一种桥墩环向加固结构及加固方法

1.本发明涉及桥墩柱加固领域，尤其涉及一种桥墩环向加固结构及加固方法。


背景技术：

2.目前，对于桥墩存在竖向开裂问题，可以对桥墩环向施加预应力进行加固，但都要在桥墩表面开孔安装锚板，例如，中国专利cn109056558b公开了一种防止墩顶劈裂的环向加固结构及其铺设方法，涉及桥梁加固技术领域，加固结构包括多个环绕于桥墩侧壁上的加固环，多个加固环沿桥墩的高度方向间隔排布，加固环包括：至少一个锚固基座，锚固基座设置在桥墩侧壁上；至少一个转向装置，转向装置设置在桥墩侧壁上；至少一根加固钢束；同时，加固钢束的自由端可拆卸的设置在锚固基座上，加固钢束穿设于转向装置并铺设在桥墩侧壁上，加固钢束受拉地环绕于桥墩侧壁。该现有技术一方面破坏桥墩表面，给桥墩带来新的开裂问题，另一方面钢丝绳松弛率较大，在长期服役过程中，被加固体的加固力产生损失，影响加固效果，应力损失后补偿张拉困难、成本较高、工艺复杂。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种桥墩环向加固结构及加固方法，旨在解决现有的加固结构破坏桥墩表面、松弛率较大、应力损失后补偿张拉困难、成本较高、工艺复杂等问题。
4.本发明采取以下技术方案实现上述目的：
5.一种桥墩环向加固结构，包括环向缠绕于桥墩外周的预应力筋、锚夹于预应力筋两端的锚夹具、布设于桥墩与预应力筋之间的可调节支撑架；所述可调节支撑架包括底座、调节机构、与底座通过调节机构连接的支杆；所述底座的底端面与桥墩的外侧面抵接，所述支杆的轴向与桥墩施加给底端面的支撑力方向相同，所述支杆的一端通过调节机构与底座连接、另一端设有用于支撑预应力筋的支撑部；所述调节机构用于调节底座与支撑部沿支杆轴向的间距。
6.本技术方案中，可调节支撑架用于将预应力筋的预应力传递至桥墩，在预应力筋的应力作用下，桥墩对底座的底端面形成支撑力，支杆的轴向与该支撑力方向相同，即支杆提供预应力筋垂直于桥墩该支撑点外侧面的支撑力，支杆竖直的布设于可调节支撑架的两个受力点之间，能够提供稳定的加固力；又通过调节机构来调节底座和支撑部沿支杆轴向的间距，从而调节缠绕于桥墩外周预应力筋的位置及应力值，一方面实现了加固力的调节，张拉过程中无需采用大型张拉设备，成本较低、工艺简单，能够满足不同加固需求，当预应力筋的张拉过程或在服役过程中应力损失时，可通过可调节支撑架对预应力筋进行补偿张拉；另一方面通过合理的布置可调节支撑架的位置，在一些带有折角的桥墩加固工况中，通过预应力筋在支杆轴向方向的位置调整，能够避免预应力筋在桥墩折角处弯折形成的应力集中，提高安全性；此外，可调节支撑架在预应力筋应力作用下与桥墩外侧面形成紧配合的抵接连接方式，能够避免破坏桥墩表面。
7.进一步的技术方案为，所述支撑部为可沿预应力筋缠绕方向转动的滚轮，所述滚轮通过其转轴与支杆可转动地连接，所述滚轮的外环还设有与预应力筋相配合的凹槽。本技术方案的滚轮能够在预应力筋张拉的过程中，随着预应力筋的移动而转动，减少预应力筋的磨损，凹槽能够对预应力筋进行限位，提高加固结构的稳定性。
8.进一步的技术方案为，支撑部为开设于支杆的凹槽，所述凹槽与预应力筋相配合。本技术方案的凹槽能够对预应力筋进行限位，提高加固结构的稳定性。
9.进一步的技术方案为，支杆为带有外螺纹的螺纹杆，所述调节结构包括与螺纹杆相配合的螺母、安装于螺母和底座顶端面之间的垫块；所述垫块沿螺纹杆轴向设有贯穿的孔洞，所述孔洞的尺寸大于螺纹杆外径、且小于螺母的外径。
10.本技术方案中，螺纹杆的一端通过螺纹结构与螺母配合并进入孔洞，另一端设有支撑部与预应力筋配合，通过转动螺母能够实现螺母与螺纹杆上不同位置的螺纹配合，底座通过垫块又对螺母提供向桥墩外周方向的支撑，从而调节螺纹杆伸出螺母的长度，即调节支撑部与底座的间距，实现对预应力筋进行调节。
11.进一步的技术方案为，调节机构为千斤顶，所述千斤顶包括沿支杆轴向布设的固定座和活塞，所述固定座与底座的顶端面固定连接，所述活塞与支杆固定连接。
12.本技术方案中，底座对固定座提供向桥墩外周方向的支撑，通过伸缩活塞的伸缩量，来调节支撑部与底座的间距，从而实现对预应力筋的调节。
13.进一步的技术方案为，调节机构为相配合的螺纹结构，其中，所述螺纹结构的内螺纹布设于底座或支杆中的一个，所述螺纹结构的外螺纹布设于底座或支杆中的另一个；所述支撑部可绕支杆轴向转动的连接于支杆上。
14.本技术方案中，通过转动支杆来实现螺纹结构不同位置的配合，从而调节支撑部与底座的间距，实现对预应力筋的调节，支撑部又与支杆转动连接，故转动支杆时，支撑部相对支杆仅在支杆的轴向转动，并不随着支杆的转动而转动。
15.进一步的技术方案为，所述调节机构为相配合的螺纹结构，其中，所述支杆为两端分别设有方向相反的第一螺纹和第二螺纹，所述底座上设有与第一螺纹相配合的螺纹结构，所述支撑部设有与第二螺纹配合的螺纹结构。
16.本技术方案中，通过转动支杆来实现其两端与底座、支撑部螺纹结构不同位置的配合，从而调节底座与支撑部的间距，实现对预应力筋的调节。
17.进一步的技术方案为，还包括安装于预应力筋上的应力传感器。本技术方案中的应力传感器能够在张拉过程或服役过程中对预应力筋的应力进行监测。
18.一种矩形截面桥墩的加固方法，包括上述的桥墩环向加固结构，加固方法包括以下步骤：
19.(1)可调节支撑架的安装，将可调节支撑架的底座临时固定在矩形截面桥墩四个角附近的外侧面；
20.(2)预应力筋的安装，预应力筋环向缠绕在矩形截面桥墩的外周，使可调节支撑架位于预应力筋与桥墩之间、预应力筋位于可调节支撑架的支撑部上，通过锚夹具连接预应力筋的首、尾两端；
21.(3)预应力筋的张拉，通过调节机构对底座和支撑端沿支杆轴向的间距进行调节，使预应力筋达到预设的应力值。
22.进一步的技术方案为，当矩形截面桥墩的第一外侧面的加固力需要增加时，调节与第一外侧面相邻的第二外侧面上的可调节支撑架来实现应力增加。
23.本发明的有益效果是：
24.本发明提供的一种桥墩环向加固结构及加固方法，可调节支撑架用于将预应力筋的预应力传递至桥墩，支杆的轴向与桥墩施加给底端面的支撑力方向相同，即支杆提供预应力筋垂直于桥墩该支撑点外侧面的支撑力，支杆竖直的连接于两个受力点之间；又通过调节机构来调节底座和支撑部沿支杆轴向的间距，从而调节缠绕于桥墩外周预应力筋的位置及应力值，一方面实现了加固力的调节，张拉过程中无需采用大型张拉设备，成本较低、工艺简单，能够满足不同加固需求，当预应力筋的张拉过程或在服役过程中应力损失时，可通过可调节支撑架对预应力筋进行补偿张拉；另一方面通过合理的布置可调节支撑架的位置，在一些带有折角的桥墩加固工况中，通过预应力筋在支杆轴向方向的位置调整，能够避免预应力筋在桥墩折角处弯折形成的应力集中，提高安全性；此外，可调节支撑架在预应力筋应力作用下与桥墩外侧面形成紧配合的抵接连接方式，能够避免破坏桥墩表面。
附图说明
25.图1为：本发明所述桥墩环向加固结构的结构示意图。
26.图2为：本发明所述第一种实施方式可调节支撑架的结构示意图。
27.图3为：本发明所述第二种实施方式可调节支撑架的结构示意图。
28.图4为：本发明所述第三种实施方式可调节支撑架的结构示意图。
29.图5为：本发明所述矩形截面桥墩短边侧面补偿张拉的示意图。
30.图中：
31.1、桥墩；2、钢丝绳；21、锚夹具；3、可调节支撑架；4、应力传感器；31、底座；310、螺纹孔；311、底端面；312、顶端面；32、支杆；321、外螺纹；332、支杆转轴；33、滚轮；331、转轴；34、螺母；341、垫块；35、千斤顶；351、固定座；352、活塞。
具体实施方式
32.下面结合附图1至图5和具体实施方式对本发明进行详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.本实施方式提供一种桥墩环向加固结构，如图1至图3所示，该结构包括环向缠绕于桥墩1外周的预应力筋2、锚夹于预应力筋2两端的锚夹具21、布设于桥墩1与预应力筋2之间的可调节支撑架3；所述可调节支撑架3包括底座31、调节机构、与底座31通过调节机构连接的支杆32；所述底座31的底端面311与桥墩1的外侧面抵接，所述支杆32的轴向与桥墩1施加给底端面311的支撑力方向相同；所述支杆32的一端通过调节机构与底座31连接、另一端设有用于支撑预应力筋2的支撑部；所述调节机构用于调节底座31与支撑部沿支杆32轴向的间距；
34.具体的，如图3所示，本实施方式中预应力筋2采用钢丝绳，桥墩1为截面为矩形的结构，底座31具体为长方体结构，底端面311与桥墩1的外侧面均为平面结构，支杆32的轴向垂直于顶端面312，支杆32为带有外螺纹的螺纹杆，调节结构具体包括与螺纹杆相配合的螺母34、安装于螺母34和底座31顶端面312之间的垫块341，具体通过预应力筋2的应力进行抵
接；所述垫块341沿螺纹杆轴向设有贯穿的孔洞，所述孔洞的尺寸大于螺纹杆外径、且小于螺母的外径；支撑部具体为可沿预应力筋2缠绕方向转动的滚轮33，所述滚轮33通过其转轴331与支杆32的一端可转动地连接，支杆32设有与转轴331相配合的轴承，转轴331与滚轮33同轴固定连接(或滚轮33设有与转轴331同轴的轴承，转轴331与支杆32固定连接)，所述滚轮33的外环还设有与预应力筋2相配合的凹槽；本实施方式的环向加固结构可通过支杆32一端的外螺纹结构与螺母34配合并进入垫块341的孔洞，另一端设有滚轮33与预应力筋2配合，在预应力筋2的应力作用下，螺母34抵接于垫块341、垫块341又抵接于底座31的顶端面312，通过外力转动螺母34能够实现螺母34与支杆32上不同位置的螺纹配合，底座31通过垫块341又对螺母34提供向桥墩1外周方向的支撑，从而通过转动螺母34就可以调节支杆32伸出螺母34的长度，即调节滚轮33与底座31的间距，实现对预应力筋2进行调节；其中，滚轮33能够在预应力筋2张拉的过程中，随着预应力筋2的移动而转动，减少预应力筋2的磨损，滚轮33外环的凹槽能够对预应力筋2进行限位，提高加固结构的稳定性；锚夹具21具体可包括锚板、锥形夹片，所述锚板上设有分别与预应力筋2两端配合的锥形锚孔，锥形夹片在锥形锚孔的作用下夹紧预应力筋2；
35.本实施方式可通过调节机构来调节底座31和滚轮33沿支杆32轴向的间距，从而调节缠绕于桥墩1外周预应力筋2沿支杆32轴向的位置及应力值，一方面实现了加固力的调节，张拉过程中无需采用大型张拉设备，成本较低、工艺简单，能够满足不同加固需求，当预应力筋2的张拉过程或在服役过程中应力损失时，通过可调节支撑架3对预应力筋2进行补偿张拉；另一方面通过合理的布置可调节支撑架3的位置，在一些带有折角的桥墩加固工况中(例如下述实施方式中的矩形截面桥墩加固工况中)，通过预应力筋2在支杆32轴向方向的位置调整，能够避免预应力筋2在桥墩1折角处弯折形成的应力集中，提高安全性；此外，可调节支撑架3在预应力筋2应力作用下与桥墩1外侧面形成紧配合的抵接连接方式，能够避免破坏桥墩1表面。
36.上述实施方式示例性的示出了可调节支撑架3中的调节机构、支撑部、锚夹具21的具体结构及调节方式，在其他实施方式或实际应用中，还可以通过其他方式替代，例如：
37.在调节机构方面，如图3所示，调节机构还可以千斤顶35，所述千斤顶35包括沿支杆32轴向布设的固定座351和活塞352，所述固定座351与底座31的顶端面312固定连接，具体可以采用焊接、一体成型、胶粘或通过上述实施方式中预应力筋2应力实现紧配合的固定抵接等方式，所述活塞352与支杆32采用上述连接方式中的一种固定连接；该调节结构的具体方式中底座31对固定座351提供向桥墩1外周方向的支撑，通过活塞352的伸缩量，来调节支撑部与底座31的间距，从而实现对预应力筋2的调节；
38.如图4所示，调节机构还可以为相配合的螺纹结构，其中，所述螺纹结构包括位于支杆32靠近底座一端的外螺纹321和贯穿底座31底端面311和顶端面312的螺纹孔，所述螺纹孔带有与外螺纹321相配合的310；支杆32靠近支撑部的一端设有沿其轴向的支杆转轴332，支撑部通过支杆转轴332与支杆32可转动的连接，该调节结构的具体方式中通过转动支杆32来实现螺纹结构不同位置的配合，从而调节支撑部与底座31的间距，实现对预应力筋2的调节，支撑部又与支杆32转动连接，故转动支杆32时，支撑部相对支杆32仅在支杆32的轴向转动，并不随着支杆32的转动而转动；其中，外螺纹321还可以设置于底座31的顶端面312，内螺纹310还可以布设于支杆32上，可能够实现上述调节效果；
39.在螺纹结构的调节机构方式中，还可以通过将支杆32设置为两端分别设有尺寸相同、方向相反的第一螺纹和第二螺纹，所述底座31上设有与第一螺纹相配合的第一螺孔，所述支撑部设有与第二螺纹配合的第二螺孔，通过转动支杆32来实现其两端与底座31、支撑部螺纹结构不同位置的配合，从而调节底座31与支撑部的间距，实现对预应力筋2的调节；
40.在支撑部的替代方式方面，支撑部为开设于支杆32远离桥墩1一端的凹槽，凹槽的尺寸和布设方向与预应力筋2相配合，能够对预应力筋2进行限位，提高加固结构的稳定性；此外，还可以为径向贯穿支杆32且与预应力筋2配合的通孔。
41.在锚夹具21的替代方式方面，采用带有分别与预应力筋2两端配合锚孔的锚板，预应力筋2的两端分别在锚孔处进行墩头处理，形成锚固作用；或采用带有螺纹孔的锚板与预应力筋2两端的外螺纹配合的方式锚夹在预应力筋2两端；或采用其他现有技术公开的锚固结构，在此不做限定。
42.此外，在其他具体结构的桥墩1实施方式中，例如外侧面的支撑点为平面的结构中，可以理解为支杆32的轴向垂直于该平面布设；外侧面的支撑点为圆弧面的结构中，支杆32的轴向与桥墩1施加给底端面31的支撑力方向相同，可以理解为支杆32的轴向与该圆弧面垂直，即支杆32的轴向方向为该圆弧面支撑点到其圆心的方向；支杆32能够竖直的布设于可调节支撑架3的两个受力点之间，提供稳定的支撑效果。上述实施方式调节机构的可调节长度可根据具体预应力筋所设计的预应力来决定，在此不做限定。
43.另一实施方式，在上述实施方式基础上，环向加固结构还包括安装于预应力筋2上的应力传感器4，应力传感器4能够在张拉过程或服役过程中对预应力筋2的应力进行监测。
44.又一实施方式，提供上述环向加固结构的加固方法，该方法用于加固矩形截面桥墩1，包括以下步骤：
45.(1)可调节支撑架3的安装，将可调节支撑架3的底座31临时固定在矩形截面桥墩1四个角附近的外侧面；具体的临时固定方式可通过人工外力固定、胶粘固定、临时固定工装等实现，在每个侧面靠近折角的位置安装一个可调节支撑架3，可调节支撑架3的具体数量为八个，使预应力筋2张拉完成后，预应力筋2不与桥墩1的折角接触；
46.(2)预应力筋2的安装，预应力筋2环向缠绕在矩形截面桥墩1的外周，使可调节支撑架3位于预应力筋2与桥墩1之间、预应力筋2位于可调节支撑架3的支撑部上，即上述实施方式中与预应力筋2相配合的凹槽中，通过锚夹具21连接预应力筋2的首、尾两端；
47.(3)预应力筋2的张拉，通过调节机构对底座和支撑端沿支杆轴向的间距进行调节，使预应力筋达到预设的应力值；具体可通过转动上述实施方式中的螺母34或支杆32，来调节底座31与支撑部的间距，从而对预应力筋2进行张拉。
48.另一实施方式，如图5所示，在上述加固方法实施方式基础上，当矩形截面桥墩1短边对应的侧面加固力需要增加时，调节与该侧面相邻的长边对应侧面上的可调节支撑架3来实现应力增加。
49.本发明提供的桥墩环向加固结构及加固方法，可调节支撑架3用于将预应力筋2的预应力传递至桥墩1，支杆32的轴向与桥墩1施加给底座31底端面311的支撑力方向相同，即支杆32提供预应力筋2垂直于桥墩1该支撑点外侧面的支撑力，支杆32竖直的布设于可调节支撑架3两个受力点之间；又通过调节机构来调节底座31和支撑部沿支杆32轴向的间距，从而调节缠绕于桥墩1外周预应力筋2的位置及应力值，一方面实现了加固力的调节，张拉过
程中无需采用大型张拉设备，成本较低、工艺简单，能够满足不同加固需求，当预应力筋2的张拉过程或在服役过程中应力损失时，通过可调节支撑架3对预应力筋2进行补偿张拉；另一方面通过合理的布置可调节支撑架3的位置，在一些带有折角的桥墩1加固工况中，通过预应力筋2在支杆32轴向方向的位置调整，能够避免预应力筋2在桥墩1折角处弯折形成的应力集中，提高安全性；此外，可调节支撑架3在预应力筋2应力作用下与桥墩1外侧面形成紧配合的抵接连接方式，能够避免破坏桥墩1表面。