CN105421253A - 预应力混凝土简支梁加固方法及其加固结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力混凝土简支梁加固方法及其加固结构，所述的预应力混凝土简支梁加固方法，包括下列步骤：步骤A，制造辅助钢梁(1)；并在预应力混凝土简支梁(2)的跨中位置施工与预应力混凝土简支梁连接的横梁(3)；步骤B，将辅助钢梁移动至预应力混凝土简支梁的左侧和/或右侧，通过支座支撑辅助钢梁，使辅助钢梁处于简支状态；并使预应力混凝土简支梁、横梁与辅助钢梁预应力连接；步骤C，在辅助钢梁两端施加顶力，并在支座的下座板底部填塞垫板。本发明预应力混凝土简支梁加固方法能够提高既有桥梁承载能力和桥梁刚度以满足重载运输要求。

Description

预应力混凝土简支梁加固方法及其加固结构

技术领域

本发明涉及桥梁加固工程领域，具体地，涉及一种预应力混凝土简支梁加固方法及加固结构。

背景技术

提高列车轴重、增加编组长度是实现重载铁路运输的主要技术发展方向。随轴重的提高，既有桥涵所受的动载强度加大，受载频率增高，导致桥涵结构荷载效应和应力幅加大；既有铁路提高货车轴重、开行长大编组重载列车必然会使既有铁路桥涵使用寿命缩短，结构的强度、刚度、稳定性等方面的安全储备下降，各种病害出现的几率加大、危害性加剧。对于公路运输中的桥涵也存在着重载车辆导致载荷效应和应力幅度加大而使桥涵的强度、刚度和稳定性下降的情况。为了使桥涵适应重载运输条件，需要对既有线路基础设施的强化改造。

铁路或公路路线在跨越铁路、公路时，部分桥梁的净空受限，为避免抬高桥梁路段路基标高以降低建设成本，部分孔跨采用了超低高度预应力混凝土简支T梁。根据超低高度预应力混凝土简支梁原设计受力状态和桥梁的孔跨布置型式，该类型桥梁加固一般有如下加固方法：增大混凝土截面加固法、粘贴钢板增大截面方案、增加体外预应力方案、双线桥梁连成整体方案、增设梁体支撑方案和简支梁变连续梁方案等。

上述的加固方法存在各种不足。对于增大截面方案(增大混凝土截面与粘贴钢板)，存在新旧结构连接可靠性不足，增加桥梁梁体恒载过大且新加结构恒载需要原梁来承担，对施工工艺要求高，难以达到加固效果。对于体外预应力等改变原结构应力状态方案，虽然可提高梁体承载能力，但体外预应力方案对梁体刚度的提高极其有限，难以满足提高梁体刚度要求。对于改变结构受力体系方案(双线梁体横向联结方案、增设梁体支撑方案、简支变连续方案)存在加固桥梁有较大限制的缺点，比如简直变连续方案就需要原梁存在至少2孔等跨超低高度梁，梁体辅助支撑方案应占用梁端至L/8桥梁净空等，并且改变结构受力体系加固方案对原梁损坏大等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种预应力混凝土简支梁加固方法，能够提高既有桥梁承载能力和桥梁刚度以满足重载运输要求。

为了实现上述目的，本发明提供一种预应力混凝土简支梁加固方法，包括下列步骤：

步骤A，制造辅助钢梁；并在所述预应力混凝土简支梁的跨中位置施工与所述预应力混凝土简支梁连接的横梁；

步骤B，将辅助钢梁移动至所述预应力混凝土简支梁的左侧和/或右侧，通过支座支撑所述辅助钢梁，使所述辅助钢梁处于简支状态；并使所述预应力混凝土简支梁、所述横梁与所述辅助钢梁预应力连接；

步骤C，在辅助钢梁两端施加顶力，并在支座的下座板底部填塞垫板，确保辅助钢梁的自重由支座承担，不增加预应力混凝土简支梁承受的载荷。

优选地，在制造辅助钢梁时，所述辅助钢梁设置预拱度，以在所述辅助钢梁的支座处施加顶力后，所述辅助钢梁的线形与所述预应力混凝土简支梁的线形一致或基本一致。

优选地，在所述步骤A中施工横梁时，首先在预应力混凝土简支梁的梁体表面钻预应力管道孔和植筋孔，并清理预应力混凝土简支梁的梁体表面；

然后在所述植筋孔内植筋并绑扎钢筋，安装预应力管道和横梁钢板，并安装横梁剪力筋；

接着立模并灌注混凝土；

在所述步骤B中，将所述横梁与所述辅助钢梁连接后，通过将预应力束穿过所述预应力管道来张拉预应力，以实现所述预应力混凝土简支梁、所述横梁和所述辅助钢梁之间预应力连接。

优选地，在清理预应力混凝土简支梁的梁体表面时，首先将梁体表面凿毛处理，凿毛深度为0.2-0.8cm，然后清理表面的杂物。

优选地，在步骤C中，在辅助钢梁两端施加顶力并在支座的下座板底部填塞垫板后，对所述预应力管道压浆。

本发明预应力混凝土简支梁加固方法主要通过架设辅助钢梁，并通过横梁将辅助钢梁和预应力混凝土简支梁横向预应力连接，再顶升所述辅助钢梁，从而实现新旧梁体连接可靠、横向受力协同一致、竖向协同变形能力好。新架设的辅助钢梁承担了既有预应力混凝土简支梁的恒载，充分利用了辅助钢梁的材料强度，达到加固新旧组合结构恒载调整、活载分配的目的，提高了既有预应力混凝土简支梁承载能力和桥梁刚度，满足了重载运输要求，并且确保了不上道施工，不中断既有线路正常运营，施工快速便捷，无需大型施工机具。

本发明的另一个目的在于提出一种预应力混凝土简支梁加固结构，以提高既有桥梁承载能力和桥梁刚度以满足重载运输要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种预应力混凝土简支梁加固结构，包括设置在所述预应力混凝土简支梁的左侧和/或右侧的辅助钢梁、以及设置在所述预应力混凝土简支梁的跨中位置的横梁，并且所述横梁、所述预应力混凝土简支梁和所述辅助钢梁通过预应力束预应力连接，所述辅助钢梁的两端通过支座支撑，使所述辅助钢梁的自重由支座承担，不增加预应力混凝土简支梁承受的载荷。

优选地，所述支座为纵向活动球形钢支座。

优选地，所述辅助钢梁与所述横梁之间通过锚栓及两者施加预应力之后的摩擦力连接。

优选地，所述预应力束通过设置在所述横梁和所述预应力混凝土简支梁内的预应力管道穿过所述横梁和所述预应力混凝土简支梁。

优选地，所述预应力管道的数量为多根，多根所述预应力管道设置为上下平行的若干排。

优选地，所述预应力管道的数量为6根，呈3排设置，每排两根，其中一排位于所述辅助钢梁的腹板的上部，另外两排位于所述辅助钢梁的腹板的下部。

本发明预应力混凝土简支梁加固结构采用与上述预应力混凝土简支梁加固方法相同的技术构思，通过架设辅助钢梁，并通过横梁将辅助钢梁和预应力混凝土简支梁横向预应力连接，从而实现新旧梁体连接可靠、横向受力协同一致、竖向协同变形能力好。新架设的辅助钢梁承担了既有预应力混凝土简支梁的恒载，充分利用了辅助钢梁的材料强度，达到加固新旧组合结构恒载调整、活载分配的目的，从而提高了既有预应力混凝土简支梁承载能力和桥梁刚度，满足了重载运输要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明预应力混凝土简支梁加固结构的结构示意图，图中只示出了跨中部分一侧的加固结构(加固结构关于应力混凝土简支梁的跨中部分对称)；

图2是图1的俯视剖视图；

图3是图1中沿Ⅰ-Ⅰ方向的剖视图(该结构关于单线梁中心线对称)；

图4是本发明预应力混凝土简支梁加固结构的跨中部分的结构示意图；

附图标记说明

1辅助钢梁2预应力混凝土简支梁

3横梁4预应力管道

5横梁钢板

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“纵向”通常是指沿预应力混凝土简支梁的长度方向，“横向”通常是指沿预应力混凝土简支梁的宽度方向，“竖向”通常是指沿预应力混凝土简支梁的高度方向。“上、下”通常是指沿预应力混凝土简支梁的高度方向的上下，“左、右”通常是指沿预应力混凝土简支梁的宽度方向的左右，并与图3中所示方向一致。“内、外”是指相对于各零部件本身的轮廓的内外。

这些方位词是为了便于理解本发明而采用的，因而不构成对本发明保护范围的限制。

首先需要说明的是，本发明旨在提供一种预应力混凝土简支梁加固方法，通过在预应力混凝土简支梁的一侧或两侧设置辅助钢梁，辅助钢梁与预应力混凝土简支梁之间在跨中位置通过横梁预应力连接，并且通过在辅助钢梁的两端施加顶力，保证辅助钢梁的自重由其支座承担，从而有效提高既有预应力混凝土简支梁承载能力和桥梁刚度。在此技术构思范围内，本发明预应力混凝土简支梁加固方法并不局限于图1-图4中所示的特定的具体细节结构。

为了实现本发明的技术目的，本发明基本实施方式的预应力混凝土简支梁加固方法可以包括下列步骤：

步骤A，制造辅助钢梁1；并在所述预应力混凝土简支梁2的跨中位置(即预应力混凝土简支梁长度方向的中间位置)施工与所述预应力混凝土简支梁2连接的横梁3；

步骤B，将辅助钢梁1移动至所述预应力混凝土简支梁2的左侧和/或右侧，通过支座支撑所述辅助钢梁1，使所述辅助钢梁1处于简支状态；并使所述预应力混凝土简支梁2、所述横梁3与所述辅助钢梁1预应力连接；

步骤C，在辅助钢梁1两端施加顶力，并在支座的下座板底部填塞垫板，确保辅助钢梁1的自重由支座承担，不增加预应力混凝土简支梁2承受的载荷。

经过上述加固方法后，实现了辅助钢梁1和预应力混凝土简支梁2可靠的连接，使得二者横向受力协同一致、竖向协同变形能力好。辅助钢梁1承担了预应力混凝土简支梁的恒载，提高了既有预应力混凝土简支梁承载能力和桥梁刚度，满足了运输要求。

在本发明预应力混凝土简支梁加固方法的步骤A中，所述辅助钢梁1通常是在工厂内预制。对于长度较长的辅助钢梁1，可以在工厂分段加工，然后在现场通过高强螺栓连接成简支结构。

优选地，在制造辅助钢梁1时，所述辅助钢梁1设置预拱度，以使在所述辅助钢梁1的支座处施加顶力后，所述辅助钢梁1的线形(梁的线形是指梁的沿纵向方向上的弯曲度)与所述预应力混凝土简支梁2的线形一致或基本一致，从而克服辅助钢梁1产生变形而对预应力混凝土简支梁2形成附加载荷。在本实施方式中，所述辅助钢梁1优选为工字形钢梁。

在本发明中，连接辅助钢梁1和预应力混凝土简支梁2的横梁3可以采用多种结构，如采用钢结构的横梁。在本实施方式中，优选采用以下方式施工形成的横梁3：

首先，在所述步骤A中施工横梁3时，在预应力混凝土简支梁2的梁体表面钻预应力管道孔和植筋孔，并清理预应力混凝土简支梁2的梁体表面。

在预应力混凝土简支梁2的腹板上钻植筋孔和预应力管道孔时，需探测预应力混凝土简支梁2的钢筋位置，当与预应力混凝土简支梁2的钢筋有冲突时，需要局部调整钻孔位置。

在清理预应力混凝土简支梁2的梁体表面时，首先将梁体表面凿毛处理，露出新鲜、坚实的混凝土，凿毛深度为0.2-0.8cm，优选为在0.5cm左右，然后清理表面的杂物(如粉尘等)。

然后在所述植筋孔内植筋并绑扎钢筋，安装预应力管道4和横梁钢板5，并安装横梁剪力筋。

在植筋和绑扎钢筋时，首先需要清理植筋孔内的粉尘，并按相应植筋胶的施工工艺要求在植筋孔内注入植筋胶，再安装钢筋并将钢筋临时固定；对于穿过预应力混凝土简支梁2的腹板的钢筋，也需清理孔内的粉尘，并用植筋胶锚固；植筋胶达到强度后可以绑扎钢筋。

安装的预应力管道4可以为一根完整的管，也可以设置为多段管连接在一起，本实施方式中，预应力管道4的两端优选做成扩大端并与横梁端板焊接。

在安装横梁钢板时，首先在预应力混凝土简支梁2的腹板钻孔，并植入化学锚栓，然后安装、固定横梁钢板。

在安装预应力管道4和横梁钢板5前需清除预应力管道4和横梁钢板5上的锈迹和油污等杂质，以免影响混凝土与预应力管道4和横梁钢板5的结合。

接着立摸并灌注混凝土。在凝土灌筑时，对于铁路下方的预应力混凝土简支梁2，可利用施工天窗一次灌筑横梁混凝土。混凝土振捣时以插入式振捣器辅以侧振进行，并保证混凝土振捣密实。混凝土灌筑完成后洒水自然养生至设计强度。当混凝土强度达到设计强度的60％以上时，可拆除两片梁之间的横梁模板。

通过以上步骤，可完成本实施方式中横梁3的施工。

在本发明的所述步骤B中，根据预应力混凝土简支梁2的结构，可以将辅助钢梁1移动至所述预应力混凝土简支梁2的左侧或右侧或者左侧和右侧，在本实施方式中，在预应力混凝土简支梁2的左右两侧均设置辅助钢梁1。

辅助钢梁1拼接成简支结构后移至设计位置，安装支座，通过支座支撑所述辅助钢梁1，使所述辅助钢梁1处于简支状态；支座底部可放置调节垫板，以保证支座承压要求并具备一定的高度调节能力。

接着再微调辅助钢梁1的位置，使辅助钢梁1的腹板预留孔与横梁钢板5的预留孔对齐，然后安装辅助钢梁1与横梁钢板5之间的螺栓，以实现所述横梁3与所述辅助钢梁1连接。需要注意的是，在辅助钢梁1调整到位后、安装螺栓之前，需要在支座下座板底面填塞钢垫板，以确保钢梁处于简支状态。

在横梁3的混凝土达到设计强度后张拉横梁预应力，使所述预应力混凝土简支梁2、所述横梁3与所述辅助钢梁1预应力连接。参考图3，所述辅助钢梁1与所述预应力管道4相对的位置具有预设的通孔，并在所述横梁3和所述辅助钢梁1之间通过将预应力束穿过所述预应力管道4来张拉预应力，以实现所述预应力混凝土简支梁2、所述横梁3和所述辅助钢梁1之间预应力连接。参考图4所示，预应力束为多束，本实施方式中为6束。

本发明的实施方式中，在步骤C中，在辅助钢梁1两端施加顶力并在支座的下座板底部填塞垫板后，对所述预应力管道4压浆。

在对所述预应力管道4压浆时，首先应清除预应力管道4内的杂物及积水，水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40min，压入管道的水泥浆应饱满密实。压浆时注浆口位于下部，出浆口位于上部。

为了使辅助钢梁与横梁之间连接更加牢固，在所述步骤A中，在横梁钢板5上设置预留孔，在步骤B中，穿过所述预留孔在横梁3的混凝土上钻孔，在步骤C中，在辅助钢梁1两端施加顶力并在支座的下座板底部填塞垫板后，在所述横梁钢板5的预留孔位置安装锚栓以连接横梁钢板5和所述辅助钢梁1。

本发明的预应力混凝土简支梁加固方法主要通过新架设辅助钢梁1与原预应力混凝土简支梁2的横向预应力连接、预弯钢梁再顶，实现了新旧梁体连接可靠、横向受力协同一致、竖向协同变形能力好、新架设钢梁承担既有桥梁的恒载以充分利用辅助钢梁的材料强度，达到加固新旧组合结构恒载调整、活载分配的目的。且该加固方法不上道施工，避免占用既有线施工天窗，不中断既有线路正常运营，施工快速便捷，无需大型施工机具。

在本发明的另一个实施方式中，提供了一种预应力混凝土简支梁加固结构，可以包括设置在所述预应力混凝土简支梁2的左侧和/或右侧的辅助钢梁1、以及设置在所述预应力混凝土简支梁2的跨中位置的横梁3，并且所述横梁3、所述预应力混凝土简支梁2和所述辅助钢梁1通过预应力束预应力连接，所述辅助钢梁1的两端通过支座支撑，使所述辅助钢梁1的自重由支座承担，不增加预应力混凝土简支梁2承受的载荷。其中用于支撑辅助钢梁1的支座可选用纵向活动球形钢支座。

本发明的上述加固结构能够实现辅助钢梁1和预应力混凝土简支梁2可靠的连接，使得二者横向受力协同一致、竖向协同变形能力好。辅助钢梁1承担了预应力混凝土简支梁的恒载，提高了既有预应力混凝土简支梁承载能力和桥梁刚度。

在本实施方式中，所述辅助钢梁1为工字形钢梁。

为了使辅助钢梁与横梁之间连接更加牢固，所述辅助钢梁1与所述横梁3之间连接有锚栓，通过锚栓及两者施加预应力之后的摩擦力连接。如图4所述，锚栓位于两列预应力管道之间。参考图3所示，在本实施方式中，所述预应力束通过设置在所述横梁3和所述预应力混凝土简支梁2内的预应力管道4穿过所述横梁3和所述预应力混凝土简支梁2，使所述预应力混凝土简支梁2、所述横梁3与所述辅助钢梁1预应力连接。本发明中，所述预应力管道4的数量为多根，多根所述预应力管道4设置为上下平行的若干排。具体为，所述预应力管道4的数量为6根，呈3排设置，每排两根，其中一排位于所述辅助钢梁1的腹板的上部，另外两排位于所述辅助钢梁1的腹板的下部。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种预应力混凝土简支梁加固方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤A，在所述预应力混凝土简支梁(2)的跨中位置施工与所述预应力混凝土简支梁(2)连接的横梁(3)；

步骤B，将辅助钢梁(1)移动至所述预应力混凝土简支梁(2)的左侧和/或右侧，通过支座支撑所述辅助钢梁(1)，使所述辅助钢梁(1)处于简支状态；并使所述预应力混凝土简支梁(2)、所述横梁(3)与所述辅助钢梁(1)预应力连接；

步骤C，在辅助钢梁(1)两端施加顶力，并在支座的下座板底部填塞垫板，确保辅助钢梁(1)的自重由支座承担，不增加预应力混凝土简支梁(2)承受的载荷。

2.根据权利要求1所述的预应力混凝土简支梁加固方法，其特征在于，在制造辅助钢梁(1)时，所述辅助钢梁(1)设置预拱度，以在所述辅助钢梁(1)的支座处施加顶力后，所述辅助钢梁(1)的线形与所述预应力混凝土简支梁(2)的线形一致或基本一致。

3.根据权利要求1所述的预应力混凝土简支梁加固方法，其特征在于，在所述步骤A中施工横梁(3)时，首先在预应力混凝土简支梁(2)的梁体表面钻预应力管道孔和植筋孔，并清理预应力混凝土简支梁(2)的梁体表面；

然后在所述植筋孔内植筋并绑扎钢筋，安装预应力管道(4)和横梁钢板(5)，并安装横梁剪力筋；

接着立模并灌注混凝土；

在所述步骤B中，将所述横梁(3)与所述辅助钢梁(1)连接后，通过将预应力束穿过所述预应力管道(4)来张拉预应力，以实现所述预应力混凝土简支梁(2)、所述横梁(3)和所述辅助钢梁(1)之间预应力连接。

4.根据权利要求3所述的预应力混凝土简支梁加固方法，其特征在于，在清理预应力混凝土简支梁(2)的梁体表面时，首先将梁体表面凿毛处理，凿毛深度为0.2-0.8cm，然后清理表面的杂物。

5.根据权利要求3所述的预应力混凝土简支梁加固方法，其特征在于，在步骤C中，在辅助钢梁(1)两端施加顶力并在支座的下座板底部填塞垫板后，对所述预应力管道(4)压浆。

6.一种预应力混凝土简支梁加固结构，其特征在于，所述预应力混凝土简支梁加固结构包括设置在所述预应力混凝土简支梁(2)的左侧和/或右侧的辅助钢梁(1)、以及设置在所述预应力混凝土简支梁(2)的跨中位置的横梁(3)，并且所述横梁(3)、所述预应力混凝土简支梁(2)和所述辅助钢梁(1)通过预应力束预应力连接，所述辅助钢梁(1)的两端通过支座支撑，使所述辅助钢梁(1)的自重由支座承担，不增加预应力混凝土简支梁(2)承受的载荷。

7.根据权利要求6所述的预应力混凝土简支梁加固结构，其特征在于，所述支座为纵向活动球形钢支座。

8.根据权利要求6所述的预应力混凝土简支梁加固结构，其特征在于，所述辅助钢梁(1)与所述横梁(3)之间通过锚栓及两者施加预应力之后的摩擦力连接。

9.根据权利要求6所述的预应力混凝土简支梁加固结构，其特征在于，所述预应力束通过设置在所述横梁(3)和所述预应力混凝土简支梁(2)内的预应力管道(4)穿过所述横梁(3)和所述预应力混凝土简支梁(2)。

10.根据权利要求9所述的预应力混凝土简支梁加固结构，其特征在于，所述预应力管道(4)的数量为多根，多根所述预应力管道(4)设置为上下平行的若干排。

11.根据权利要求10所述的预应力混凝土简支梁加固结构，其特征在于，所述预应力管道(4)的数量为6根，呈3排设置，每排两根，其中一排位于所述辅助钢梁(1)的腹板的上部，另外两排位于所述辅助钢梁(1)的腹板的下部。