一种拱桥桥跨的加强结构及其施工方法与流程

本发明属于桥梁结构，具体是一种拱桥桥跨的加强结构及其施工方法。

背景技术：

1、拱桥是广泛应用在桥梁领域的一种结构，目前以砌体拱桥、混凝土拱桥或钢结构拱桥为主。拱桥是通过其独特的拱形结构，将上部荷载以水平推力的形式传递至两端基座处，由地基的支持力对基座进行支撑。因此拱桥的拱轴线对拱桥的受力影响较大，跨度越长时，受限于空间限制拱轴线一般与恒载压力线偏离较大，拱桥的承受能力越弱。

2、老式的拱桥多使用砌体拱桥或混凝土拱桥，我国拥有大量的这类老式拱桥。随着这些桥梁的老化，拱桥的修复和加强成为了一大难题。目前在拱桥的修复方法中，将纤维增强聚合物粘合在拱桥的内拱上是一种常用方法，但纤维增强聚合物容易在内拱的裂缝或剪切变形处脱粘，加强效果并不牢靠。且砌体拱桥和混凝土拱桥的抗震能力都较弱，在修复和加强中也需考虑到此类问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种拱桥桥跨的加强结构及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、提供一种拱桥桥跨的加强结构，包括：

3、与拱桥内拱贴合的拱形加强件，所述拱形加强件的两端抵止于拱桥两端基座处，所述拱形加强件与拱桥内拱的贴合面一侧设置有若干穿透加强件，所述穿透加强件贯穿于拱桥的内部；

4、吊索机构，其包括设置于拱桥四个对角的支撑座以及若干锚索，所述锚索的一端与对应支撑座锚接，所述锚索的另一端穿过对应穿透加强件与拱形加强件锚接。

5、作为本发明进一步的方案：所述拱形加强件包括沿拱桥内拱的宽度方向布置的若干弧形杆件以及在若干弧形杆件之间布置的若干加强筋，所述锚索与对应弧形杆件锚接。

6、由于拱形加强件的主要支承力是由吊索机构的支撑座和锚索提供，相对于使用传统的波纹钢作为拱形内拱的支承件，弧形杆件具有自重轻、加工成形简单、成本低的优势。弧形杆件在拱桥内拱的宽度方向至少布置有两个，拱桥的两侧位置各至少布置有一个，与支撑座相对设置用于锚索锚固，起到主要支承作用。中部位置的弧形杆件起到辅助支承作用外，还能增大拱桥宽度方向上的穿透加强件的密度，既增强了支承效果同时增强了抗震效果。

7、弧形杆件之间的加强筋用于将多个弧形杆件之间连接为一个整体，传递侧向作用力，增强拱桥侧向的稳定性。锚索通过贯穿对应的穿透加强件与弧形杆件锚接，使得力的传递路径为直线传递。

8、作为本发明进一步的方案：加强结构还包括若干侧向加强件，所述侧向加强件沿拱桥的侧向贯穿于拱桥的内部，所述穿透加强件远离拱形加强件的一端贯穿对应侧向加强件。

9、缺少侧向加强件时，多个穿透加强件之间为独立的机构。拱桥的侧向作用力传递至穿透加强件上时，单个穿透加强件类似于悬臂梁结构，穿透加强件将弯矩传递给弧形杆件，由弧形杆件承受作用力。此时穿透加强件传递的弯矩很大，穿透加强件与弧形杆件的连接部位极容易受到损坏。因此，使用侧向加强件将在同一宽度方向上的多个穿透加强件连接，使多个穿透加强件连接为一个整体，平衡了穿透加强件两端的弯矩，极大地提高了穿透加强件的承受能力。

10、由于穿透加强件与侧向加强件均设置在拱桥的内部，从外部难以将两者通过螺栓或焊接固定。因此预先在侧向加强件上开设穿孔，将侧向加强件贯穿入拱桥侧壁内，再将穿透加强件贯穿入侧向加强件上的预留穿孔中实现固定。经由侧向加强件加强后，各个穿透加强件之间联动作用，拱桥的侧向稳定性以及抗震能力大大提高，

11、作为本发明进一步的方案：所述穿透加强件以及侧向加强件与拱桥内壁之间填充有粘结剂。在安装穿透加强件以及侧向加强件时，需要在拱桥壁上开设预留孔，且预留孔的孔径需大于穿透加强件和侧向加强件的外径，避免受拱桥内壁的卡滞作用，保证穿透加强件和侧向加强件能顺利进入。

12、当穿透加强件和侧向加强件安装完毕后，穿透加强件和侧向加强件与拱桥内壁之间留有间隙不利于力的传导，且穿透加强件和侧向加强件容易受腐蚀作用，因此需在间隙内填充粘结剂。粘结剂的作用在于将穿透加强件和侧向加强件与拱桥内壁连接，便于作用力传递且使力传递更加均匀，防止出现局部作用力过大损坏构件的情况。并通过粘结剂将间隙填充，防止外部空气进入对穿透加强件和侧向加强件产生腐蚀。

13、作为本发明进一步的方案：所述粘结剂为环氧树脂砂浆。环氧树脂砂浆是一种高粘度砂浆，具有很强的粘结性，且适用范围广，在混凝土和金属之间也具有很强的粘结力。固化后的环氧树脂砂浆具有很高的强度，能有效传递力的作用，环氧树脂砂浆的化学性能稳定，耐腐蚀和耐候性能好。此外，环氧树脂砂浆还具有良好的柔韧性，和抗冲击能力，能抵抗外力引起的变形，能增强加强结构的抗震能力。

14、作为本发明进一步的方案：所述吊索机构为斜拉式或悬索式。斜拉式的吊索机构适用于跨度相对较小的拱桥，施工相对简单。悬索式的吊索机构适用于跨度相对较大的拱桥，施工相对复杂。

15、作为本发明进一步的方案：相邻两个所述穿透加强件沿弧形杆件的拱轴线方向的间隔距离为50cm～80cm，相邻两个所述穿透加强件沿拱桥宽度方向的间隔距离为40cm～60cm。穿透加强件在拱桥内设置越多，整体密度越大，加强效果越好，但过多的穿透加强件会破坏拱桥原本的结构，对拱桥的整体强度和稳定性反而会起到反作用，且过多的穿透加强件会大大增加施工流程。因此穿透加强件的相邻距离需控制在一定范围内，以达到最佳的加强效果。

16、本发明另一方面还提供了一种拱桥桥跨的加强结构的施工方法，具体包括以下步骤：

17、s1、在拱桥基座处选取至少四个控制点作为拱形加强件的基座设置基准点，在拱桥周围地基处选取至少四个控制点作为支撑座的基座设置基准点；

18、s2、根据基准点的相对位置关系以及加强结构各构件设计值，建立加强结构的三维坐标模型，以此确认每个锚索在拱桥上的穿透位置以及穿透角度；

19、s3、基于锚索、穿透加强件以及侧向加强件的穿透位置和穿透角度，对拱桥进行钻孔，并在侧向加强件上钻孔以预留孔位；

20、s4、将侧向加强件贯穿拱桥的侧向钻孔，将穿透加强件依次贯穿拱桥内拱钻孔以及侧向加强件的预留孔，将拱形加强件与拱桥内拱贴合固定；

21、s5、在穿透加强件以及侧向加强件与拱桥内壁之间填充粘结剂。

22、作为本发明进一步的方案：步骤s3中拱桥各钻孔的孔径大于穿透加强件以及侧向加强件的外径值为4mm～6mm。此厚度便于灌浆设备对间隙进行灌浆，间隙过小灌浆设备无法伸入。当环氧树脂砂浆的厚度在4mm～6mm之间时，拥有较好的强度和抗震效果，但环氧树脂砂浆厚度过大会削弱穿透加强件以及侧向加强件与拱桥内壁之间的纵向剪切承受能力。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、将拱形加强件作为拱桥内拱的支承件，通过吊索机构增强拱形加强件的支承效果，增强了拱桥的整体承载能力。穿透加强件贯穿拱桥并设置在拱桥内部，作为拱桥的内部骨架，对拱桥各部分起到限位作用。通过拱形加强件和穿透加强件将拱桥整合为一个整体，提高拱桥的整体抗震能力。加强结构不受拱桥形制影响，对大跨度拱桥的加强效果尤为明显。