CN102322025A - 预应力加固拓宽的桥梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力加固拓宽的桥梁结构，包括旧桥梁和平行并分别位于旧桥梁两侧并与旧桥梁之间沿横向刚性连接的拓宽梁Ⅰ及拓宽梁Ⅱ，预应力索或预应力筋两端分别横向向外且向斜上方延伸锚固于拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ，预应力索或预应力筋通过转向装置作用于旧桥梁；本发明在拓宽旧桥梁的同时，能够对旧桥梁进行加固，并使新增部分与旧桥梁之间的受力协调，能够有效抑制旧桥梁病害的产生和发展，结构及其施工相对简单，不损伤旧桥梁结构，拓宽加固后的结构性能可靠，工期相对较短，对道路交通影响相对较小，避免了拆除旧桥梁对自然环境的损害和不良的社会影响，具有很好的综合技术、经济和社会效益。

Description

预应力加固拓宽的桥梁结构

技术领域

本发明涉及一种土木工程领域，特别涉及一种用于加固拓宽桥梁的结构。

背景技术

桥梁是道路交通必不可少的设施，由于早期的交通量和车辆载重较低，加之经济有限等各种原因，梁桥的设计宽度通常不大，随着经济的发展，交通量和车辆载重的增加，原有梁桥的通行能力和承载能力明显不足，而且随着使用时间的增加，桥梁会出现不同性质的病害，影响了桥梁结构的承载安全性和使用耐久性。如果将旧桥梁拆除新建桥梁，则会需要大量的施工成本，造成人力物力的浪费，且新建桥梁周期较长，影响原路交通，阻碍经济发展；由于原桥的拆除，会产生大量废渣，清除堆放废渣需要占有大量面积，于环保不利。为解决以上问题，采用一系列桥梁加宽加固措施，目标是为了增加桥面行车道或人行道净宽，技术手段普遍采用与原桥相似的跨越结构形式，在原桥两侧或一侧横向复制延展原结构，原结构和加宽部分在受力上可采用上部分离下部一体、上部下部均一体和上部下部均分离等关联形式；而梁桥加固的目标是为了提高桥梁承载能力，技术手段主要有加强旧桥梁法(外贴钢板、外贴复合纤维布、增大钢筋混凝土截面、施加体外纵向预应力等)、添加构件法(如给旧桥梁增加斜腿)、改变体系法(如简支变连续)、加强横向联系法(如加强横隔板、施加横桥向预应力等)以及减载法(如桥面铺装和栏杆轻量化等)等。传统上梁桥的加宽和加固在目标和技术手段上一般是相互分离的：加宽和加固在设计计算、材料选用、几何构造以及施工工艺等方面均相对独立。但上述措施存在对原结构损伤大，施工难度大、增大自重、新旧结构膨胀或收缩不一致影响结合等缺点；且加宽加固没有明显的结合，导致工程技术资源利用率较低，工程整体效益不高；完工后原结构和新结构受力、变形难以协调，接缝易生病害、维护成本高。

为使桥梁进行加固，出现了一系列技术方案，比如“预应力混凝土横向加固梁”(专利号：01272021)，“外置横向预应力钢筋混凝土梁”(专利号：200710027103)，“内置横向预应力钢筋混凝土梁”(申请号：200710026735)，均是对混凝土梁施加横向压紧的预应力，使混凝土处于受压状态，提高普通钢筋混凝土梁的抗剪裂能力和抗剪承载力，但是均通过梁自身起到加固作用，并无外力协调。

为使桥梁进行加宽，出现了“一种钢-混凝土组合加宽方法”(专利号：200910088899.6)，“混凝土箱梁桥拓宽加固结构及其施工方法”(专利号：200810233107.5)，对利用将混凝土桥进行加宽，同时增加了横向联系，使新结构与旧结构之间形成连接进行加固。但是，该结构由于横向联系只具有使二者形成整体的作用，新增结构沿横向形成悬臂结构，无法避免的使新旧结构出现受力变形不协调，甚至出现早起病害，增加旧桥梁负担，缩短新旧结构使用寿命的问题。

因此，需要一种旧桥梁拓宽加固的结构，在拓宽旧桥梁的同时，能够对旧桥梁进行加固，并使新增部分与旧桥梁之间的受力协调，能够有效抑制旧桥梁病害的产生和发展，结构及其施工相对简单，不损伤旧桥梁结构。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种预应力加固拓宽的桥梁结构，在拓宽旧桥梁的同时，能够对旧桥梁进行加固，并使新增部分与旧桥梁之间的受力协调，能够有效抑制旧桥梁病害的产生和发展，结构及其施工相对简单，不损伤旧桥梁结构。

本发明的预应力加固拓宽的桥梁结构，包括旧桥梁和平行并分别位于旧桥梁两侧并与旧桥梁之间沿横向刚性连接的拓宽梁Ⅰ及拓宽梁Ⅱ，所述旧桥梁下部设有转向装置，拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ之间通过横向跨过旧桥梁底部的预应力索或预应力筋施加预应力，预应力索或预应力筋两端分别横向向外且向斜上方延伸锚固于拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ，所述预应力索或预应力筋通过转向装置作用于旧桥梁。

进一步，所述拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为对称大边梁，所述预应力索或预应力筋两端分别对应穿过拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ且通过拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ横截面形心并锚固；

进一步，所述旧桥梁通过沿其纵向分布的横隔梁Ⅰ与拓宽梁Ⅰ沿横向刚性连接，通过沿其纵向分布的横隔梁Ⅱ与拓宽梁Ⅱ沿横向刚性连接；

进一步，所述旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为混凝土砼梁，横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ均为混凝土结构，横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间浇筑为一体；

进一步，横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间均通过钢筋互相伸入的方式浇筑为一体；

进一步，所述横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ处之间通过横梁段浇筑为一体，所述横梁段沿横向包覆于旧桥梁底板下表面，所述转向装置为混凝土转向块，混凝土转向块沿横向分布于旧桥梁底板下部与横梁段浇注成一体；

进一步，所述旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为钢梁，横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ均为钢梁，横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间通过焊接、铆接或可拆卸式连接形成整体；所述转向装置为钢制转向块且沿横向分布焊接、铆接、可拆卸式连接或靠接于旧桥梁底板下表面；

进一步，所述旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为钢梁，横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ均为混凝土结构，横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间浇筑为一体，所述横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ与旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ所对应的接合面设有PBL键，所述转向装置为钢制转向块且沿横向分布焊接、铆接、可拆卸式连接或靠接于旧桥梁底板下表面；

进一步，所述预应力索或预应力筋通过转向装置且两端分别向斜上方对应锚固于后形成近似弧形；

进一步，所述转向装置设有用于通过预应力索或预应力筋的横向通孔。

本发明的有益效果：本发明的预应力加固拓宽的桥梁结构，采用在拓宽梁与旧桥梁之间进行横向联系的同时，通过拓宽梁对旧桥梁施加向上的预应力，提高旧桥梁的承载能力，避免对旧桥梁逐一实施繁琐的加固措施，节约大量工程实施的经济和时间成本；采用体外预应力体系，可以根据旧梁承载力水平和差距，灵活、准确地调节荷载在旧桥梁和拓宽梁之间的分配关系，达到新旧结构受力、变形协调；同时采用倾斜的预应力，具有水平横向分力，可有效加强旧桥梁各梁之间的横向联系，提高就桥梁的整体性，改善荷载横向分布的均匀度；预应力体系各组成部分在桥梁使用期间均是可检测、可调整、可维修、可控制和可更换的，为桥梁在使用期的维护管理提供了便利，可有效提高桥梁的耐久性、延长桥梁使用寿命；由此可见，本发明在拓宽旧桥梁的同时，能够对旧桥梁进行加固，并使新增部分与旧桥梁之间的受力协调，能够有效抑制旧桥梁病害的产生和发展，结构及其施工相对简单，不损伤旧桥梁结构，拓宽加固后的结构性能可靠，工期相对较短，对道路交通影响相对较小，避免了拆除旧桥梁对自然环境的损害和不良的社会影响，具有很好的综合技术、经济和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，如图所示：本实施例的预应力加固拓宽的桥梁结构，包括旧桥梁1和平行并分别位于旧桥梁1两侧并与旧桥梁1之间沿横向刚性连接的拓宽梁Ⅰ2及拓宽梁Ⅱ3，所述旧桥梁1下部设有转向装置10，拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3之间通过横向跨过旧桥梁底部的预应力索或预应力筋6施加预应力，预应力索或预应力筋6两端分别横向向外且向斜上方延伸通过拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3的截面形心并锚固于梁顶，所述预应力索或预应力筋6通过转向装置10作用于旧桥梁1；转向装置10可以是现有技术桥梁中公知的能够提供力转向的装置，本申请中可包括转向块或者钢板等等，设置于旧桥梁1底部，可以固定连接也可以是靠接，靠接是指自然分离靠在表面，利用预应力索或预应力筋6的力靠在旧桥梁1底部，靠接具有适应性强的特点，避免应力损失；转向装置10在将力转向的同时，保护旧桥不受损害；预应力索或预应力筋6两端分别横向向外且向斜上方，形成预应力，该预应力作用于旧桥梁1产生向上的合力，对旧桥梁1进行加固，同时，作用于拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3，形成向下和向内的分力，用于横向加固旧桥梁1，形成整体的协调变形受力，本申请中的内外是指：沿旧桥梁1的横向向其中心线为向内，由其中心线向水平横向两侧为向外。

本实施例中，所述拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3均为对称大边梁，所述预应力索或预应力筋6两端分别对应穿过拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3且通过拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3横截面形心并锚固；利用对称大边箱梁尺度大、刚度大、承载力高、稳定性好的优势，同时满足加宽和加固混凝土梁桥的要求，且作为加宽加固旧桥梁的主体结构，对称大边箱梁自身的设计、施工为新结构的设计、施工，其力学模型明确、施工操作简便、施工质量可靠；同时，预应力索或预应力筋6两端分别对应穿过拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3的截面形心并达于梁顶面，利于锚固施工，提高工作效率，使拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3受力合理，成立能力增强，不发生偏斜。

本实施例中，所述旧桥梁1通过沿其纵向分布的横隔梁Ⅰ4与拓宽梁Ⅰ2沿横向刚性连接，通过沿其纵向分布的横隔梁Ⅱ5与拓宽梁Ⅱ3沿横向刚性连接；纵向是指旧桥梁1的跨度方向，即长度方向；采用横隔梁Ⅰ4以及横隔梁Ⅱ5的结构，轻便简单，施工方便，并能协调受力，承受横向分力，增大新旧结构之间的整体性。

本实施例中，所述旧桥梁1、拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3均为混凝土砼箱梁，横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5均为混凝土结构，横隔梁Ⅰ4与旧桥梁1和拓宽梁Ⅰ2之间以及横隔梁Ⅱ5与旧桥梁1和拓宽梁Ⅱ3之间浇筑为一体；施工简单方便，结构整体性强，具有较好的抗压能力。

本实施例中，横隔梁Ⅰ4与旧桥梁1和拓宽梁Ⅰ2之间以及横隔梁Ⅱ4与旧桥梁1和拓宽梁Ⅱ3之间均通过钢筋互相伸入的方式浇筑为一体，图中没有表示，但本领域技术人员根据本记载能够知道该结构，在此不再赘述；进一步增加结构横向联系的稳定性，并能承受适当的变形，保证结构的长周期使用。

本实施例中，所述横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5处之间通过横梁段9浇筑为一体，所述横梁段9沿横向包覆于旧桥梁1底板下表面，所述转向装置10为混凝土转向块，混凝土转向块沿横向分布于旧桥梁1底板下部与横梁段9浇注成一体；横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5采用浇筑为一体的结构，能够对旧桥梁1实施横向刚接的效果，结合预应力体系，进一步增加新旧结构的整体性和协调性，并且减小施工工序，降低成本。

本实施例中，所述预应力索或预应力筋6通过转向装置且两端分别向斜上方对应锚固于后形成近似弧形，如图所示，转向装置10由中间向横向两边逐渐变短，以适应预应力索或预应力筋6的弧形走向；具有较好的预应力分布效果，使新旧结构之间的受力协调均匀，避免应力突变，同时减小预应力索或预应力筋的应力集中，提高其使用寿命。

本实施例中，所述转向装置10设有用于通过预应力索或预应力筋的横向通孔，横向是指旧桥梁的横向。

本实施例中，采用预应力索，施工方便。

当旧桥梁1、拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3均为钢梁时，横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5均为钢梁，横隔梁Ⅰ4与旧桥梁1和拓宽梁Ⅰ2之间以及横隔梁Ⅱ5与旧桥梁1和拓宽梁Ⅱ3之间通过焊接、铆接或可拆卸式连接形成整体，本实施例采用焊接，牢固且施工方便；所述转向装置10为钢制转向块且沿横向分布焊接、铆接、可拆卸式连接或靠接于旧桥梁1底板下表面，本实施例采用焊接，较为牢固且施工方便；

当旧桥梁1、拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3均为钢梁时，也可采用下述结构：横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5均为混凝土结构，横隔梁Ⅰ4与旧桥梁1和拓宽梁Ⅰ2之间以及横隔梁Ⅱ5与旧桥梁1和拓宽梁Ⅱ3之间浇筑为一体，所述横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5与旧桥梁1、拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3所对应的接合面设有PBL键，所述转向装置10为钢制转向块且沿横向分布焊接、铆接、可拆卸式连接或靠接于旧桥梁底板下表面，本实施例为焊接；本结构中，由于横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5均为受预应力索水平分力所压，承受较大压力，而混凝土结构具有较好的抗压性能，因而，本结构不但成本降低，而且具有承压能力强的特点，保证新旧结构的使用寿命。

上述结构中，涉及到混凝土浇筑或者预制结构，均应按本领域的要求配置钢筋，以增加其强度。

本发明在施工过程中，如图1示，本发明所述拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3为预应力混凝土简支箱梁，对旧桥梁1加宽；拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3纵向跨径和支承条件与旧桥梁1相同，其下部结构为按常规方法建造的桥梁墩台；拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3均采用对称大边箱梁，其刚度、承载力均很大，其截面宽度、高度和预应力度等参数根据桥面加宽幅度和主梁承载力提升程度等要求，通过计算确定。旧桥梁1截面可以是多片空心板、箱形、钢桁架或T形截面形式，横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5可以是在旧桥梁自带横隔板的基础上向下、向两侧延伸形成的；若旧桥梁1为多片空心板或箱形截面梁桥，则所述的横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5在旧桥梁指定横断面上包绕钢筋混凝土新增；预应力索或预应力筋6位于横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5平面内，预应力索或预应力筋6可采用符合相关行业标准和规范的预应力钢丝、钢绞线或非钢材类预应力筋产品，预应力索或预应力筋的锚固可采用符合相关行业标准和规范并与预应力索或预应力筋配套的锚固体系产品；预应力索或预应力筋的设计参数，根据旧桥梁承载力提升程度、预应力索或预应力筋所在横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5的纵桥向坐标位置等因素，通过计算确定。

主要施工步骤：1、在待拓宽加固旧桥梁1两侧对称施工安装拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3；2、在旧桥梁1和拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3之间施工添加横隔梁Ⅰ4和横隔梁Ⅱ5，在旧桥梁1底部设置转向装置10，根据不同上述结构，转向装置10施工不同；3、在拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3和旧桥梁1经过转向装置10安装预应力索或预应力筋6并在拓宽梁Ⅰ2和拓宽梁Ⅱ3顶面安装预应力锚固装置，图中为锚固装置7和锚固装置8；4、采用千斤顶对预应力索或预应力筋6施加预拉力至控制值并锚固，完成旧桥梁1的加宽加固。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：包括旧桥梁和平行并分别位于旧桥梁两侧并与旧桥梁之间沿横向刚性连接的拓宽梁Ⅰ及拓宽梁Ⅱ，所述旧桥梁下部设有转向装置，拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ之间通过横向跨过旧桥梁底部的预应力索或预应力筋施加预应力，预应力索或预应力筋两端分别横向向外且向斜上方延伸锚固于拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ，所述预应力索或预应力筋通过转向装置作用于旧桥梁。

2.根据权利要求1所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为对称大边梁，所述预应力索或预应力筋两端分别对应穿过拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ且通过拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ横截面形心并锚固。

3.根据权利要求2所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述旧桥梁通过沿其纵向分布的横隔梁Ⅰ与拓宽梁Ⅰ沿横向刚性连接，通过沿其纵向分布的横隔梁Ⅱ与拓宽梁Ⅱ沿横向刚性连接。

4.根据权利要求3所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为混凝土砼梁，横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ均为混凝土结构，横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间浇筑为一体。

5.根据权利要求4所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间均通过钢筋互相伸入的方式浇筑为一体。

6.根据权利要求5所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ处之间通过横梁段浇筑为一体，所述横梁段沿横向包覆于旧桥梁底板下表面，所述转向装置为混凝土转向块，混凝土转向块沿横向分布于旧桥梁底板下部与横梁段浇注成一体。

7.根据权利要求3所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为钢梁，横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ均为钢梁，横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间通过焊接、铆接或可拆卸式连接形成整体；所述转向装置为钢制转向块且沿横向分布焊接、铆接、可拆卸式连接或靠接于旧桥梁底板下表面。

8.根据权利要求3所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ均为钢梁，横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ均为混凝土结构，横隔梁Ⅰ与旧桥梁和拓宽梁Ⅰ之间以及横隔梁Ⅱ与旧桥梁和拓宽梁Ⅱ之间浇筑为一体，所述横隔梁Ⅰ和横隔梁Ⅱ与旧桥梁、拓宽梁Ⅰ和拓宽梁Ⅱ所对应的接合面设有PBL键，所述转向装置为钢制转向块且沿横向分布焊接、铆接、可拆卸式连接或靠接于旧桥梁底板下表面。

9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述预应力索或预应力筋通过转向装置且两端分别向斜上方对应锚固于后形成近似弧形。

10.根据权利要求9所述的预应力加固拓宽的桥梁结构，其特征在于：所述转向装置设有用于通过预应力索或预应力筋的横向通孔。

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