重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固组件、装置、工艺

1.本发明属于桥梁加固领域，具体涉及重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固组件、装置、工艺。


背景技术：

2.目前，桥墩是连接桥梁上部结构和下部基础构件起支撑作用，主要承受轴向压力和横纵向作用力，列车通过桥梁时会引起桥墩振动和稳定性变化，桥墩振动过大将导致主梁振动加剧，降低桥墩稳定性，严重时会对桥梁结构造成损坏，甚至会导致列车的脱轨，桥墩的振动和稳定问题直接关系到列车运营安全。
3.我国既有铁路中双线桥梁数量众多，在大轴重、高密度、长编组的重载运输情况下出现了振动异常和桥墩稳定性下降，已危及列车运行安全，现有重载铁路桥墩加固常用方法有：大截面法、扩大基础加固法、增补桩基等，多数属于单一提高桥墩稳定性方式，结合减振组合加固涉及较少，因此，开展重载铁路浅基础高桥墩振动和稳定性加固技术研究非常重要。


技术实现要素：

4.针对现有重载铁路浅基础高桥墩出现异常振动和桥墩稳定性下降问题，提出了一种能大幅度减少振动，又能增加桥墩稳定性的加固装置，其设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便的重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固组件、装置、工艺；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。
5.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
6.一种重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固组件，包括设置在桥墩件侧部的若干支撑柱；在桥墩件与若干支撑柱之间连接有基础平台；
7.在桥墩件的侧壁上加固有加固桁梁，加固桁梁用于增加桥墩横截面；在加固桁梁两端外侧壁上设置有螺栓通过孔座；
8.在两相邻的加固桁梁的螺栓通过孔座之间采用连接钢柱连接，连接钢柱与螺栓通过孔座的连接螺栓固定；在加固桁梁两端设置有钢柱，钢桁架梁的加固高度与支撑柱顶端平齐，形成顶端平台，在顶端平台上铺设混凝土平台，混凝土平台与桥墩件连接，在桥墩件上设置有在混凝土平台上方安装钢桁架梁；钢桁架梁与混凝土平台连接，在钢桁架梁上端安装有减振板，减振板上端与桥梁部下表面连接；混凝土平台与桥墩件连接；在钢桁架梁顶端固定减振板。
9.一种重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固试验装置，包括作为试验用的桥墩件及设置在桥墩件上的作为试验用的桥梁部；在桥墩件上设置有作为试验用的加固组件；
10.在桥梁部及桥墩件外侧设置有试验外支撑架；在桥梁部上两侧设置有桥梁护栏；
11.在试验外支撑架一侧设置有连通侧推杆组件和/或在试验外支撑架另一侧设置有
分散侧推杆组件；用于侧向推动和/或侧向振动桥梁部和/或桥墩件。
12.一种重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固试验工艺，在试验场搭建加固试验装置；其中，采用现有或等比例缩小采用的桥墩件及设置在桥墩件上的对应的桥梁部；在桥墩件上安装有对应的加固组件；试验工艺包括侧推模拟试验、行走试验模拟方案和/或振动模拟方案。
13.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
14.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明适用于重载铁路桥梁，特别是浅基础高桥墩桥梁的加固，使用时通过支撑柱和钢桁架梁共同对桥梁整体加固，通过两重减振装置进行减振，在列车行驶，桥梁振动幅度较大时，摆杆会压缩弹簧进行初步减振，同时减振板进行进一步的减振，充分的吸收振动能，减振与加固相结合进一步的保证了桥梁的稳定性与使用年限，值得广泛应用。本发明可以实现了模拟测试，实现振动测试，行走测试，可以模拟侧向力，可以实现对应参数测试。
15.本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更佳详细的描述。
附图说明
16.图1为本发明使用状态下的正视图。
17.图2为本发明一层的俯视图。
18.图3为本发明的上部结构正视图。
19.图4为本发明的试验装置结构侧视图。
20.图5是本发明试验装置的内部结构示意图。
21.图6是本发明驱动实施例的结构示意图。
22.图7是本发明改进实施例的结构示意图。
23.图中：1、支撑柱；2、基础平台；3、加固桁梁；4、支撑柱i；5、混凝土平台；6、钢桁架梁；7、减振板；8、钢柱；9、螺栓通过孔座；10、连接钢柱；11、弹簧；12、铰支座i；13、连接滑座；14、铰接托座；15、转动轮组；16、摆动杆；17、转动轴部；18、铰支座ii；19、导向钢板；20、桥墩件；21、顶端平台；22、桥梁部；23、钢筋混凝土板；24、试验外支撑架；25、桥梁护栏；26、连通侧推杆组件；27、分散侧推杆组件；28、侧顶头部；29、连通端部上气囊部；30、连通端部下气囊部；31、分散端部上气囊部；32、分散端部下气囊部；33、行走小车；34、车体部；35、上牵拉弹簧部；36、前牵拉弹簧部；37、配重调节组件；38、联动驱动组件；39、悬拉牵拉部；40、纵向牵拉组件；41、纵向牵拉导向架；42、旋转牵拉推杆部；43、主动旋转杆部；44、主动导向斜面座；45、从动导向斜面座；46、中间弹簧部；47、导向六方柱；48、连接头部；49、上悬挂牵拉组件；50、纵向中空导向套。
具体实施方式
24.如图1-3，本发明的重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固装置，包括若干支撑柱1，支撑柱1基础与其原有的桥墩件20连接成基础平台2，两侧桥墩件20侧壁上加固有加固桁梁3，其采用了四个加固桁梁3拼接；相邻的加固桁梁3之间采用连接钢柱10连接，连接钢柱10与加固桁梁3的螺栓通过孔座9连接螺栓固定，在加固桁梁3两端设置有钢柱8，钢桁架梁8加固高
度与支撑柱1顶端平齐，形成顶端平台21，在顶端平台21上铺设混凝土平台5，混凝土平台5与桥墩件20连接，在桥墩件20上设置有在混凝土平台5上方安装钢桁架梁6，钢桁架梁6与混凝土平台5之间通过螺栓连接固定，在钢桁架梁6上端安装有减振板7，并采用螺栓连接，减振板7上端与既有的桥梁部22紧密连接；混凝土平台5与桥墩件20连接，在桥墩件20左右两侧设置有钢筋混凝土板23，在钢筋混凝土板23上方有弹簧11，并用螺栓固定连接；弹簧11上方放置铰接托座14，在铰接托座14上设置有转动轮组15，在转动轮组15外侧设置连接滑座13，用于遮挡；在桥墩件20表面上竖直设置有导向钢板19；导向钢板19与桥墩件20通过螺栓固定连接；
25.在铰接托座14上设置有铰支座i12，在铰支座i12上铰接有摆动杆16，在摆动杆16上通过转动轴部17铰接有铰支座ii18，在铰支座ii18上铰接桥梁部22；
26.若干支撑柱1与钢桁架梁6组合的方式对桥梁进行加固，钢桁架梁6顶端固定减振板7，桥墩件20顺着行车方向两侧固定减振装置，采用加固桁梁3增加桥墩横截面。
27.支撑柱1与钢桁架梁6组合加固，钢桁架梁6采用现场拼装的方式，支撑柱1从基础向上延伸至桥墩件20加固高度。
28.位置根据原有桥墩件20的间距布置，支撑柱1长度从基础延伸至桥墩件20加固的高度，支撑柱1采用分段浇筑的方式。
29.钢桁架梁6的中间桁架采用三列形式，中间一列，两侧各一列，中间采用斜向支撑住焊接的形式连接，保证整体的稳定性。
30.采用减振板7和桥墩件20两侧安装弹簧11组合的方式，双重减振，弹簧11为第一减振，钢桁架梁6为第二减振。
31.减振板7采用钢板橡胶组合，至少两层结构，为第二减振结构。
32.弹簧11安装在铰接托座14的下方，铰接托座14与导向钢板19对应，转动轮组15位于两者中间，在导向钢板19上滑动，连接滑座13与导向钢板19滑动适配连接，起到支撑导向，通过铰接托座14滑动，铰接托座14上方连接摆动杆16，摆动杆16顶端与铰支座18连接，可以上下摆动，摆动杆16移动带动铰接托座14滑动压缩弹簧11，为第一减振结构。
33.限制连接滑座13左右移动，布置有滑动装置，可以让连接滑座13上下滑动。
34.采用加固桁梁3中间采用桁架结构，两角采用钢柱8与中间桁架焊接连接，现场进行拼装，加固桁梁3左右两侧焊接有螺钉通过孔9，一侧至少三个螺钉通过孔，左侧用左紧固螺母，右侧用右紧固螺母。
35.支撑柱采用分段施工的方法，支撑柱1与桥墩件20加固高度为同一水平位置，先加固桥墩后进行支撑柱1的施工。
36.桥墩件20横向加固，钢桁架梁，中间桁架结构左右两侧焊接钢柱起支撑作用，钢桁架梁中间采用桁架结构，两角采用钢柱与中间桁架焊接连接，现场进行拼装，钢桁架梁左右两侧焊接有螺钉通过孔，一侧至少三个螺钉通过孔，左侧用左紧固螺母，右侧用右紧固螺母。桥梁一侧固定两个弹簧。所述弹簧采用金属材质。弹簧上方固定铰支座，铰支座与导向钢板通过转动轮组滑动连接，铰支座、导向钢板和转动轮组三者连接滑座连接，铰支座与转动轮组固定连接保证转动轮组固定转动，连接滑座与导向钢板滑动连接，保证上下滑动。导向钢板上有滑动装置可以保证连接滑座上下滑动，限位装置，限制连接滑座左右移动。铰支座连接成一个整体，桥梁地面铰支座与弹簧上固定铰支座通过摆动杆连接。减振结构采用
二重减振方式，弹簧为第一减振，减振板为第二减振。
37.实施例一：请参阅图1、图2和图3，支撑柱1顶端铺设混凝土平台5与桥墩固定连接，两桥墩件20中间上方固定钢桁架梁6，钢桁架梁6与两侧桥墩件20紧密连接，上方固定减振板7，从桥墩件20低端基础2至混凝土平台5中间固定加固桁梁3，桥墩件20四个侧面都安装加固桁梁3，加固桁梁3之间用连接钢柱10，通过螺栓通过孔座9，加固桁梁3与上方混凝土平台5紧密连接，桥墩件20的左右两侧混凝土平台6上方固定弹簧11。
38.桥梁在使用过程中当桥面受到较大振动时，桥面振动通过摆动杆16传到下端铰接托座14，铰接托座14下压带动转动轮组15下滑，压缩下方弹簧11，同时钢桁架梁6上方减振板7压缩，吸收列车行驶过程中造成的振动，钢桁架梁2增加桥墩的横截面面积，从而提高支撑柱i4与钢桁架梁6组合的加固装置增加桥梁的稳定性，保证桥梁的安全性。
39.本实例中，若干支撑柱1与钢桁架梁6组合的方式对桥梁进行加固，钢桁架梁6顶端固定减振板7，桥墩件20顺着行车方向两侧固定减振装置，采用加固桁梁3增加桥墩横截面。
40.支撑柱1的位置根据原有桥墩件20的间距布置，支撑柱1长度从基础延伸至桥墩件20加固的高度，支撑柱1采用分段浇筑的方式。
41.钢桁架梁6，中间采用斜向支撑住焊接的形式连接，保证整体的稳定性。
42.减振板7和墩柱两侧安装弹簧11组合的方式，双重减振，弹簧为第一减振，钢桁架梁为第二减振。减振板7采用钢板橡胶组合，至少两层结构，为第二减振结构。
43.铰接托座14与导向钢板19滑动连接，转动轮组15位于两者中间为滑动装置，铰接托座14转动轮组15导向钢板19三者通过连接滑座(13)连接,连接滑座13与导向钢板19滑动连接，带动铰接托座14滑动，铰接托座14上方连接摆动杆16，摆动杆16顶端与铰支座18连接，可以上下摆动，摆动杆16移动带动铰接托座14滑动压缩弹簧11，为第一减振结构。导向钢板19限制连接滑座13左右移动，布置有滑动装置，可以让连接滑座13上下滑动，作为滑块。
44.采用加固桁梁3中间采用桁架结构，两角采用钢柱8与中间桁架焊接连接，现场进行拼装，加固桁梁3左右两侧焊接有螺钉通过孔9，一侧至少三个螺钉通过孔，左侧用左紧固螺母，右侧用右紧固螺母。
45.弹簧11在桥墩一侧安装两个，均采用钢丝压缩弹簧。
46.本实例中所述一种重载铁路浅基础高桥墩加固装置施工步骤：
47.步骤一、加固桁梁3，两角为支撑钢柱，中间部分为桁架结构，钢柱8与加固桁梁3采用焊接的方式，加固桁梁3现场拼装，加固桁梁3与桥墩件20表面紧密连接，四角钢柱8连接，螺栓固定，加固桁梁3增加了桥墩件20的横向截面面积，提高桥墩件20侧面刚度，同时钢柱8能够支撑上部结构达到加固与支撑的效果，保证桥梁的整体稳定性。
48.步骤二、加固桁梁3上方围绕桥墩件20支撑混凝土平台5模板，现场浇筑。
49.步骤三、混凝土平台5上方安装弹簧11、导向钢板19，弹簧11上方安装铰接托座14。
50.步骤四、桥梁部22安装铰支座18与摆动杆16通过转动轴部17连接，列车通过时候振动通过摆动杆16传到给下端铰接托座14，铰支座带动转动轮组15下滑，向下压缩弹簧11达到减振的效果。
51.步骤五、在桥墩件20之间采用螺旋钻机挖空，尽量减少振动，对桥梁整体架构的影响，支撑柱1现场浇筑，分段浇筑的方式保证支撑柱1的强度。
52.步骤五、桥墩中间浇筑混凝土平台5，浇筑时注意和桥墩件20两侧混凝土平台5紧密连接一个整体，保证整体的强度。
53.步骤五、混凝土平台5上方固定钢桁架梁6，钢桁架梁6中间三行桁架铆接方式，桁架支撑中间焊接方式，现场拼装。
54.步骤六、钢桁架梁6上方固定减振板7，减振板7与横梁底面紧密贴合，减振板采用橡胶板钢板组合的方式，至少两层。
55.实施例2，在图1-3的基础上，结合图4-7，为了验证以上实施例在实际工况，为实际安装提供数据参考。本实施例对待加固桥梁进行等比例缩小或实物再现。
56.如图4所示，本实施例的重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固试验装置，包括作为试验用的桥墩件20及设置在桥墩件20上的作为试验用的桥梁部22；在桥墩件20上设置有作为试验用的加固组件(如图1-3)；
57.在桥梁部22及桥墩件20外侧设置有试验外支撑架24，优选为钢结构，在其上固定有隔热罩，从而模拟高低温情况或通过温度骤变，实现了耐久度测试；在桥梁部22上两侧设置有桥梁护栏25等部件，本发明是示意图，省略或简化了常规件及标准件等；
58.其中，由于横向风及水流对其侧部进行冲击，本发明巧妙地利用气囊模拟风和/或水流的共同冲击实现模拟，在试验外支撑架24一侧设置有连通侧推杆组件26，从而模拟风侧向吹动，在试验外支撑架24另一侧设置有分散侧推杆组件27，用于模拟风力与水流的共同作用，用于侧向推动和/或侧向振动桥梁部22和/或桥墩件20。
59.连通侧推杆组件26包括横向推动设置在试验外支撑架24侧壁上的对应的侧顶头部28；在侧顶头部28端部连接有通过导管的连通端部上气囊部29及连通端部下气囊部30；
60.分散侧推杆组件27包括横向推动设置在试验外支撑架24侧壁上的对应的侧顶头部28；在侧顶头部28端部分别连接有分散端部上气囊部31及分散端部下气囊部32；分散端部上气囊部31用于抵接桥梁部22，分散端部下气囊部32用于抵接桥墩件20；在桥墩件20上设置有应变传感器，用于感知桥墩件20的变形量；利用气囊的柔性与不规则实现对风力或水流的模拟。通过两侧气囊交替冲击，实现对间歇或回流的风/水流。通过应变传感器实现数据材料，当然，也可增加振动传感器、陀螺仪等传感器进行不同参数采集。
61.如图6-7，在桥梁部22上行走有行走小车33；行走小车33包括模拟列车的车体部34；在车体部34上端设置有上牵拉弹簧部35；在车体部34纵向端设置有前牵拉弹簧部36；在车体部34上设置有模拟载重的配重调节组件37；在试验外支撑架24纵向一或两端部设置有联动驱动组件38；在联动驱动组件38上设置有牵拉组件；小车可以模拟汽车，多个小车串联可以模拟列车。本发明通过弹簧实现柔性连接，通过弹簧可以实现振动模拟。
62.牵拉组件用于连接行走小车33的对应弹簧部；相邻的行走小车33通过对应的前牵拉弹簧部36连接。
63.如图6，牵拉组件包括悬拉牵拉部39，其可以是旋转马达与推杆组合，用于连接上牵拉弹簧部35，用于对车体部34进行施加压力并带动前行，从而模拟负载前行，并通过振动模拟。
64.如图7，牵拉组件还包括纵向牵拉组件40；在联动驱动组件38上设置有具有纵向中空导向套50的纵向牵拉导向架41；联动驱动组件38包括旋转牵拉推杆部42；在纵向中空导向套50中设置有与旋转牵拉推杆部42连接的主动旋转杆部43；在主动旋转杆部43端部为在
纵向中空导向套50的后段中旋转与纵向移动的主动导向斜面座44，在纵向中空导向套50的前段内六方孔中前行的导向六方柱47，在导向六方柱47末端为与主动导向斜面座44具有相同斜度且对应的从动导向斜面座45，在导向六方柱47与主动旋转杆部43之间连接有中间弹簧部46，中间弹簧部46通过旋转头与主动旋转杆部43连接；在导向六方柱47前段设置有连接头部48，用于连接对应的前牵拉弹簧部36。优选为图6、7组合实现分别设置有架体两端。本发明通过旋转牵拉推杆部42实现了驱动，通过斜面与弹簧实现前行与复位，从而实现了纵向振动与前后往复；
65.在试验外支撑架24顶部设置有上悬挂牵拉组件49优选为类似的旋转牵拉推杆部42等类似机构，用于牵拉上牵拉弹簧部35；从而实现下压振动。
66.如图5-7，可以单一使用或组合使用，可以下载振动测试，可以纵向前行，可以纵向振动，可以前方往复等。
67.试验外支撑架24具有隔热外罩且设置有温控器，从而实现了对应的温度测试。
68.如图1-7，本实施例的重载铁路浅基础高桥墩桥梁加固试验工艺，在试验场搭建加固试验装置；其中，采用现有或等比例缩小采用的桥墩件20及设置在桥墩件20上的对应的桥梁部22；在桥墩件20上安装有对应的加固组件；试验工艺包括侧推模拟试验、行走试验模拟方案和/或振动模拟方案。
69.侧推模拟试验，首先，连通侧推杆组件26驱动侧顶头部28前行，使得连通端部上气囊部29抵接桥梁部22模拟横向风对桥梁部22冲击和/或连通端部下气囊部30抵接桥墩件20模拟横向风或横向水流对桥墩件20冲击；
70.侧推振动模拟试验，分散侧推杆组件27驱动侧顶头部28前行，使得分散端部上气囊部31与交替施力冲击于桥梁部22或桥墩件20；
71.行走模拟试验，行走小车33模拟机动车或列车在桥梁部22上行走，牵拉组件带动行走小车33前行；
72.行走振动模拟试验，通过上悬挂牵拉组件49牵拉上牵拉弹簧部35对行走小车33下压并进行振动；旋转牵拉推杆部42在旋转马达与直线推杆的作用下，驱动主动导向斜面座44旋转，通过主动导向斜面座44与从动导向斜面座45斜向接触，使得连接头部48牵拉行走小车33进行通过导向六方柱47直线往返从而进行振动，来检测减振板7与弹簧11的减振效果。
73.通过配重调节组件37对行走小车33增加载重。
74.本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
75.本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不在一一例举。
76.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。