CN101942812A - 一种桥梁加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁加固方法。本发明的加固方法是应用预应力高强铁丝网锚具进行桥梁加固；预应力高强钢丝网锚具包括锚固件(1)、螺栓(2)、螺杆(3)和夹片(4)；螺栓设于锚固件的通孔内；螺杆和夹片设于螺栓的通孔内且相接；夹片的椎角大于螺栓通孔的椎角，两个椎角相差0.05-0.5度。本发明采用的锚具：锚固性能可靠；足够的承载能力；耐久；施工简便；组装后可以立即张拉；对中方便，互换性好，对环境的适应能力高；可同时锚固多根高强钢丝的小型扁锚；能充分发挥预加力筋的强度并安全地实现张拉作业。应用本发明的方法加固桥梁，使用范围广、施工简便、成本较低，能充分发挥预加力筋的强度、可安全地实现张拉作业，并可以显著增加桥梁的承载力。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁加固方法。
背景技术
根据2006年全国公路统计年报，截止至2005年底全国有危桥10443座、378439延米，其中国道危桥1942座，11万延米。国省道上有1.2万多座桥梁(约47万延米)的技术状况为三类，存在明显安全隐患，一旦受重载交通及自然灾害等突发事件的影响，这些桥梁极可能转变为危桥。因此，需要维修加固改造的桥梁数量巨大。
常用的桥梁加固方法有体外预应力加固法、加大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维加固法、混凝土裂缝封闭方法、改变结构受力体系法、不绣钢绞线网-聚合物砂浆加固法和预应力高强钢丝加固技术。预应力高强钢丝网-聚合物砂浆复合面层加固技术需要将被加固构件进行界面处理，然后将钢丝网敷设于被加固构件的受拉区域，再在其表面涂抹聚合物砂浆，该加固技术能同时显著提高结构刚度和承载力，施工简单且成本低，施工时不需要中断交通，疲劳性能理想，耐久性好，现有其他加固技术中的缺点都得到了较好地解决或改善，但极限阶段往往发生钢筋屈服、钢丝绳断裂、受压区混凝土压坏的延性破坏。
在预应力张拉锚固体系方面，由于国外技术的专利与保密，我国的研究与生产技术一直比较滞后，长期以来，以采用传统的预应力锚夹具为主，而钢绞线的锚夹具长期依赖进口。研究表明，传统的夹片式锚具应用于钢丝绳，会出现两种失效形式：钢丝绳从锚具中滑出和钢丝绳在锚具中被夹断，因此要把夹片式锚具用于钢丝绳，就必须对传统的夹片式锚具进行改造。
在传统的夹片式锚具中，夹片和锚杯的锥角相同，在锚具张拉过程中，随着张拉力增加，夹片挤压锚杯的力也随之增加，从而使锚杯产生变形，引起锥角变大，致使沿夹片全长均匀分布的力向夹片小端集中，导致钢丝绳在夹片全长的夹痕大端浅小端深，使钢丝绳未达到规定的极限拉力，因钢丝绳上产生应力集中而被破坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种桥梁加固方法。
本发明提供的桥梁加固方法，是应用预应力高强钢丝网锚具进行桥梁加固。
本发明还保护预应力高强钢丝网锚具在桥梁加固中的应用。
所述预应力高强钢丝网锚具包括锚固件1、螺栓2、螺杆3和夹片4；
所述锚固件1为六面体状，其中一组相对面(上、下两个底面)之间设有至少四个通孔I(5)，另外两组相对面中的一组相对面(前、后两个底面)之间设有至少六个通孔II(6)；所述通孔II由壁上设有螺纹的螺栓区6-1和供高强钢丝绳穿过的高强钢丝绳导向区6-2组成；
所述螺杆3的外壁设有螺纹；螺杆沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔III；
所述夹片4沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔Ⅳ；所述夹片沿轴向依次分为与螺杆相接的圆柱区A(4-1)、圆台区4-2和圆柱区B(4-3)三部分；所述圆台区上，与所述圆柱区A相接处的直径大于与所述圆柱区B相接处的直径；所述圆柱区B的直径小于所述圆台区上与所述圆柱区B相接处的直径；所述圆柱区A的直径小于所述圆台区上与所述圆柱区A相接处的直径；所述圆柱区A的直径大于所述圆柱区B的直径；圆柱区A和圆台区沿轴向均匀分割为三瓣或四瓣；
所述螺栓2的外壁设有螺纹；螺栓沿轴向设有通孔V；所述通孔V沿轴向分成螺杆区2-1和锚杯区2-2；所述螺杆区的壁上设有螺纹；
所述螺栓设于所述锚固件的通孔II的螺栓区内，螺栓外壁的螺纹与所述螺栓区的螺纹相匹配；所述螺杆设于所述螺栓的螺杆区内，螺杆外壁的螺纹与所述螺杆区的螺纹相匹配；所述夹片的圆柱区A设于所述螺栓的螺杆区内，且与所述螺杆相接；所述夹片的圆台区设于所述螺栓的锚杯区内，所述圆台区与所述圆柱区A相接的面的外缘与所述螺栓的锚杯区的壁相接，所述圆台区与所述圆柱区A相接的面与所述螺杆区和所述锚杯区相接处的横截面重合；所述夹片的圆柱区B位于所述锚固件的通孔II的高强钢丝绳导向区内；所述夹片的圆台区的椎角较所述螺栓的锚杯区的椎角大0.05-0.5度。
本发明提供的桥梁加固方法，可为用至少一对所述预应力高强钢丝网锚具将高强钢丝绳锚固在待加固桥梁的梁底，用每对预应力高强钢丝网锚具将高强钢丝绳进行固定的方法如下：
1)将待加固桥梁底部两端的混凝土和锚具与混凝土连接的面一起打磨，先用结构胶将锚固件(有螺杆的一侧向外)粘贴在打磨过的位置，再用高强螺栓将锚固件固定，根据所需长度截取高强钢丝绳；
2)每根高强钢丝绳依次穿过第一个所述预应力高强钢丝网锚具的螺杆、夹片和高强钢丝绳导向区，再依次穿过第二个预应力高强钢丝网锚具的高强钢丝绳导向区、夹片和螺杆；然后将高强钢丝绳的一端通过所述预应力高强钢丝网锚具的螺杆固定，进行张拉后，再将高强钢丝绳的另一端通过预应力高强钢丝网锚具的螺杆固定。
本发明所用的锚具中，夹片的圆台区的锥角稍大于螺栓的锚杯区的锥角，可以减少锚固区的压力峰值。夹片向锚杯区顶进时，由于圆台区的锥角比锚杯区的椎角稍大，在锚具的后部先出现压力，随着顶进距离的增加，夹片和锚杯区出现变形，两者之间的接触面逐渐增大，锚具后部的压力逐渐向前段发展。当圆台区的椎角和锚杯区的椎角的差值在一定范围内时，夹片施加给钢丝绳的径向应力和剪应力是相对均匀的，这就是预应力高强钢丝夹片式锚具所要求的合理应力分布状态。
本发明中所用的锚具中，针对预应力钢丝绳张拉完成后钢丝绳回缩量较大的缺点，设计了专门的螺杆(通过拧紧螺杆，可使夹片顶进锚杯区，夹紧钢丝绳)，可使预应力的损失大幅度降低。
所述预应力高强钢丝网锚具可通过所述通孔I，用高强螺栓固定于所述桥梁底部，具体可通过抗剪承载力计算确定通孔I的个数。
所述夹片的圆台区的椎角较所述螺栓的锚杯区的椎角优选为大0.1度。
所述圆台区的椎角可为1-5度，优选为3度。
所述通孔II可位于所述锚固件的同一水平位置。
所述高强钢丝绳导向区的孔径较所述高强钢丝绳的直径可大0.5-1.5毫米，优选为大1毫米。
沿所述夹片的轴向，所述圆柱区A、所述圆台区和所述圆柱区B的长度的比值可为(3-6)∶(17-20)∶(7-12)，优选为5∶18∶10。
沿所述螺栓的轴向，所述螺杆区和所述锚杯区的长度的比值可为(2-5)∶(1-2)，优选为1∶1。
所述锚固件具体可为长1m，宽13cm，高3cm的长方体。具体可设有33个通孔II和20个通孔I。沿所述夹片的轴向，所述圆柱区A、所述圆台区和所述圆柱区B的长度依次可为0.3cm-0.6cm、1.7cm-2cm、0.7cm-1.2cm，优选为0.5cm、1.8cm、1cm。沿所述螺栓的轴向，所述螺杆区和所述锚杯区的长度依次可为1cm-2.5cm、1.5cm-3.0cm，优选为2cm、2cm。
本发明采用预应力高强钢丝网锚具进行桥梁加固，该锚具具有如下优点：锚固性能可靠；足够的承载能力；耐久；施工简便；组装后可以立即张拉；对中方便，互换性好，对环境的适应能力高；可以同时锚固多根高强钢丝的小型扁锚；能充分发挥预加力筋的强度，并安全地实现张拉作业。应用本发明的方法加固桥梁，使用范围广、施工简便、成本较低，能充分发挥预加力筋的强度、可安全地实现张拉作业，并且可以显著提高桥梁的承载力。
附图说明
图1为锚固件立面图。
图2为锚固件平面图。
图3为锚具的三维立体图。
图4为螺栓的剖面图。
图5为夹片的剖面图。
图6为螺杆的剖面图。
图7为螺栓、螺杆和夹片组装后的剖面图。
图8为试验梁加载示意图。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。
实施例1、预应力高强钢丝网锚具的应用
如图1至图7所示，预应力高强钢丝网锚具包括锚固件1、螺栓2、螺杆3和夹片4。锚固件为长1m、宽13cm、高3cm的长方体，上下两个底面之间设有20个通孔I(5)，前后两个底面之间设有33个水平排列的通孔II(6)；通孔II(6)由壁上设有螺纹的螺栓区6-1和供高强钢丝绳穿过的高强钢丝绳导向区6-2组成。螺杆3的外壁设有螺纹；螺杆3沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔III。夹片4沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔Ⅳ；夹片4沿轴向依次分为与螺杆3相接的长度为0.5cm的圆柱区A(4-1)、长度为1.8cm的圆台区4-2和长度为1cm的圆柱区B(4-3)三部分；圆台区4-2上，与圆柱区A(4-1)相接处的直径大于与圆柱区B(4-3)相接处的直径；圆柱区B(4-3)的直径小于圆台区4-2上与圆柱区B(4-3)相接处的直径；圆柱区A(4-1)的直径小于圆台区4-2上与圆柱区A(4-1)相接处的直径；圆柱区A(4-1)的直径大于圆柱区B(4-3)的直径；圆柱区A(4-1)和圆台区4-2沿轴向均匀分割为四瓣。螺栓2的外壁设有螺纹；螺栓2沿轴向设有通孔V；通孔V沿轴向分成长度为2cm的螺杆区2-1和长度为2cm的锚杯区2-2；螺杆区的壁上设有螺纹。螺栓2设于通孔II(6)的螺栓区6-1内，螺栓外壁的螺纹与所述螺栓区的螺纹相匹配；螺杆3设于螺栓2的螺杆区2-1内，螺杆外壁的螺纹与所述螺杆区的螺纹相匹配；夹片4的圆柱区A(4-1)设于螺栓2的螺杆区2-1内，且与所述螺杆3相接；夹片4的圆台区4-2设于螺栓2的锚杯区2-2内，圆台区4-2与圆柱区A(4-1)相接的面的外缘与所述锚杯区2-2的壁相接，圆台区4-2与圆柱区A(4-1)相接的面与所述螺杆区2-1和所述锚杯区2-2相接处的横截面重合；夹片4的圆柱区B(4-3)位于锚固件1的通孔II(6)的高强钢丝绳导向区6-2内。夹片4的圆台区4-2的椎角较螺栓2的锚杯区2-2的椎角大0.1度。
用一对所述预应力高强钢丝网锚具采用如下方法进行桥梁加固：
1)将待加固桥梁底部两端的混凝土和锚具与混凝土连接的面一起打磨，先用结构胶将锚固件(有螺杆的一侧向外)粘贴在打磨过的位置，再用高强螺栓将锚固件固定，根据所需长度截取高强钢丝绳；
2)由33根高强钢丝绳组成的高强钢丝网片对应穿过每个预应力高强钢丝网锚具的33个孔，每根高强钢丝绳依次穿过第一个所述预应力高强钢丝网锚具的螺杆、夹片和高强钢丝绳导向区，再依次穿过第二个预应力高强钢丝网锚具的高强钢丝绳导向区、夹片和螺杆；然后将高强钢丝绳的一端通过所述预应力高强钢丝网锚具的螺杆固定，进行张拉后，再将高强钢丝绳的另一端通过预应力高强钢丝网锚具的螺杆固定。
预应力高强钢丝网锚具中，锚固件的材质为Q345钢，采用10.9级M16高强度螺栓，连接处构件接触面喷砂(丸)后涂无机富锌漆处理。
高强钢丝绳直径为3mm，公称截面积7.07mm2。
桥梁的截面尺寸为150×300mm，纵筋为3Φ14，混凝土强度为C45，加载方式见图8。试验方案及结果见表1。
表1试验方案及实验结果
注：Pcr为开裂荷载，Pu为最大荷载，Δu为极限位移。
Claims (10)
1.预应力高强钢丝网锚具在桥梁加固中的应用；
所述预应力高强钢丝网锚具包括锚固件(1)、螺栓(2)、螺杆(3)和夹片(4)；
所述锚固件为六面体状，其中一组相对面之间设有至少四个通孔I(5)，另外两组相对面中的一组相对面之间设有至少六个通孔II(6)；所述通孔II由壁上设有螺纹的螺栓区(6-1)和供高强钢丝绳穿过的高强钢丝绳导向区(6-2)组成；
所述螺杆的外壁设有螺纹；螺杆沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔III；
所述夹片沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔Ⅳ；所述夹片沿轴向依次分为与螺杆相接的圆柱区A(4-1)、圆台区(4-2)和圆柱区B(4-3)三部分；所述圆台区上，与所述圆柱区A相接处的直径大于与所述圆柱区B相接处的直径；所述圆柱区B的直径小于所述圆台区上与所述圆柱区B相接处的直径；所述圆柱区A的直径小于所述圆台区上与所述圆柱区A相接处的直径；所述圆柱区A的直径大于所述圆柱区B的直径；圆柱区A和圆台区沿轴向均匀分割为三瓣或四瓣；
所述螺栓的外壁设有螺纹；螺栓沿轴向设有通孔V；所述通孔V沿轴向分成螺杆区(2-1)和锚杯区(2-2)；所述螺杆区的壁上设有螺纹；
所述螺栓设于所述锚固件的通孔II的螺栓区内，螺栓外壁的螺纹与所述螺栓区的螺纹相匹配；所述螺杆设于所述螺栓的螺杆区内，螺杆外壁的螺纹与所述螺杆区的螺纹相匹配；所述夹片的圆柱区A设于所述螺栓的螺杆区内，且与所述螺杆相接；所述夹片的圆台区设于所述螺栓的锚杯区内，所述圆台区与所述圆柱区A相接的面的外缘与所述螺栓的锚杯区的壁相接，所述圆台区与所述圆柱区A相接的面与所述螺杆区和所述锚杯区相接处的横截面重合；所述夹片的圆柱区B位于所述锚固件的通孔II的高强钢丝绳导向区内；所述夹片的圆台区的椎角较所述螺栓的锚杯区的椎角大0.05-0.5度。
2.一种桥梁加固方法，是用至少一对预应力高强钢丝网锚具将高强钢丝绳固定在桥梁待加固部位的梁底，其特征在于：
所述预应力高强钢丝网锚具包括锚固件(1)、螺栓(2)、螺杆(3)和夹片(4)；
所述锚固件为六面体状，其中一组相对面之间设有至少四个通孔I(5)，另外两组相对面中的一组相对面之间设有至少六个通孔II(6)；所述通孔II由壁上设有螺纹的螺栓区(6-1)和供高强钢丝绳穿过的高强钢丝绳导向区(6-2)组成；
所述螺杆的外壁设有螺纹；螺杆沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔III；
所述夹片沿轴向设有供高强钢丝绳穿过的与高强钢丝绳的直径匹配的通孔Ⅳ；所述夹片沿轴向依次分为与螺杆相接的圆柱区A(4-1)、圆台区(4-2)和圆柱区B(4-3)三部分；所述圆台区上，与所述圆柱区A相接处的直径大于与所述圆柱区B相接处的直径；所述圆柱区B的直径小于所述圆台区上与所述圆柱区B相接处的直径；所述圆柱区A的直径小于所述圆台区上与所述圆柱区A相接处的直径；所述圆柱区A的直径大于所述圆柱区B的直径；圆柱区A和圆台区沿轴向均匀分割为三瓣或四瓣；
所述螺栓的外壁设有螺纹；螺栓沿轴向设有通孔V；所述通孔V沿轴向分成螺杆区(2-1)和锚杯区(2-2)；所述螺杆区的壁上设有螺纹；
所述螺栓设于所述锚固件的通孔II的螺栓区内，螺栓外壁的螺纹与所述螺栓区的螺纹相匹配；所述螺杆设于所述螺栓的螺杆区内，螺杆外壁的螺纹与所述螺杆区的螺纹相匹配；所述夹片的圆柱区A设于所述螺栓的螺杆区内，且与所述螺杆相接；所述夹片的圆台区设于所述螺栓的锚杯区内，所述圆台区与所述圆柱区A相接的面的外缘与所述螺栓的锚杯区的壁相接，所述圆台区与所述圆柱区A相接的面与所述螺杆区和所述锚杯区相接处的横截面重合；所述夹片的圆柱区B位于所述锚固件的通孔II的高强钢丝绳导向区内；所述夹片的圆台区的椎角较所述螺栓的锚杯区的椎角大0.05-0.5度；
用每对预应力高强钢丝网锚具将高强钢丝绳进行固定的方法如下：
1)将待加固桥梁底部两端的混凝土和锚具与混凝土连接的面一起打磨，先用结构胶将锚固件粘贴在打磨过的位置，再用高强螺栓将锚固件固定，根据所需长度截取高强钢丝绳；
2)每根高强钢丝绳依次穿过第一个所述预应力高强钢丝网锚具的螺杆、夹片和高强钢丝绳导向区，再依次穿过第二个预应力高强钢丝网锚具的高强钢丝绳导向区、夹片和螺杆；然后将高强钢丝绳的一端通过所述预应力高强钢丝网锚具的螺杆固定，进行张拉后，再将高强钢丝绳的另一端通过预应力高强钢丝网锚具的螺杆固定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述夹片的圆台区的椎角较所述螺栓的锚杯区的椎角大0.1度。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述圆台区的椎角为1-5度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述圆台区的椎角为3度。
6.如权利要求2至5中任一所述的方法，其特征在于：所述高强钢丝绳导向区的孔径较所述高强钢丝绳的直径大0.5-1.5毫米，优选为1毫米。
7.如权利要求2至6中任一所述的方法，其特征在于：沿所述夹片的轴向，所述圆柱区A、所述圆台区和所述圆柱区B的长度的比值为(3-6)∶(17-20)∶(7-12)，优选为5∶18∶10。
8.如权利要求2至7中任一所述的方法，其特征在于：沿所述螺栓的轴向，所述螺杆区和所述锚杯区的长度的比值为(2-5)∶(1-2)，优选为1∶1。
9.如权利要求2至8中任一所述的方法，其特征在于：所述锚固件为长方体状。
10.如权利要求2至9中任一所述的方法，其特征在于：所述预应力高强钢丝网锚具通过所述通孔I螺栓固定于所述桥梁底部。
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