CN105220624A - 一种盖梁桁架式加固构造及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种盖梁桁架式加固构造，包括安装在桥墩侧面与盖梁之间的斜向钢支杆Ⅰ、两端分别固定在两桥墩之间的钢横梁和安装在钢横梁和盖梁之间的斜向钢支杆Ⅱ；其中斜向钢支杆Ⅰ分为两段，由与其焊接的钢楔杆连成一体。加固时，采用千斤顶对斜向钢支杆Ⅰ预升，然后将按计算公式算出长度的钢楔杆焊接在两段斜向钢支杆Ⅰ之间，使斜向钢支杆Ⅰ在竖向提供向上的竖直分力，有效卸载盖梁上部恒载；由斜向钢支杆Ⅰ、斜向钢支杆Ⅱ及钢横梁共同组成盖梁桁架式加固体系，有效参与盖梁的受力，有效参与承担汽车荷载和后加恒载对盖梁产生的作用。

Description

一种盖梁桁架式加固构造及其施工方法

技术领域

本发明涉及公路桥梁，具体为一种盖梁桁架式加固构造及施工方法。

背景技术

盖梁指的是为支承、分布和传递上部结构的荷载，在桥墩、桥台或在排桩上设置的普通钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构。由于设计标准偏低、增加附加荷载或汽车超载等原因，部分盖梁在运营中出现了抗弯、抗剪等因受力引起的开裂病害，为保证结构的安全、耐久性需要进行加固。

针对已有的公路桥梁，常采用的盖梁加固方法有粘贴钢板或碳纤维法、增大截面法等，这些加固方法均属于被动加固，其不足之处是，后期加固材料不能参与承担加固前外部荷载已经对盖梁产生的作用，只能参与承担后续汽车荷载和后加恒载引起的作用力，盖梁的承载力提高有限。

主动加固是指该加固措施不仅能参与承担后续汽车荷载和后加恒载引起的内力，而且还能参与承担已经施加在盖梁上的作用。主动加固因能有效提高结构的承载能力而备受人们的重视，成为目前的一项研究课题。

发明内容

本发明的目的是针对这一研究课题提供一种盖梁桁架式加固构造及其施工方法，以有效提高盖梁的承载能力。

为达到上述目的，本发明提供的盖梁桁架式加固构造，包括通过钢垫板安装在桥墩侧面与盖梁之间的斜向钢支杆Ⅰ、两端分别固定在两桥墩之间的钢横梁和安装在钢横梁和盖梁之间的斜向钢支杆Ⅱ；其中斜向钢支杆Ⅰ分为两段，由与其焊接的钢楔杆连成一体。

所述斜向钢支杆Ⅰ与桥墩的夹角为30～45°。

上述盖梁桁架式加固构造的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、在盖梁的悬臂端、桥墩间盖梁底面及桥墩的侧面按设计安装钢垫板先对安装钢垫板部位的混凝土表面进行处理：将混凝土表面的破碎部分清除，然后进行凿毛，使骨料外露，用铁刷或压缩空气清除浮尘，对破损部分可用环氧砂浆补平；

然后对钢垫板进行表面处理，用汽油清洗去除钢垫板表面的油污，然后用喷砂法或砂轮打磨除锈，使钢垫板表面露出光泽，再用汽油擦洗干净，最后在钢垫板表面涂一层环氧树脂薄浆将其加以保护；

然后在处理后的混凝土粘贴面上每隔20cm埋设一个φ8～12的膨胀螺栓；在混凝土表面和钢垫板(粘贴前用汽油清洗)上分别涂厚度为3mm的环氧树脂胶，利用钢垫板上预先已开设的安装孔将钢垫板通过膨胀螺栓粘贴在混凝土表面上，随即旋紧螺帽，进行加压，将多余的环氧树脂胶液沿钢垫板边缘挤出，达到紧密粘贴；环氧树脂胶液固化后卸除螺帽，将外露的螺栓杆留2～3mm，其余截去，进行冷铆。

步骤二、安装斜向钢支杆Ⅰ

在两段斜向钢支杆Ⅰ的一端分别焊接上千斤顶工作垫板，按设计角度将两段斜向钢支杆Ⅰ的另一端分别焊接在与斜向钢支杆Ⅰ上下端对应的盖梁和桥墩的钢垫板上，两段斜向钢支杆Ⅰ的长度要确保其千斤顶工作垫板之间的预留间距d大于千斤顶的高度，能使千斤顶置入。

步骤三、利用千斤顶安装钢楔杆

钢楔杆的长度L₁由下式确定：

$L_1=(d+\frac{{\mathrm{VL}}_2}{E_2{A}_{2}sin\mathrm{\θ}})\×\frac{E_1{A}_{1}sin\mathrm{\θ}}{E_1{A}_1\sin \mathrm{\θ}-V}\left(mm\right)$

式中：

V：需要卸载的竖向力大小(N)，

E₁：钢楔杆材料的弹性模量(N/mm²)，

A₁：钢楔杆的截面面积(mm²)，

E₂：斜向钢支杆Ⅰ材料的弹性模量(N/mm²)，

A₂：斜向钢支杆Ⅰ的截面面积(mm²)，

L₂：斜向钢支杆Ⅰ的总长度(不包括钢楔杆长度)(mm)，

θ：斜向钢支杆Ⅰ与桥墩的夹角，

d：两段斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板之间预留间距(大于千斤顶高度)(mm)；

将千斤顶(7)安装在在两段斜向钢支杆Ⅰ的工作垫板之间，然后进行顶升，顶升后的千斤顶高度比钢楔杆的长度应大于10mm(便于安装钢楔杆)、但不得超过20mm(确保顶升不损害盖梁)，顶升达到要求高度后停止顶升；

然后将两个钢楔杆分别置于斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板之间、千斤顶的两侧，千斤顶回油后盖梁的力从千斤顶传递给钢楔杆，使钢楔杆被压紧；然后撤出千斤顶，将钢楔杆的两端与斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板焊接，使两段斜向钢支杆Ⅰ固定连接成一体。

步骤四、安装桥墩间的钢横梁和斜向钢支杆Ⅱ

将钢横梁的两端焊接在桥墩侧面的钢垫板上(可与斜向钢支杆Ⅰ公用一个钢垫板)；然后将斜向钢支杆Ⅱ的两端按设计角度分别与钢横梁和盖梁与其对应的钢垫板焊接(可与斜向钢支杆Ⅰ公用一个钢垫板)。

本发明的有益效果：

1、对桥墩侧面的斜向钢支杆Ⅰ采用千斤顶施加预加力，可将盖梁上部恒载进行卸载，有效降低上部恒载对盖梁的作用。

2、按计算公式确定的钢楔杆长度因大于斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板之间预留间距，从而可使斜向钢支杆Ⅰ在其自身方向上存在轴向压力(大小为)，该轴向压力不仅使斜向钢支杆Ⅰ能够安全可靠地固定在盖梁和桥墩之间，而且在竖向提供向上、大小为V的竖直分力，使盖梁得到有效卸载。

3、斜向钢支杆Ⅰ、斜向钢支杆Ⅱ及钢横梁组成盖梁桁架式加固体系，能有效参与盖梁的受力，参与承担汽车荷载和后加恒载对盖梁产生的作用。

4、盖梁悬臂和跨中下的斜向钢支杆Ⅰ和斜向钢支杆Ⅱ采用对称布置，对桥墩不会产生额外的横向弯矩，桥墩的总竖向力也不会发生改变。

附图说明

图1为本发明盖梁桁架式加固构造的示意图；

图2为本发明施工方法步骤一的参考图；

图3为本发明施工方法步骤二的参考图；

图4为本发明施工方法步骤三和四的参考图；

图5为本发明施工方法步骤三和四的参考图。

图中：1–盖梁，2–桥墩，3–钢垫板，4–斜向钢支杆Ⅰ，5–千斤顶工作垫板，6–钢楔杆，7–千斤顶，8–钢横梁，9–斜向钢支杆Ⅱ

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本实施例为对某公路桥梁桥墩的双柱式盖梁进行桁架式加固。该公路桥梁桥墩2的盖梁1长16.3m，高1.5m，宽1.8m，悬臂端长3.25m，桥墩间距8.3m，桥墩2为边长150cm的方柱。

加固前在桥墩顶处盖梁上缘存在多条竖向裂缝，最大裂缝宽度达0.37mm，为抗弯不足引起的裂缝，裂缝宽度超过规范允许值，需要进行加固。

对该桥墩盖梁进行抗弯加固时，在距桥墩2中心线2.7m的盖梁下方需要施加卸载的竖向力V＝325kN，以卸载桥墩处盖梁上缘的部分负弯矩，使裂缝宽度值满足规范要求。

加固使用的斜向钢支杆Ⅰ4采用外径351mm、壁厚16mm的圆形钢管，截面面积A₂为16838.94mm²，材料的弹性模量E₂为2.06×10⁵N/mm²，两段斜向钢支杆Ⅰ的总长度L₂为2300mm，其中上段长度为1150mm，下段长度为1150mm。

使用的斜向钢支杆Ⅱ9采用外径351mm、壁厚16mm的圆形钢管，长度为2757.7mm(单个斜向钢支杆Ⅱ长度),材料的弹性模量E₂为2.06×10⁵N/mm²。

使用的钢横梁8规格为I36工字钢,长8.3m。

使用的钢垫板3为700mm×360mm×16mm的Q235钢板。

使用的千斤顶工作垫板5为360mm×360mm×16mm的Q235钢板。

加固使用的千斤顶7高度为400mm。

斜向钢支杆Ⅰ与桥墩间的夹角θ采取45度，两段斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板相互间距为425.7mm。

加固使用的钢楔杆6采用外径203mm、壁厚16mm的圆形钢管，钢楔杆的截面面积A₁为9399.65mm²，钢楔杆材料的弹性模量E₁为2.06×10⁵N/mm²，

根据钢楔杆长度计算公式钢楔杆的长度：

$L_1=(d+\frac{{\mathrm{VL}}_2}{E_2{A}_{2}sin\mathrm{\θ}})\×\frac{E_1{A}_{1}sin\mathrm{\θ}}{E_1{A}_1\sin \mathrm{\θ}-V}=426.57\left(mm\right)$

加固按以下步骤进行：

步骤一、安装钢垫板

钢垫板分别安装在：盖梁的悬臂端底面距桥墩中心线2.7m处、桥墩间盖梁底面距桥墩中心线2.7m处和距盖梁底面1.95m的桥墩两侧；

先对安装钢垫板部位的混凝土表面进行处理：将混凝土表面的破碎部分清除，然后进行凿毛，使骨料外露，用铁刷或压缩空气清除浮尘，对破损部分可用环氧砂浆补平；

然后对钢垫板进行表面处理，用汽油清洗去除钢垫板表面的油污，然后用喷砂法或砂轮打磨除锈，使钢垫板表面露出光泽，再用汽油擦洗干净，最后在钢垫板表面涂一层环氧树脂薄浆将其加以保护；

然后在处理后的混凝土粘贴面上每隔20cm埋设一个φ10的膨胀螺栓；在混凝土表面和钢垫板(粘贴前用汽油清洗)上分别涂厚度为3mm的环氧树脂胶，利用钢垫板上预先已开设的安装孔将钢垫板通过膨胀螺栓粘贴在混凝土表面上，随即旋紧螺帽，进行加压，将多余的环氧树脂胶液沿钢垫板边缘挤出，达到紧密粘贴；环氧树脂胶液固化后卸除螺帽，将外露的螺栓杆留3mm，其余截去，进行冷铆。

步骤二、安装斜向钢支杆Ⅰ：

在两段斜向钢支杆Ⅰ的一端分别焊接上千斤顶工作垫板，按斜向钢支杆Ⅰ与桥墩间的夹角θ为45度将两段斜向钢支杆Ⅰ的另一端分别焊接在与斜向钢支杆Ⅰ上下端对应的盖梁和桥墩的钢垫板上，使两段斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板相互间距为425.7mm。

步骤三、利用千斤顶工作垫板将千斤顶安装在在两段斜向钢支杆Ⅰ之间，然后进行顶升，顶升后的千斤顶总高度达到440mm时停止顶升；然后将两个钢楔杆分别置于斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板之间、千斤顶的两侧，千斤顶回油后盖梁的力从千斤顶传递给钢楔杆，使钢楔杆被压紧；然后撤出千斤顶，将钢楔杆的两端与斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板焊接，使两段斜向钢支杆Ⅰ固定连接成一体。

步骤四、安装钢横梁和斜向钢支杆Ⅱ

将钢横梁的两端分别焊接在桥墩侧面、与斜向钢支杆Ⅰ共用的钢垫板上；然后将斜向钢支杆Ⅱ与斜向钢支杆Ⅰ公用一个钢垫板焊接在盖梁底面，下端焊接在钢横梁上。

按照以上步骤进行加固操作，可在斜向钢支杆Ⅰ对盖梁支承点处提供325kN的竖向分力，该竖向分力可降低桥墩顶处盖梁上缘处的负弯矩，改善结构受力，降低裂缝宽度，使得裂缝宽度满足规范要求，保证结构的耐久性。加固后的盖梁抗弯、抗剪性能得到改善，同时能有效提高盖梁结构的刚度。

Claims (3)

1.一种盖梁桁架式加固构造，其特征在于，包括通过钢垫板(3)安装在桥墩(2)侧面与盖梁(1)之间的斜向钢支杆Ⅰ(4)、两端分别固定在两桥墩(2)之间的钢横梁(8)和安装在钢横梁和盖梁之间的斜向钢支杆Ⅱ(9)；其中斜向钢支杆Ⅰ分为两段，由与其焊接的钢楔杆(6)连成一体。

2.根据权利要求1所述的盖梁桁架式加固构造，其特征在于，所述斜向钢支杆Ⅰ与桥墩的夹角为30～45°。

3.权利要求1所述盖梁桁架式加固构造的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在盖梁的悬臂端、桥墩间盖梁底面及桥墩的侧面按设计安装钢垫板先对安装钢垫板部位的混凝土表面进行处理：将混凝土表面的破碎部分清除，然后进行凿毛，使骨料外露，用铁刷或压缩空气清除浮尘，对破损部分可用环氧砂浆补平；

然后对钢垫板进行表面处理，用汽油清洗去除钢垫板表面的油污，然后用喷砂法或砂轮打磨除锈，使钢垫板表面露出光泽，再用汽油擦洗干净，最后在钢垫板表面涂一层环氧树脂薄浆将其加以保护；

然后在处理后的混凝土粘贴面上每隔20cm埋设一个φ8～12的膨胀螺栓；在混凝土表面和钢垫板上分别涂厚度为3mm的环氧树脂胶，利用钢垫板上预先已开设的安装孔将钢垫板通过膨胀螺栓粘贴在混凝土表面上，随即旋紧螺帽，进行加压，将多余的环氧树脂胶液沿钢垫板边缘挤出，达到紧密粘贴；环氧树脂胶液固化后卸除螺帽，将外露的螺栓杆留2～3mm，其余截去，进行冷铆；

步骤二、安装斜向钢支杆Ⅰ

在两段斜向钢支杆Ⅰ的一端分别焊接上千斤顶工作垫板，按设计角度将两段斜向钢支杆Ⅰ的另一端分别焊接在与斜向钢支杆Ⅰ上下端对应的盖梁和桥墩的钢垫板上，两段斜向钢支杆Ⅰ的长度要确保其千斤顶工作垫板之间的预留间距d大于千斤顶的高度，能使千斤顶置入。

步骤三、利用千斤顶安装钢楔杆

钢楔杆的长度L₁由下式确定：

$L_1=\left(d+\frac{{\mathrm{VL}}_2}{E_2{A}_2\sin \mathrm{\θ}}\right)\×\frac{E_1{A}_{1}sin\mathrm{\θ}}{E_1{A}_1\sin \mathrm{\θ}-V}$

式中：

V：需要卸载的竖向力大小，

E₁：钢楔杆材料的弹性模量，

A₁：钢楔杆的截面面积，

E₂：斜向钢支杆Ⅰ材料的弹性模量，

A₂：斜向钢支杆Ⅰ的截面面积，

L₂：斜向钢支杆Ⅰ的总长度，

θ：斜向钢支杆Ⅰ与桥墩的夹角，

d：两段斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板之间预留间距；

将千斤顶安装在在两段斜向钢支杆Ⅰ的工作垫板之间，然后进行顶升，顶升后的千斤顶高度比钢楔杆的长度应大于10mm、但不得超过20mm，顶升达到要求高度后停止顶升；

然后将两个钢楔杆分别置于斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板之间、千斤顶的两侧，千斤顶回油后盖梁的力从千斤顶传递给钢楔杆，使钢楔杆被压紧；然后撤出千斤顶，将钢楔杆的两端与斜向钢支杆Ⅰ的千斤顶工作垫板焊接，使两段斜向钢支杆Ⅰ固定连接成一体；

步骤四、安装桥墩间的钢横梁和斜向钢支杆Ⅱ

将钢横梁的两端焊接在桥墩侧面的钢垫板上；然后将斜向钢支杆Ⅱ的两端按设计角度分别与钢横梁和盖梁与其对应的钢垫板焊接。