和6，新建护栏120包括有对应各底钢板9的起始部92的第一护栏竖向主筋1201、对应纵向开孔钢板20的第二护栏竖向主筋1202以及对应底钢板9的第三护栏竖向主筋1203，焊接时，第一护栏竖向主筋1201直接焊接在底钢板9的焊接部93或新设桥面的横向钢筋80上，而新设桥面的横向钢筋80则与原混凝土铺装层的横向钢筋焊接固定，第二护栏竖向主筋1202直接焊接在纵向开孔钢板20，而第三护栏竖向主筋1203则直接焊接在底钢板9上，最后再浇筑桥面混凝土现浇层13，形成型钢-混凝土组合截面，与桥面悬臂板1共同受力，提高了桥面悬臂板1的抗弯刚度，达到提高桥面悬臂板1承载能力的目的。

实施例2

与实施例1的结构基本相同，唯一的区别在于：横向开孔钢构件为横向开孔槽钢40，槽钢选用6.3型、6.5型、8型及10型为宜，如图7所示。

实施例3

与实施例1的结构基本相同，唯一的区别在于：横向开孔钢构件为横向开孔工字钢。

实施例4

与实施例1的结构基本相同，唯一的区别在于：横向开孔钢构件为横向开孔角钢。