CN105297642A - 一种盖梁体外预应力加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种盖梁体外预应力加固结构，在对应两个桥墩的盖梁侧面上部和盖梁跨中下部固定钢束转向块，在盖梁跨中底面上固定安装钢束转向支架；体外预应力钢束通过钢束转向块和钢束转向支架、两端分别与张拉锚具相接，张拉锚具固定在张拉用混凝土齿块中。其施工方法包括制作钢束转向块；制作和安装钢束转向支架；安装钢束转向块；制作张拉用混凝土齿块；安装体外预应力钢束并张拉和锚固；对盖梁底钢板和盖梁侧钢板进行防腐处理。该体外预应力加固结构，预应力钢束仅一次张拉及锚固就可对盖梁跨中两次加载，使跨中抗弯加固效果明显提高；通过钢束转向支架使体外预应力钢束的水平夹角增大，有效提高加固效果。

Description

一种盖梁体外预应力加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及公路桥梁，特别是一种针对盖梁的体外预应力加固结构及其施工方法。

背景技术

当盖梁抗弯承载力不足时，常用加大盖梁截面、贴钢板或贴碳纤维布或施加体内或体外预应力等方法进行加固。

体外预应力加固具有施工快、不中断交通的优点，但加固效果与体外预应力的布索形式有很大关系。

常规体外预应力加固的布索形式是，在盖梁跨中下缘布索后引至盖梁悬臂端进行锚固。这种布索形式受盖梁高度限制，体外预应力钢束在盖梁跨中的水平夹角较小，所能提供的竖向分力也小，加固效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是针对上述常规体外预应力加固布索形式存在的缺点加以改进，提供一种加固效果可进一步提高的盖梁体外预应力加固结构及其施工方法。

为实现上述目的，本发明提供的盖梁体外预应力加固结构，包括盖梁和体外预应力钢束；在对应两个桥墩的盖梁侧面上部和盖梁跨中下部分别固定有钢束转向块，在盖梁跨中底面上固定安装有钢束转向支架；所述体外预应力钢束通过所述钢束转向块和钢束转向支架、两端分别与张拉锚具相接，张拉锚具固定在张拉用混凝土齿块中，张拉用混凝土齿块固定在盖梁同一个悬臂端的侧面上。

所述钢束转向块由中间平直、两端呈弧形的滑座和位于滑座两侧的挡板构成，其中一侧挡板与盖梁侧钢板焊接在一起，盖梁侧钢板固定在盖梁侧面上；所述盖梁侧钢板的宽度大于所述挡板的高度，长度L_c为：

L_c＝ηF_i/(K_cτ_u)(mm)

式中η——安全系数，η＝1.2～2.0；

F_i——体外预应力钢束在滑座处的作用力，N，按照公式F_i＝2Ts×cos(θ/2)计算求得，其中Ts为体外预应力钢束的张拉力，θ为体外预应力钢束在各钢束转向块滑座处转角中的最小值；

K_c——盖梁侧钢板的宽度，mm；

τ_u——粘贴钢板的混凝土的混凝土表面剥离强度设计值，可按照2.5MPa取值；

所述钢束转向支架包括长度大于盖梁前后宽度的横梁和两组正面呈“V”形的斜撑，斜撑的下端与横梁的端部焊接成一体，斜撑的上端焊接在盖梁底钢板上，盖梁底钢板固定在盖梁底面上，横梁两端下部分别焊接所述钢束转向块。

上述盖梁体外预应力加固结构的施工方法包括以下步骤：

步骤1、制作所述钢束转向块，备用

步骤2、制作和安装所述钢束转向支架

在长度大于盖梁前后宽度的钢制横梁的两端上部分别焊接正面呈“V”形的钢制斜撑，将斜撑的两个上端焊接在盖梁底钢板上，在横梁的两端下部分别焊接步骤1的钢束转向块，制成钢束转向支架；

安装时，先对盖梁底面两侧的混凝土表层进行处理，在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，用环氧树脂胶将钢束转向支架的盖梁底钢板固定安装在盖梁跨中底面的两侧；

步骤3、在盖梁的两侧面安装钢束转向块按计算尺寸制作盖梁侧钢板，然后对盖梁两侧面需安装钢束转向块部位的混凝土表层进行处理；在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，用环氧树脂胶将盖梁侧钢板固定安装在盖梁侧面上；在盖梁侧钢板上焊接制作好的钢束转向块；

步骤4、制作张拉用混凝土齿块

先对盖梁悬臂端两侧面安装混凝土齿块部位的混凝土表层进行处理：清除破碎的混凝土表面，然后进行凿毛，使骨料外露，用铁刷或压缩空气清除浮尘，然后按间距10～15cm进行植筋，钢筋采用φ28螺纹钢筋；在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，将张拉锚具安装到位后用钢纤维混凝土浇筑张拉用混凝土齿块，然后进行养护；

步骤5、安装体外预应力钢束并张拉和锚固

待步骤4的张拉用混凝土齿块的混凝土强度达到90％设计强度(养护龄期不小于7天)，通过步骤2的钢束转向支架和步骤3的钢束转向块将体外预应力钢束的两端分别安装在步骤4的张拉锚具上，然后按设计要求进行张拉，张拉完成后，对张拉端的体外预应力钢束进行锚固；

步骤6、对盖梁底钢板和盖梁侧钢板进行防腐处理

先将盖梁底钢板和盖梁侧钢板上的油污和铁锈进行清除，然后涂一层环氧树脂薄浆，再涂两层防锈漆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、体外预应力钢束仅一次张拉及锚固就可实现对盖梁跨中的两次加载，使盖梁跨中抗弯加固效果比常规技术明显提高。

2、通过钢束转向支架使体外预应力钢束的水平夹角增大，提高体外预应力钢束张拉力在竖向上的分力，从而有效提高加固效果。

3、钢束转向块结构简单，易于加工，应用方便；滑座两端呈弧形，使作用在滑座上的体外预应力钢束更好滑动，减轻摩擦。

4、盖梁侧钢板尺寸按计算方法取得，可确保体外预应力钢束能够安全可靠地固定在盖梁上。

附图说明

图1为本发明体外预应力加固总体结构示意图；

图2(a)为图1中转向块的纵向剖视图，图2(b)为转向块的横向剖视图；

图3为图1中A-A断面图。

图中：1–盖梁，2–桥墩，3–钢束转向块，3-1–滑座，3-2–挡板，4-钢束转向支架，4-1–横梁，4-2–斜撑，5–体外预应力钢束，6–盖梁侧钢板，7–盖梁底钢板，8–张拉用混凝土齿块，9–张拉锚具。

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。

本实施例为对沈阳某公路桥梁的双柱式普通钢筋混凝土结构桥墩盖梁进行体外预应力加固。该桥梁上部结构为25m跨预制小箱梁，桥面宽16m。下部结构为双柱式普通钢筋混凝土结构桥墩盖梁，盖梁混凝土标号为C30，盖梁断面：宽160cm；高140cm。现盖梁跨中下缘存在因弯矩不足而引起的竖向裂缝，须对盖梁进行抗弯加固。

该盖梁的体外预应力加固结构，其体外预应力钢束采用OVM.A15-7，体外预应力钢束的张拉力Ts为911.4kN。如图1所示，在对应两个桥墩2的盖梁1侧面上部和盖梁跨中下部分别固定有钢束转向块3。每个钢束转向块如图2所示，由滑座3-1和滑座两侧的挡板3-2构成，滑座的中间为长200mm的平直段，两端呈弧形，为适应体外预应力钢束大弯度转向，两端的弧形由半径R1为3.0m和半径R2为1.0m的两段组成，滑座的横向宽度为120mm，两侧挡板高度为120mm，其中一侧挡板与固定在盖梁侧面上的盖梁侧钢板6焊接在一起(如图1所示)。盖梁侧钢板厚度为10mm，宽度K_c为600mm，计算中安全系数η取1.2，体外预应力钢束在图1中最右端钢束转向块的滑座处转角θ最小，为27度，在该滑座处的作用力F_i＝2Ts×cos(θ/2)＝2×911.4×cos(27/2)＝1084.4kN，将其代入盖梁侧钢板长度计算公式L_c＝ηF_i/K_cτ_u，τ_u取2.5MPa，求得盖梁侧钢板的长度L_c为867.5mm。在盖梁1跨中底面上固定安装钢束转向支架4，该钢束转向支架如图3所示，有一长度为190cm的钢制横梁4-1，在横梁的两端上部分别焊接正面呈“V”形的钢制斜撑4-2，斜撑间的夹角为70度，斜撑长150cm，斜撑的下端与横梁焊接成一体，斜撑的上端焊接在盖梁底钢板7上，盖梁底钢板固定在盖梁底面上，横梁两端下部分别焊接所述钢束转向块3。所述体外预应力钢束5通过所述各钢束转向块和钢束转向支架、两端分别与张拉锚具9相接，张拉锚具固定在张拉用混凝土齿块8中，张拉用混凝土齿块分别固定在盖梁同一悬臂端侧面的上下部。

本实施例盖梁体外预应力加固结构的施工方法按以下步骤进行：

步骤1、用整体钢块加工制作上述钢束转向块，备用

步骤2、制作和安装钢束转向支架

将上述正面呈“V”形的钢制斜撑的下端焊接在钢制横梁两端上部，将斜撑的两个上端焊接在盖梁底钢板上，在横梁的两端下部分别焊接步骤1的钢束转向块，制成钢束转向支架；

安装时，先对盖梁底面两侧的混凝土表层进行处理，在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，用环氧树脂胶将钢束转向支架的盖梁底钢板固定安装在盖梁跨中底面的两侧；

步骤3、在盖梁的两侧面安装钢束转向块

按上述尺寸制作盖梁侧钢板，然后对盖梁两侧面需安装钢束转向块部位的混凝土表层进行处理；在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，用环氧树脂胶将盖梁侧钢板固定安装在盖梁侧面上；在盖梁侧钢板上焊接制作好的钢束转向块；

步骤4、制作张拉用混凝土齿块

先对盖梁悬臂端两侧面安装混凝土齿块部位的混凝土表层进行处理：清除破碎的混凝土表面，然后进行凿毛，使骨料外露，用铁刷或压缩空气清除浮尘，然后按间距10cm进行植筋，钢筋采用φ28螺纹钢筋；在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，将张拉锚具安装到位后用钢纤维混凝土浇筑张拉用混凝土齿块，然后进行养护；

步骤5、安装体外预应力钢束并张拉和锚固

待步骤4的张拉用混凝土齿块的混凝土强度达到90％设计强度(养护龄期不小于7天)，通过步骤2的钢束转向支架和步骤3的钢束转向块将体外预应力钢束的两端分别安装在步骤4的张拉锚具上，然后按设计要求进行张拉，张拉完成后，对张拉端的体外预应力钢束进行锚固；

步骤6、对盖梁底钢板和盖梁侧钢板进行防腐处理

先将盖梁底钢板和盖梁侧钢板上的油污和铁锈进行清除，然后涂一层环氧树脂薄浆，再涂两层防锈漆。

Claims (3)

1.一种盖梁体外预应力加固结构，包括盖梁(1)和体外预应力钢束(5)；其特征在于：在对应两个桥墩(2)的盖梁(1)侧面上部和盖梁跨中下部分别固定有钢束转向块(3)，在盖梁(1)跨中底面上固定安装有钢束转向支架(4)；所述体外预应力钢束(5)通过所述钢束转向块(3)和钢束转向支架(4)、两端分别与张拉锚具(9)相接，张拉锚具固定在张拉用混凝土齿块(8)中，张拉用混凝土齿块固定在盖梁同一个悬臂端的侧面上。

2.根据权利要求1所述的盖梁体外预应力加固结构，其特征在于：所述钢束转向块(3)由中间平直、两端呈弧形的滑座(3-1)和位于滑座两侧的挡板(3-2)构成，其中一侧挡板与盖梁侧钢板(6)焊接在一起，盖梁侧钢板(6)固定在盖梁侧面上；所述盖梁侧钢板(6)的宽度大于所述挡板(3-2)的高度，长度L_c为：

L_c＝ηF_i/(K_cτ_u)

式中η——安全系数，η＝1.2～2.0，

F_i——体外预应力钢束在滑座处的作用力，按照公式F_i＝2Ts×cos(θ/2)计算求得，其中Ts为体外预应力钢束的张拉力，θ为体外预应力钢束在各钢束转向块滑座处转角中的最小值，

K_c——盖梁侧钢板的宽度，

τ_u——粘贴钢板的混凝土的混凝土表面剥离强度设计值，可按照2.5MPa取值；

所述钢束转向支架(4)包括长度大于盖梁(1)前后宽度的横梁(4-1)和两组正面呈“V”形的斜撑(4-2)，斜撑(4-2)的下端与横梁(4-1)的端部焊接成一体，斜撑(4-1)的上端焊接在盖梁底钢板(7)上，盖梁底钢板(7)固定在盖梁底面上，横梁(4-1)两端下部分别焊接所述钢束转向块(3)。

3.权利要求2所述盖梁体外预应力加固结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、制作所述钢束转向块，备用

步骤2、制作和安装所述钢束转向支架

在长度大于盖梁前后宽度的钢制横梁的两端上部分别焊接正面呈“V”形的钢制斜撑，将斜撑的两个上端焊接在盖梁底钢板上，在横梁的两端下部分别焊接步骤1的钢束转向块，制成钢束转向支架；

安装时，先对盖梁底面两侧的混凝土表层进行处理，在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，用环氧树脂胶将钢束转向支架的盖梁底钢板固定安装在盖梁跨中底面的两侧；

步骤3、在盖梁的两侧面安装钢束转向块按计算尺寸制作盖梁侧钢板，然后对盖梁两侧面需安装钢束转向块部位的混凝土表层进行处理；在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，用环氧树脂胶将盖梁侧钢板固定安装在盖梁侧面上；在盖梁侧钢板上焊接制作好的钢束转向块；

步骤4、制作张拉用混凝土齿块

先对盖梁悬臂端两侧面安装混凝土齿块部位的混凝土表层进行处理：清除破碎的混凝土表面，然后进行凿毛，使骨料外露，用铁刷或压缩空气清除浮尘，然后按间距10～15cm进行植筋，钢筋采用φ28螺纹钢筋；在处理后的混凝土表面上涂刷环氧树脂胶，将张拉锚具安装到位后用钢纤维混凝土浇筑张拉用混凝土齿块，然后进行养护；

步骤5、安装体外预应力钢束并张拉和锚固

待步骤4的张拉用混凝土齿块的混凝土强度达到90％设计强度，通过步骤2的钢束转向支架和步骤3的钢束转向块将体外预应力钢束的两端分别安装在步骤4的张拉锚具上，然后按设计要求进行张拉，张拉完成后，对张拉端的体外预应力钢束进行锚固；

步骤6、对盖梁底钢板和盖梁侧钢板进行防腐处理

先将盖梁底钢板和盖梁侧钢板上的油污和铁锈进行清除，然后涂一层环氧树脂薄浆，再涂两层防锈漆。