CN102251490A - 弹簧支顶加固桥梁的结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种弹簧支顶加固桥梁的结构，包括：原柱固定在中承台上，原柱通过支座支撑桥异形板的体板横梁，其特征在于：所述的原柱外围至少设置一个单元弹簧支顶加固结构，所述的单元弹簧支顶加固结构由两个对称的墩柱、π形钢盖梁和两个对称的测力可调支座构成；所述的两个对称的墩柱下部底板与中承台螺接，π形钢盖梁为一个对称的“π”形结构，π形钢盖梁对称固定设置在两个对称的墩柱顶部，π形钢盖梁上部两端分别通过两个对称的测力可调支座支撑在体板横梁下部。本发明针对异形板的关键部位加劲梁严重开裂，承载力不足的状态，进行加固补强。实现了带载加固方法。施工工艺简易，避免了复杂预应力钢束施工工艺与锚固构造，取得了良好的加固效果。

Description

弹簧支顶加固桥梁的结构

技术领域

本发明属于桥梁加固补强领域，具体涉及一种弹簧支顶加固桥梁的结构。

背景技术

现有的桥梁加固技术主要分为两类，一类为改变结构体系，如减小梁的跨度，简支梁改为连续梁结构，以减轻原梁负担为目的；另外一类，加大截面尺寸和加强结构配筋等，目前的加固技术大多采用受拉区粘贴炭纤维、钢板等加固措施，这些加固方法从原理上属于被动加固范畴。构件自重与恒载由原梁承担，活载由加固以后的组合截面承担，后加补强材料的强度受原梁变形的限制，一般情况下在极限状态时其应力是达不到抗拉强度设计值的，存在极大的浪费现象，同时加固材料仅解决活载的问题其加固效果十分有限。近年，体现先进设计理念的主动加固措施逐渐得到认可，桥梁结构的主动加固，多采用体外预应力索，或者有粘结预应力钢束加固的方法，改变内力的分配，其从根本上解决了后补强材料应力滞后的问题，充分发挥材料力学性能，提高了材料的利用效率。

上述的预应力主动加固桥梁技术同样存在一些问题。对于不可中断交通的桥梁加固，桥下预应力施工工艺复杂，在已经破损的桥梁上设置锚固措施，对待加固的桥梁造成进一步的损害。由于预应力钢束的损失情况复杂，加固完成后，有效的预加力效应很难监测多采用理论分析计算得到，与实际情况存在一定的偏差，不便于管养单位掌握加固的桥梁受力状态等。加固施工时，多采用中断或限制交通措施，或进一步加大预应力效应的措施等，给工程带来诸多不便。

发明内容

本发明目的在于：为了克服上述的不足，提供一种弹簧支顶加固桥梁的结构，它能够提高桥梁的抗剪能力，改善被加固桥梁结构的受力条件，保证了桥梁结构的安全。提高桥梁的承载能力和设计承载标准，增大结构刚度。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：一种弹簧支顶加固桥梁的结构，包括：原柱固定在中承台上，原柱通过支座支撑桥异形板的横梁，所述的原柱外围至少设置一个单元弹簧支顶加固结构，所述的单元弹簧支顶加固结构由两个对称的钢墩柱、钢盖梁和两个对称的测力可调支座构成；所述的两个对称的墩柱下部底板与中承台螺接，钢盖梁与钢墩柱组成一个对称的“π”形结构，钢盖梁对称固定设置在两个对称的墩柱顶部，钢盖梁上部两端分别通过两个对称的测力可调支座支撑在体板横梁下部。

所述的测力可调支座由设置在中间的测力可调支座本体和周边对称设置一对千斤顶；所述的测力可调支座本体的上下分别设置支座垫板，在支座垫板的中间位置设置中凹形的上支座板和下支座板，上下支座板内上部接中间板，下部接测力橡胶板；所述的中间板内设置螺纹锁死孔，测力橡胶板通过铜管接头连接控制器，以便随时监测设置在该支座上的正压力；所述的上下支座板中间设置开口，在该开口处的中间板内对称设置旋转柄插孔，在旋转柄插孔内安装测力橡胶板。

所述的π形梁钢盖梁由前后对称的矩形盖梁与两侧支座横梁连接构成；所述的盖梁由内外两块腹板、顶板和底板组成，顶板和底板内侧设置加劲肋，盖梁在与钢墩柱、支座横梁和高度变化处设置隔板；所述的π形盖梁支座横梁为矩形框梁，π形盖梁支座横梁由顶板、底板和两块侧板围成，顶板、底板内侧设置加劲肋，内侧支座垫板下设置两块隔板，钢盖梁与支座横梁固接为整体，并通过加腋加强连接强度。

所述的墩柱由对称的侧板和侧板固定连接为矩形框柱，内侧设置加劲肋和隔板；所述的矩形框柱顶部与π形梁钢盖梁顶部平齐，矩形框柱与底部的底板固定连接为整体，通过加腋加强连接强度，通过地锚螺栓与承台连接。

所述的前后对称的矩形框梁由上下对称的顶板和底板与两侧对称的腹板固定连接为矩形框梁；所述的π形盖梁支座横梁由上下对称的横梁顶板和底板与两侧对称的横梁侧板固定连接为矩形框梁。

本发明弹簧支顶加固桥梁的结构提高了桥梁异形板横梁的抗剪能力。在既有桥梁的桥下空间实施本发明结构的支承结构：即π形梁钢盖梁，在π形梁钢盖梁上支顶原桥结构-异形板横梁，测力可调支座设置于π形梁钢盖梁之上，其为既有桥梁与新建的π形梁钢盖梁之间的连接构件，桥梁支顶通过他的传力来实现。其原理是通过对桥梁的支顶在弹π形梁钢盖梁上产生弹簧变形，同时产生附加力来改善被加固结构桥梁的受力条件。

本发明的特点与效果：由于本发明均采用钢结构，其性能稳定，避免了以往混凝土结构加固桥梁时存在收缩徐变因素的影响。采用测力可调支座，其具有调整位移量大，可以反复支顶、随时测力的功能，可定期检测复核预顶力，良好的解决材料变形带来预顶力损失问题。在桥梁加固施工中，实现了带载、主动加固的设计理念，实施该结构，不影响桥梁正常使用，对现况交通无影响，不伤害原桥梁结构，节省材料消耗，符合环保、低碳的施工要求。

附图说明

图1是本发明加固补强桥异形板的实施例平面示意图；

图2是图1的B-B剖面示意图；

图3是图1的A-A剖面示意图；

图4是本发明立面结构示意图；

图5是图4的俯视示意图；

图6是图4的A-A剖面示意图；

图7是图6的B-B剖面示意图；

图8是图4的E-E剖面示意图；

图9是图6的C-C剖面示意图；

图10是图8的D-D剖面示意图；

图11是测力可调支座与π形梁钢盖梁支座横梁、异形板横梁连接示意图。

编号说明：

1是π形梁钢盖梁；

101是盖梁；1011是腹板；1012是顶板；1013是底板；

1014是加劲肋；1015是隔板；

102是支座横梁；1021是顶板；1022是底板；1023是隔板；

1024是加腋；1025是侧板；1026是加劲肋。

2是测力可调支座；

201是测力可调支座；2011是上支座板；2012是中间板；

2013是螺纹锁死孔；2014是旋转柄插孔；2015是测力橡胶板；

2016是铜管接头；2017是下支座板；

202是支座垫板；203是千斤顶。

3是π形梁钢墩柱；

301是底板；302是加腋；303是侧板；

304是侧板；305是加劲肋；306是隔板；

307是加腋；308是地锚螺栓；309是地锚螺栓孔。

4是异形板；

401是异形板横梁。

5是现况支座；

6是原墩柱；

7是承台；

8是钻孔桩。

具体实施方式

实施例

一种弹簧支顶加固补强桥异形板的结构，如图1-3所示，包括：原墩柱6固定在承台7上，原墩柱6通过现况支座5支承在桥异形板4的异形板横梁401上，所述的原柱6外围设置两个单元弹簧支顶加固结构，所述的单元弹簧支顶加固结构由两个对称的π形梁钢墩柱3、π形梁钢盖梁1和两个对称的测力可调支座2构成；所述的两个对称的π形梁钢墩柱3下部底板与承台7螺接，π形梁为一个对称的“π”形结构，π形梁钢盖梁1对称固定设置在两个对称的π形梁钢墩柱3顶部，π形梁钢盖梁1上部两端分别通过两个对称的测力可调支座2支撑在异形板横梁401下部。

所述的测力可调支座2由设置在中间的测力可调支座本体和周边对称设置一对千斤顶203；所述的测力可调支座本体的上下分别设置支座垫板202，在支座垫板202的中间位置设置中凹形的上支座板2011和下支座板2017，上下支座板内上部接中间板2012，下部接测力橡胶板2015；所述的中间板2012内设置螺纹锁死孔2013，测力橡胶板2015通过铜管接头2016连接控制器，以便随时监测设置在该支座上的正压力；所述的上下支座板中间设置开口，在该开口处的中间板2012内对称设置旋转柄插孔2014，以便方便安装测力橡胶板2015。

所述的π形梁钢盖梁1由前后对称的矩形盖梁101与两侧支座横梁102连接构成；所述的盖梁101由内外两块腹板1011、顶板1012和底板1013组成，顶板1012和底板1013内侧设置加劲肋1014；盖梁101在与钢墩柱3、支座横梁102和高度变化处设置隔板1015；所述的π形盖梁支座横梁102为矩形框梁，π形盖梁支座横梁102由顶板1021、底板1022和两块侧板1025围成，顶板1021、底板1022内侧设置加劲肋1026，内侧支座垫板202下设置两块隔板1023，钢盖梁101与支座横梁102焊接为整体，并通过加腋1024加强连接强度。

所述的墩柱3由对称的侧板303和侧板304固定连接为矩形框柱，内侧设置加劲肋305和隔板306；所述的矩形框柱顶部与π形梁钢盖梁1顶部平齐，矩形框柱与底部的底板301焊接为整体，通过加腋302加强连接强度，通过地锚螺栓308与承台7连接。

本发明其工作原理：在π形梁钢盖梁1顶面(既原柱6两侧各4.5m)设置测力可调支座2，施工时，通过测力可调支座2对桥异形板4的体板横梁401进行支顶，达到设计支顶力后锁定测力可调支座2，测力可调支座2的顶力即为施加于结构上向上的“预加力”；支顶过程中，钢盖梁1产生向下的挠度(类似于弹簧的变形)，锁定测力可调支座2后，钢盖梁1的挠度变化即停止，即达到预“弹簧支顶加固技术”。它不仅用在桥梁加固上，而且对房屋建筑工程加固、混凝土构筑物加固工程等类似工程领域，也具有的推广应用价值。

实验证明：本发明针对异形板的关键部位严重开裂，承载力不足的状态，进行加固补强的实验：例如：桥北端衔接主路和匝道共设置东西向对称的两块单点支承异形板桥的北京东三环国贸桥于1993年建成通车，近年来，由于国贸桥位于北京CBD核心区，周边新建许多特大型建筑其反复施工降水、以及新建地铁区间及车站从桥区通过，降水及地下开挖施工造成了结构的下沉。根据点支承异形板结构本身特有的受力特点，决定其对不均匀沉降比较敏感。2005～2008年，多次对桥区进行了桥梁检测，发现异形板以及体板横梁存在大量裂缝，并有继续发展的趋势。经检测、设计单位确定体板横梁抗剪强度不能满足设计承载能力的要求，已危及安全，故迫切需要采取加固措施。由于异形板重量较大，原墩柱反力达到15000KN，其中静载13000KN，占87％；所以，若按照常规设计采用粘贴钢板方法加固，已是无济于事了，只能采用主动加固，尽可能减少静载内力的方法，效果才会明显。鉴于桥下空间有限，加固施工不能中断交通的要求，若采用预应力钢束调整异形板横梁内力的方法，工艺上存在困难。因此，采用原墩柱两侧4.5m处进行支顶，以减少异形板横梁剪力的方法，即本发明“弹簧支顶加固桥梁的结构”的加固方案。在原墩柱两侧新建一对异形板横梁支顶。通过盖梁的变形，类似于弹簧的体系，对原结构施加预应力也称预顶力，消减了内力值，异形板横梁最大剪力7500KN降低了2500KN，不仅满足了原桥承载要求，保证了安全，而且抗剪承载标准可满足现行新桥规的：关于“重要大桥”的结构重要性系数的要求。实现了带载(不影响交通)、主动加固的设计理念。加固措施与桥梁结构为分体构造，对既有桥梁没有任何影响，施工支顶工艺简易，从而，避免了复杂预应力钢束施工工艺与锚固构造，取得了良好的加固实验效果。

本发明的主要特点：采用主动加固设计原理，极大地改善了恒载受力状态，大幅提高了加固效率。由于全部采用钢结构加固，材料与性能稳定，支顶力长期保持，完全避免了以往砼加固时存在的收缩徐变因素影响，这也是能实现主动加固的关键条件。根据顶力和位移曲线可以通过位移观测，方便检测、便于长期监控桥梁受力状态，同时，也便于养护单位管理。桥下施工便利、不影响现况交通，对原桥结构无损伤。

发明的效果：针对桥异形板横梁为主要承力构件抗剪能力不足的状况，采用先进的主动加固理念，提高异形板横梁的抗剪能力，改善被加固结构的受力条件；其理论上是科学合理的，它为桥梁加固拓宽了新的思路。该技术是先进可行的，它保证了桥梁结构的安全，提高了结构承载能力和桥梁设计承载标准，同时增大结构刚度，改善了行车舒适性及结构使用功能。使用该“结构”加固施工，不影响交通，不伤害原桥梁结构，节省材料消耗，符合环保、低碳的施工要求。

发明效益具体有以下两方面：

1、社会效益：

近年来，随着经济的发展，城市化进程的加快，很多建于上世纪八、九十年代的城市桥梁和公路桥梁工程，由于疲劳、外力作用或其它多种原因，出现了不同程度的损坏，存在安全隐患，如果拆除重建不仅耗资巨大更是严重影响交通，在这种情况下，选择对其有针对性的进行加固处理为一种佳径。而目前，较为先进的桥梁主动加固技术在我国尚处于起步阶段，可借鉴经验不多。本发明的实施，在桥梁正常使用状态下，即：不中断现况交通，消除了桥梁结构的安全隐患、保证了桥梁安全使用，为类似工程积累了宝贵的施工经验，同时起到了很好的示范和指导意义。

本发明将从以下方面产生直接或间接的社会经济效益：极大减小了桥梁结构安全隐患和结构破坏的可能性，降低了生命财产损失的风险。它通过对桥梁结构的主动加固的新技术应用，也可以广泛为桥梁结构以及或工业民用建筑结构的加固的理论研究和设计方法拓展了新的思路。

2经济效益：

本发明的主要技术原则、控制标准和工程措施能够为今后的设计、施工有所借鉴和科学的理论依据。这是一笔无形的巨大财富；同时，本发明的实施，不仅确保了结构安全和周边环境安全，而且快速优质的完成了桥梁加固工程，延长了桥梁的使用寿命，节省了很多的成本。如果采取以往拆除重建的方案：则对于北京市的三环路的交通影响非常巨大，三环路局部断路3～4个月进行施工，其对城市交通的影响是无法用金钱来衡量的。其它常规的被动加固方案，可能直接威胁桥梁安全，形成对桥梁结构破坏、社会恐慌等灾害性事故等等严重后果的发生，其补救费用及损失应在千万元以上。

Claims (5)

1.一种弹簧支顶加固桥梁的结构，包括：原柱(6)固定在中承台(7)上，原柱(6)通过支座(5)支撑桥异形板(4)的横梁(401)，其特征在于：所述的原柱(6)外围至少设置一个单元弹簧支顶加固结构，所述的单元弹簧支顶加固结构由两个对称的钢墩柱(3)、钢盖梁(1)和两个对称的测力可调支座(2)构成；所述的两个对称的墩柱(3)下部底板与中承台(7)螺接，钢盖梁(1)与钢墩柱(3)组成一个对称的“π”形结构，钢盖梁(1)对称固定设置在两个对称的墩柱(3)顶部，钢盖梁(1)上部两端分别通过两个对称的测力可调支座(2)支撑在体板横梁(401)下部。

2.根据权利要求1所述的弹簧支顶加固桥梁的结构，其特征在于：所述的测力可调支座(2)由设置在中间的测力可调支座本体和周边对称设置一对千斤顶(203)；所述的测力可调支座本体的上下分别设置支座垫板(202)，在支座垫板(202)的中间位置设置中凹形的上支座板(2011)和下支座板(2017)，上下支座板内上部接中间板(2012)，下部接测力橡胶板(2015)；所述的中间板(2012)内设置螺纹锁死孔(2013)，测力橡胶板(2015)通过铜管接头(2016)连接控制器，以便随时监测设置在该支座上的正压力；所述的上下支座板中间设置开口，在该开口处的中间板(2012)内对称设置旋转柄插孔(2014)，在旋转柄插孔(2014)内安装测力橡胶板(2015)。

3.根据权利要求1所述的弹簧支顶加固桥梁的结构，其特征在于：所述的π形梁钢盖梁(1)由前后对称的矩形盖梁(101)与两侧支座横梁(102)连接构成；所述的盖梁(101)由内外两块腹板(1011)、顶板(1012)和底板(1013)组成，顶板(1012)和底板(1013)内侧设置加劲肋(1014)，盖梁(101)在与钢墩柱(3)、支座横梁(102)和高度变化处设置隔板(1015)；所述的π形盖梁支座横梁(102)为矩形框梁，π形盖梁支座横梁(102)由顶板(1021)、底板(1022)和两块侧板(1025)围成，顶板(1021)、底板(1022)内侧设置加劲肋(1026)，内侧支座垫板(202)下设置两块隔板(1023)，钢盖梁(101)与支座横梁(102)固接为整体，并通过加腋(1024)加强连接强度。

4.根据权利要求1所述的弹簧支顶加固桥梁的结构，其特征在于：所述的墩柱(3)由对称的侧板(303)和侧板(304)固定连接为矩形框柱，内侧设置加劲肋(305)和隔板(306)；所述的矩形框柱顶部与π形梁钢盖梁(1)顶部平齐，矩形框柱与底部的底板(301)固定连接为整体，通过加腋(302)加强连接强度，通过地锚螺栓(308)与承台(7)连接。

5.根据权利要求3所述的弹簧支顶加固桥梁的结构，其特征在于：所述的前后对称的矩形框梁(101)由上下对称的顶板(1012)和底板(1013)与两侧对称的腹板(1011)固定连接为矩形框梁(101)；所述的π形盖梁支座横梁(102)由上下对称的横梁顶板(1021)和底板(1022)与两侧对称的横梁侧板(1025)固定连接为矩形框梁。

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