一种组合式预应力钢横隔梁、加固系统及其加固方法
【专利摘要】一种组合式预应力钢横隔梁、加固系统及其加固方法，该组合式预应力钢横隔梁包括在水平方向上依次连接的第一横梁、中横梁和第二横梁；第一横梁的末端和第二横梁的前端分别套接于中横梁的两端；所述第一横梁的末端还连接有预应力加载机构，且预应力加载机构位于中横梁的内部；该加固系统能有效解决相邻主梁腹板侧面不平顺的问题；使旧桥与新装加固结构整体性更好，提高整体性能，保证加固质量；利用预应力加载机构使横隔梁从原来的被动受力变成积极协调全桥工作，提高桥梁的整体工作性能；同时可以降低施工难度、提高施工效率。可广泛应用于装配式简支梁板桥的旧桥加固施工中或者其他类似的梁板结构的加固施工中。
【专利说明】
一种组合式预应力钢横隔梁、加固系统及其加固方法
技术领域
[0001]本发明涉及旧有桥梁加固工程领域，特别是一种组合式预应力钢横隔梁加固系统及其加固方法。【背景技术】
[0002]我国现役桥梁大部分是建国以后兴建的，随着运营年限的增加，桥梁承载能力逐年降低，特别是以前修建的桥梁，设计标准不同，承载力已不能适应交通发展的需要。而且桥梁随着使用年限的增长，自然就会出现混凝土的表面碳化、裂缝加大、表面破损、雨水侵入、钢筋锈蚀等一系列问题，最终导致桥梁的承载力下降，出现病害，成为病桥、危桥，严重者甚至造成桥梁垮塌。
[0003]目前城市道路中小型桥梁中装配式简支梁板桥所占比重很大，这种结构经历长时间荷载作用连接处易开裂，造成横向联系不佳、桥梁整体性能差的情况，在超载、重载作用下，容易发生破坏从而引发桥梁安全事故。钢横隔梁加固是一种常见装配式简支梁板桥加固方式，但目前一般采用的钢横隔梁加固时存在如下问题:1)目前多数钢横隔梁加固中，主梁与新增横梁的连接采用锚栓连接，锚栓连接在施工偏差及长期动荷载作用下会产生松动，导致增设横梁发生“扭曲”的现象，影响加固效果。
[0004]2)相邻主梁腹板面不平顺，主梁与钢横隔梁连接的整体性差。
[0005]3)—般旧桥增设的横梁在通车情况下增设，引起主梁的先期变形，使得新增横梁承受车辆荷载时有一定的滞后性。
[0006]4)对于水深较大的河道或桥下净空较高的桥梁，旧桥加固搭设支架成本很大。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种组合式预应力钢横隔梁、加固系统及其加固方法，要解决现有桥体加固系统中加固效果不好、整体性差、成本大的技术问题。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种组合式预应力钢横隔梁，包括在水平方向上依次连接的第一横梁、中横梁和第二横梁;第一横梁的末端和第二横梁的前端分别套接于中横梁的两端;所述第一横梁的末端还连接有预应力加载机构，且预应力加载机构位于中横梁的内部;所述第二横梁、中横梁和第二横梁是尺寸相适应的矩形筒或者圆形筒。
[0009]所述第一横梁的前端和第二横梁的末端分别连接有铰接支座;所述铰接支座包括内层钢筒和套接在内层钢筒外侧的外层钢筒，两者活动连接形成双筒套接铰接结构，使得组合式预应力钢横隔梁在受力时能够不受两侧主梁腹板不平顺的影响，完成自调平，解决主梁与组合式预应力钢横隔梁连接整体性差的问题，其中内层钢筒的横截面为圆形，外层钢筒的横截面为弧形、其弧度束不小于弧度不大于3/431弧度。[001 〇]所述铰接支座还包括连接管，所述连接管的一端部固定连接在内侧钢筒上未套接外层钢筒的一侧。
[0011]铰接支座主要针对主梁腹板轴线垂直度不好的情况使用，对主梁腹板轴线垂直度好的横隔梁两端可不采用铰接方式，取消铰接支座，两侧横梁端部与连接钢板焊接固定即可，针对主梁腹板极其不规则，水平、垂直度都不平顺的特殊情况，所述铰接支座由双层钢球替代双层钢筒，形成球形万向铰接，此时铰接支座包括内层钢球和套接在内层钢球外侧的外层钢球，其中内层钢球有部分表面暴露与外层钢球外面，用于连接连接管。
[0012]所述预应力加载机构包括加载机构支架和连接在加载机构支架上的加载千斤顶。
[0013]所述的预应力加载机构可依据加固设计所要求的预应力加载级别及结构空间要求等选择加载千斤顶的规格和类型，例如机械式千斤顶:如齿条千斤顶、剪式千斤顶、螺旋千斤顶等，或者选择液压千斤顶等加载装置;预应力加载机构选用的千斤顶必须具备自锁功能。
[0014]所述加载机构支架包括加载活动支架、与加载活动支架滑动连接的加载机构底板以及连接在加载活动支架端部的加载机构顶板;其中加载千斤顶连接在加载机构底板和加载机构顶板之间，其底部通过螺栓安装在加载机构底板上，顶部与加载机构顶板通过螺栓连接;加载千斤顶伸出或缩回时，可使第一横梁与中横梁之间发生相对位移，将加载千斤顶加载的预应力传至组合式预应力钢横隔梁两端连接的主梁腹板上。
[0015]所述加载活动支架的横截面为躺置的n形，其顶端的梁板与第一横梁的末端面固定连接，两直板穿过加载机构底板、且末端通过连接件与加载机构顶板连接。
[0016]所述加载机构底板固定连接在中横梁的内侧壁的前部，加载机构底板为矩形板或者圆形板、上面对称开有穿过加载活动支架的两个直板的长孔。
[0017]所述中横梁上开有加载千斤顶的操作孔。
[0018]—种应用所述的组合式预应力钢横隔梁的加固系统，包括水平连接在桥体相邻主梁之间的组合式预应力钢横隔梁，相邻主梁之间至少有一道组合式预应力钢横隔梁，所述组合式预应力钢横隔梁通过连接钢板与主梁连接，所述组合式预应力钢横隔梁两端的连接管分别与对应的连接钢板固定连接，所述连接钢板包覆在主梁腹板上。[〇〇19]所述连接钢板的横截面为U形，由下至上包覆在主梁腹板的端部，连接钢板的侧板与主梁的腹板之间通过对拉螺栓连接。
[0020]当旧桥加固施工现场无搭设支架条件，可在连接钢板的适当位置增设吊装支架， 从而减少或取消桥下支架，方便现场施工。
[0021]—种如所述的加固系统的加固方法，具体步骤如下:步骤一，进行桥体现状检定。[〇〇22]步骤二，设计组合式预应力钢横隔梁。[〇〇23]步骤三，在主梁腹板上安装连接钢板。[〇〇24]步骤四，将第一横梁、预应力加载机构和中横梁连接成整体。
[0025]步骤五，将铰接支座分别焊接在对应的连接钢板上。
[0026]步骤六，吊装第二横梁并与对应的铰接支座固定连接。[〇〇27]步骤七，整体吊装并安装第一横梁、预应力加载机构和中横梁，将吊装第一横梁与对应的铰接支座固定连接，将中横梁与第二横梁对应连接。
[0028]步骤八，填充连接钢板与主梁腹板之间的缝隙。[〇〇29]步骤九，重复步骤三至步骤八，完成桥体各主梁之间的加固系统的施工。
[0030]步骤十，对组合式预应力钢横隔梁进行预应力加载。
[0031]所述步骤十中，对组合式预应力钢横隔梁进行预应力加载，其中加载顺序为由桥体中间向两边依次加载，依次加载完第一级后，再由中间开始加载第二级，依此类推，直至加载完成。
[0032]加载至设计要求后，每隔lOmin再进行一次补偿加载，补偿由于结构间隙及结构微变形产生的预应力损失，反复补偿加载4?5次，直至设计要求的预应力在lOmin内不再发生变化，无预应力损失产生为止。
[0033]预应力加载机构可完成双向加载，在填充连接钢板与主梁腹板间的空隙时施加一定顶力，使填充材料与连接钢板紧密接触，保证填充的施工质量，待填充材料达到设计强度要求后，再反向进行预应力加载。[〇〇34]所述加载千斤顶在操作时，所施加的预应力除了应用经压力机测试标定的扭矩扳手控制外，还可加设力传感器等方式来控制，以方便施工，满足不同的施工需求。
[0035]与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果:本发明克服了传统桥体加固施工限制因素多、施工复杂不便、效率低、效果不好的缺点，解决了提高加固系统整体性能、方便施工的技术问题。[〇〇36]本发明结合装配式简支梁桥的结构特点、施工现场条件以及加固系统的可操作性等因素，提供一种适合城市道路中小型桥梁应用的、能够快速加强桥梁横向联系的组合式预应力横隔梁加固系统及方法，具有如下优点:1、组合式预应力横隔梁的两侧采用铰接支座能有效解决相邻主梁腹板侧面不平顺的问题，降低施工难度、提高施工效率。
[0037]2、组合式预应力横隔梁采用连接钢板及对拉螺栓与主梁连接形成加固系统，能够分担主梁腹板与组合式预应力横隔梁连接处的应力集中，使旧桥与新装加固结构整体性更好，提高整体性能，保证加固质量。[〇〇38]3、组合式预应力钢横隔梁加固较普通横隔梁加固更有效，利用预应力加载机构使横隔梁从原来的被动受力变成积极协调全桥工作，提高桥梁的整体工作性能。
[0039]本发明可广泛应用于装配式简支梁板桥的旧桥加固施工中或者其他类似的梁板结构的加固施工中。【附图说明】
[0040]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0041]图1是本发明的加固系统的结构状态示意图。
[0042]图2是本发明的组合式预应力钢横隔梁的结构示意图。[〇〇43]图3是图2的结构俯视示意图。
[0044]图4是本发明的铰接支座的结构示意图。[0〇45]图5是本发明的预应力加载机构的结构示意图。
[0046]附图标记:1_主梁、2-对拉螺栓、3-连接钢板、4-铰接支座、5-第一横梁、6-中横梁、 7-预应力加载机构、8-第二横梁、9-连接管、10-内层钢筒、11-外层钢筒、12-加载机构底板、 13-加载千斤顶、14-加载活动支架、15-加载机构顶板、16-组合式预应力钢横隔梁。
【具体实施方式】
[0047]实施例参见图2、图3所示，这种组合式预应力钢横隔梁，包括在水平方向上依次连接的铰接支座、第一横梁5、中横梁6、第二横梁8和铰接支座;其中第一横梁5的前端和第二横梁8的末端分别与铰接支座铰接连接;第一横梁5的末端和第二横梁8的前端分别套接于中横梁6的两端;所述第一横梁5的末端还连接有预应力加载机构7，且预应力加载机构7位于中横梁6的内部。
[0048]参见图4所示，所述铰接支座包括内层钢筒10和套接在内层钢筒10外侧的外层钢筒U，两者活动连接;其中内层钢筒10的横截面为圆形，外层钢筒11的横截面为弧形、其弧度束不小于η弧度不大于3/4JI弧度，所述铰接支座还包括连接管9，所述连接管的一端部固定连接在内侧钢筒10上未套接外层钢筒11的一侧。
[0049]参见图5所示，所述预应力加载机构7包括加载机构支架和连接在加载机构支架上的加载千斤顶13;所述加载机构支架包括加载活动支架14、与加载活动支架14滑动连接的加载机构底板12以及连接在加载活动支架14端部的加载机构顶板15;其中加载千斤顶13连接在加载机构底板12和加载机构顶板15之间。
[0050]所述加载活动支架14的横截面为躺置的Π形，其顶端的梁板与第一横梁5的末端面焊接固定连接，两直板穿过加载机构底板12、且末端通过螺栓与加载机构顶板15连接。
[0051]所述加载机构底板12固定连接在中横梁6的内侧壁的前部，加载机构底板12为矩形板或者圆形板、上面对称开有穿过加载活动支架14的两个直板的长孔。
[0052]所述中横梁上开有加载千斤顶的操作孔。
[0053]参见图1所示，一种应用所述的组合式预应力钢横隔梁的加固系统，包括水平连接在桥体相邻主梁之间的组合式预应力钢横隔梁16，相邻主梁之间至少有一道组合式预应力钢横隔梁16，所述组合式预应力钢横隔梁16通过连接钢板3与主梁I连接，所述组合式预应力钢横隔梁16两端的连接管9分别与对应的连接钢板3固定连接，所述连接钢板3连接在主梁的腹板上。
[0054]参见图2、图3所示，所述连接钢板3的横截面为U形，由下至上包覆在主梁I腹板的端部，连接钢板3的侧板与主梁I的腹板之间通过对拉螺栓2连接。
[0055]—种如所述的加固系统的加固方法，包括旧桥现状检定过程、组合式预应力钢横隔梁16设计过程、组合式预应力钢横隔梁16安装过程和组合式预应力钢横隔梁16预应力加载过程，具体步骤如下:
步骤一，进行旧桥桥体现状检定:S1、通过对待加固旧桥进行外观检查，发现主要病害；S2、通过有限元计算及桥梁标准静、动荷载试验对待加固旧桥结构工作状态进行检定，检算及评定旧桥的承载力。
[0056]步骤二，设计组合式预应力钢横隔梁16:S1、设计确定加固后桥梁所要达到的承载能力，并根据待加固桥梁的有限元计算结果及结构损伤情况确定加固前后桥梁的承载力的差值;S2、根据此差值，按结构设计原理设计需增设的预应力钢横隔梁数量、截面及结构形式;通过理论计算设计确定加载预应力T的大小，根据设计预应力加载级别及横隔粱结构空间要求选配加载千斤顶，配套设计预应力加载机构。
[0057]步骤三，在主梁腹板上安装连接钢板3:S1、连接钢板3安装前应进行主梁I的腹板混凝土表面进行处理，修复缺陷；S2、在主梁1的腹板适当位置打孔;S3、将连接钢板3包覆于主梁腹板上，与主梁1腹板上的通孔配合对应钻孔;S4、用贯穿主梁1的腹板的对拉螺栓2将连接钢板3锁紧并固定于主梁1上。[〇〇58]步骤四，将第一横梁5、预应力加载机构7和中横梁6连接成整体:S1、将加载机构底板12与中横梁6焊接;S2、将加载活动支架12与第一横梁5端部焊接;S3、将加载千斤顶13底部通过螺栓连接在加载机构底板12上;S4、将第一横梁5套接于中横梁6中，并使加载活动支架12穿过加载机构底板12上预留的长孔;S5、各部件位置调整合适后，将加载千斤顶13顶部和加载活动支架12分别与加载机构顶板15通过螺栓连接;S6、预应力加载机构7即安装完成，此时第一横梁5与中横梁6连接为一个整体，进行后期整体吊装及安装。
[0059]步骤五，将铰接支座分别焊接在对应的连接钢板3上:将组合式预应力钢横隔梁16 两端的铰接支座4通过连接管9焊接在两侧连接钢板3上。
[0060]步骤六，吊装第二横梁8并与对应的铰接支座固定连接:第二横梁8吊装到位后，其末端与对应的铰接支座4的外层套筒焊接固定。[0061 ]步骤七，整体吊装并安装第一横梁5、预应力加载机构7和中横梁6，将吊装第一横梁5与对应的铰接支座固定连接，将中横梁6与第二横梁8对应连接:S1、操作加载千斤顶13 至最小行程，使第一横梁5缩入中横梁6的部分达到最大;将第二横梁5与中横梁6整体吊装到位，其前端与对应的铰接支座4的外层套筒11焊接固定;S2、操作加载千斤顶13至适当行程，使中横梁6向右伸出，将第二横梁8插入中横梁6;S3、调整加载千斤顶13行程至适当位置，保证第二横梁8插入中横梁6的部分长度不小于中横梁6长度的1/10即可，并将第二横梁 8与中横梁6焊接固定。
[0062]步骤八，填充连接钢板3与主梁腹板之间的缝隙，向连接钢板3与主梁1的腹板之间的间隙中注入高强度结构胶或细石混凝土等填充材料，增大受力面积，使主梁1的腹板与组合式预应力钢横隔梁16连接整体性更好，该过程中可操作加载千斤顶13,向组合式预应力钢横隔梁16两端施加一定顶力，建议不超过0.1T，可使两者间连接更加牢固。[〇〇63]步骤九，重复步骤三至步骤八，完成桥体各主梁之间的加固系统的施工；步骤十，对组合式预应力钢横隔梁16进行预应力加载:S1、必须等待连接钢板3与主梁1 的腹板之间间隙中的填充材料达到设计强度要求后，才可进行预应力加载;S2、应用扭矩扳手依据扭矩压力对照表操作加载千斤顶13进行分级加载，一般将设计加载预应力T分为4? 5个加载等级，扳手扭矩与加载千斤顶压力的转换需经理论计算并由压力机测试标定。 [〇〇64]所述步骤十中，对组合式预应力钢横隔梁16进行预应力加载，其中加载顺序为由桥体中间向两边依次加载，参见图1所示，先D，再CE，然后BF，最后AG，依次加载完第一级后， 再由中间开始加载第二级，依此类推，直至加载完成。
[0065]加载至设计要求后，每隔lOmin再进行一次补偿加载，补偿由于结构间隙及结构微变形产生的预应力损失，反复补偿加载4?5次，直至设计要求的预应力在lOmin内不再发生变化，无预应力损失产生为止。
[0066]当全部加载完成后，将铰接支座的内层钢筒和外层钢筒焊接固定，另外，如果加载千斤顶13的自锁能力能长时间满足加载要求，则无需将第一横梁5和中横梁6焊接固定，而为了防止加载千斤顶13失效，可以将第一横梁5和中横梁6焊接固定或者通过安全销等连接件将二者进行可拆卸连接。
【主权项】
1.一种组合式预应力钢横隔梁，其特征在于:包括在水平方向上依次连接第一横梁 (5)、中横梁(6)和第二横梁(8);第一横梁(5)的末端和第二横梁(8)的前端分别套接于中横梁(6)的两端；所述第一横梁(5)的末端还连接有预应力加载机构(7)，且预应力加载机构(7)位于中 横梁(6)的内部。2.根据权利要求1所述的组合式预应力钢横隔梁，其特征在于:所述第一横梁(5)的前 端和第二横梁(8 )的末端分别连接有铰接支座；所述铰接支座包括内层钢筒(10)和套接在内层钢筒(10)外侧的外层钢筒(11)，两者活 动连接；其中内层钢筒(10)的横截面为圆形，外层钢筒(11)的横截面为弧形、其弧度束不小于 弧度不大于3/4JI弧度。3.根据权利要求2所述的组合式预应力钢横隔梁，其特征在于:所述铰接支座还包括连 接管(9)，所述连接管(9)的一端部固定连接在内侧钢筒(10)上未套接外层钢筒(11)的一 侧。4.根据权利要求3所述的组合式预应力钢横隔梁，其特征在于:所述预应力加载机构 (7)包括加载机构支架和连接在加载机构支架上的加载千斤顶(13);所述加载机构支架包括加载活动支架(14)、与加载活动支架(14)滑动连接的加载机构 底板(12)以及连接在加载活动支架(14)端部的加载机构顶板(15);其中加载千斤顶(13 )连接在加载机构底板(12 )和加载机构顶板(15 )之间。5.根据权利要求4所述的组合式预应力钢横隔梁，其特征在于:所述加载活动支架(14) 的横截面为躺置的n形，其顶端的梁板与第一横梁(5)的末端面固定连接，两直板穿过加载 机构底板(12)、且末端通过连接件与加载机构顶板(15)连接。6.根据权利要求5所述的组合式预应力钢横隔梁，其特征在于:所述加载机构底板(12) 固定连接在中横梁(6)的内侧壁的前部，加载机构底板(12)为矩形板或者圆形板、上面对称 开有穿过加载活动支架(14)的两个直板的长孔。7.—种应用权利要求6所述的组合式预应力钢横隔梁的加固系统，包括水平连接在桥 体相邻主梁之间的组合式预应力钢横隔梁(16)，其特征在于:相邻主梁之间至少有一道组 合式预应力钢横隔梁(16)，所述组合式预应力钢横隔梁(16)通过连接钢板(3)与主梁(1)连 接，所述组合式预应力钢横隔梁(16)两端的连接管(9)分别与对应的连接钢板(3)固定连 接，所述连接钢板(3 )包覆在主梁腹板上。8.根据权利要求7所述的加固系统，其特征在于:所述连接钢板(3)的横截面为U形，由 下至上包覆在主梁(1)腹板的端部，连接钢板(3)的侧板与主梁(1)的腹板之间通过对拉螺 栓(2)连接。9.一种如权利要求8所述的加固系统的加固方法，其特征在于，具体步骤如下:步骤一，进行桥体现状检定；步骤二，设计组合式预应力钢横隔梁(16);步骤三，在主梁腹板上安装连接钢板(3 );步骤四，将第一横梁(5)、预应力加载机构(7)和中横梁(6)连接成整体；步骤五，将铰接支座分别焊接在对应的连接钢板(3)上；步骤六，吊装第二横梁(8)并与对应的铰接支座固定连接；步骤七，整体吊装并安装第一横梁(5)、预应力加载机构(7)和中横梁(6)，将吊装第一 横梁5与对应的铰接支座固定连接，将中横梁(6 )与第二横梁(8 )对应连接；步骤八，填充连接钢板(3)与主梁腹板之间的缝隙；步骤九，重复步骤三至步骤八，完成桥体各主梁之间的加固系统的施工；步骤十，对组合式预应力钢横隔梁(16)进行预应力加载。10.根据权利要求9所述的加固方法，其特征在于:所述步骤十中，对组合式预应力钢横 隔梁(16)进行预应力加载，其中加载顺序为由桥体中间向两边依次加载，依次加载完第一 级后，再由中间开始加载第二级，依此类推，直至加载完成；加载至设计要求后，每隔l〇min再进行一次补偿加载，补偿由于结构间隙及结构微变形 产生的预应力损失，反复补偿加载4?5次，直至设计要求的预应力在lOmin内不再发生变 化，无预应力损失产生为止。
【文档编号】E01D22/00GK105951613SQ201610541230
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】王光明, 王灏, 姚嘉, 乔捷, 段文志, 皮海涛, 徐万林, 叶小雷, 赵灵霞, 胡月
【申请人】北京市市政工程研究院, 北京市政路桥股份有限公司