CN107119582B - 一种t型刚构桥背塔斜拉加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种T型刚构桥背塔斜拉加固结构，在桥墩上方、T构主梁顶板下方的两腹板间有底部设有预应力钢筋的塔基横梁；向边跨方向倾斜的主塔设在塔基横梁处的顶板上表面；在主塔中跨方向顺桥向有间隔设置于两腹板之间的锚固梁；斜拉索通过主塔和锚固梁中的索孔张拉后锚固于主塔和锚固梁上。用该加固结构加固T型刚构桥仅需一个主塔及配套的斜拉索，经济性好，省工期；配置预应力钢筋的塔基横梁可为主塔提供可靠基础；按公式计算的张拉力张拉斜拉索可使T构中心线处T构主梁卸载的弯矩值恰好达到ΔM；按公式计算的主塔倾斜角可使主塔自重的水平分力在主塔底部产生的弯矩恰好与各斜拉索张拉力的水平分力在主塔底部产生的弯矩之和相平衡。

Description

一种T型刚构桥背塔斜拉加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程，特别是一种T型刚构桥背塔斜拉加固结构及其施工方法。

背景技术

大量的T型刚构桥在投入使用后，常出现一些病害，其中较为典型的病害是在T型刚构桥的T构(实际工程中，常将桥墩与T构主梁组成的结构称为T构)的桥墩上方的T构主梁的顶部因抗弯承载能力不足而产生裂缝。

针对这一技术问题，CN106012872A专利文献披露了一种连续刚构桥无背索斜拉加固体系，该加固体系包括在连续刚构桥桥墩原有承台两侧增设加固承台；以连续刚构桥顺桥向中心线对称设置斜索塔，斜索塔底部固定在加固承台上，顶部通过横梁相互连接；斜拉索托梁设于连续刚构桥箱梁下方；斜拉索托梁分两侧设置斜拉索，每侧斜拉索的一端与斜索塔固定，另一端与斜拉索托梁固定。

该加固方法应用于解决T型刚构桥的上述病害时，存在以下技术问题：

(1)斜索塔底部固定在加固承台上，加固承台在水中施工时，施工难度大、费用高；斜索由桥面以上和桥面以下两个部分构成，高度较高，对于高墩桥，其斜索塔工程量十分庞大。

(2)为使斜拉索能作用于主梁而设置的托梁布置于梁底，其长度需大于桥梁的宽度，一般桥梁的宽度有10多米，甚至20多米，导致托梁的结构十分庞大，耗费材料多，经济性不佳，同时过大的托梁自重给斜拉索带来相当大的负担。

(3)单独一个T型刚构桥的桥墩处需要两个主塔及配套的斜拉索，工程量十分庞大，对于全桥而言，则更甚。

(4)缺乏一套有效、完整的施工技术方案可供参考。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种结构简单小型化、成本低、施工快捷的T型刚构桥背塔斜拉加固结构及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种T型刚构桥背塔斜拉加固结构，在T型刚构桥的桥墩上方、T构主梁的顶板下方的两腹板之间设置有塔基横梁，塔基横梁底部有两端穿过腹板的塑料波纹管，塑料波纹管内有预应力钢筋，预应力钢筋的两端张拉后锚固在腹板上；在对应塔基横梁处的顶板的上表面设有向边跨方向倾斜的主塔，主塔中有上下间隔设置的四个索孔a，四个索孔a自下而上与桥面的距离分别为L/3、5L/12、L/2、7L/12，其中L为T构悬臂长度；在主塔的中跨方向、顺桥向有四个间隔设置于两腹板之间的锚固梁，四个锚固梁与T构中心线的距离分别为L/3、L/2、2L/3、5L/6，其中L为T构悬臂长度；四个锚固梁及其对应的顶板中分别有索孔b，在索孔a与其对应的索孔b之间有张拉后锚固于主塔和锚固梁上的斜拉索；

所述向边跨方向倾斜的主塔与水平方向的夹角θ按下式计算：

式中：

q_zt为主塔每米长的重量(kN/m)，

H_zt为主塔顶面至桥面间的竖直高度(m)，

ΔM为卸载弯矩(kN·m)，具体为加固时需要对T构中心线处T构主梁卸载的弯矩值。

上述T型刚构桥背塔斜拉加固结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：对设置塔基横梁处的腹板进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎塔基横梁钢筋，然后分别在两腹板上开设孔道，将塑料波纹管穿过孔道布置于塔基横梁的底部，然后采用混凝土浇筑形成塔基横梁，5～10天后，在塑料波纹管内穿设预应力钢筋，将预应力钢筋张拉后锚固于腹板上；

步骤二：对设置主塔处的顶板的上表面进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎钢筋，然后采用混凝土浇筑形成主塔；同时在主塔中预留索孔a；

步骤三：对设置锚固梁处的腹板进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎钢筋，然后浇筑混凝土形成锚固梁，在锚固梁中和对应顶板处开设索孔b；

步骤四：将斜拉索对应穿过索孔a和索孔b，然后按下式计算出的张拉力F_p进行张拉：

式中：

L为T构悬臂长度(m)，

ΔM为卸载弯矩(kN·m)，具体为加固时需要对T构中心线处T构主梁卸载的弯矩值；

斜拉索张拉后锚固于主塔和锚固梁上，结束施工。

本发明的有益效果是：

1、采用本发明对T型刚构桥进行加固，则单独一个桥墩处仅需要一个主塔及配套的斜拉索，且不需桥下施工，工程量大幅减小，经济性好，施工难度小，施工周期短。

2、在T型刚构桥两腹板之间设置塔基横梁，塔基横梁内配置预应力钢筋，可有效保证塔基横梁具有良好的强度和抗裂性能，为主塔提供了可靠基础。

3、锚固梁设置在T型刚构桥两腹板之间，为斜拉索的锚固提供了构造措施，与现有技术的托架相比，锚固梁结构小，克服了传统托架结构庞大(需布置于梁底，且其长度需大于桥梁的宽度，一般桥梁的宽度有10多米，甚至20多米)、耗费材料多、经济性差及过大托架的自重给斜拉索带来负担大的技术缺陷。

4、按照限定的位置布设锚固梁和主塔中的索孔a，并按照计算公式限定的张拉力对每根斜拉索进行张拉，可使T构中心线处T构主梁卸载的弯矩值恰好达到卸载弯矩ΔM；每根斜拉索均采用相同的张拉力F_p进行张拉，方便施工，斜拉索的选型也十分方便；在加固设计得出卸载弯矩ΔM后，按照本发明计算公式，可快速计算出张拉力F_p。

5、按照限定的位置布设锚固梁和主塔中的索孔a，并按照张拉力计算公式对每根斜拉索进行张拉，同时使主塔朝向边跨方向倾斜，倾斜角度按限定的计算公式求得，可使主塔自重的水平分力在主塔底部产生的弯矩恰好与各根斜拉索张拉力的水平分力在主塔底部产生的弯矩之和相平衡，使主塔处于良好受力状态。

6、本发明为T型刚构桥的加固提供了一套完整、有效、独特的施工方案，可实现对T构中心线处T构主梁弯矩的卸载，达到加固T型刚构桥的目的。

附图说明

图1为本发明T型刚构桥背塔斜拉加固结构实施例的立面图，其中ZXX表示T构中心线、ZK表示中跨方向、BK表示边跨方向；

图2为图1中A-A的剖视图；

图中：1—T型刚构桥、2—塔基横梁、3—腹板、4—塑料波纹管、5—预应力钢筋、6—主塔、7—索孔a、8—锚固梁、9—斜拉索、10—桥墩、11—T构主梁、12—索孔b、13—顶板。

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。

结合图1，本实施例T型刚构桥1的桥梁组合为(80+150+80)m，T构悬臂长度L＝60m，在前部桥墩10和后部桥墩(未图示)上方的T构主梁11的顶部均出现因抗弯承载能力不足引起的裂缝，裂缝的最大宽度为0.36mm。采用本发明进行加固，加固时需要对T构中心线处T构主梁卸载的弯矩值为60700kN·m，即卸载弯矩ΔM＝60700kN·m。

结合图1和图2，该T型刚构桥的背塔斜拉加固结构(图1只给出对应前部桥墩的加固结构，对应后部桥墩的加固结构与其相同，未图示)为：在T型刚构桥1的桥墩10上方、T构主梁11的顶板13下方的两腹板3之间设置有塔基横梁2，塔基横梁顺桥向长6m、横桥向宽10m(等于两腹板3之间的净距)、高3m；塔基横梁底部有5道两端穿过腹板的Φ90mm的塑料波纹管4，每道塑料波纹管内有14根由Φ^s15.20-1x7型钢绞线构成的预应力钢筋5，预应力钢筋的两端张拉后锚固在腹板上；在对应塔基横梁处的顶板的上表面设置有向边跨方向倾斜的主塔6，主塔顺桥向长度为3m、横桥向宽度为2m、主塔顶面至桥面间的竖直高度H_zt＝40m，采用C50混凝土(其容重按25kN/m³计算)浇筑，则主塔每米长的重量q_zt＝25×3×2＝150kN/m，主塔中有上下间隔设置的四个Φ273mm索孔a7；在主塔的中跨方向、顺桥向有间隔设置于两腹板之间的四个锚固梁8，锚固梁顺桥向长4m、横桥向宽10m(等于两腹板之间的净距)、高1m，锚固梁中和其对应的顶板中有Φ273mm的索孔b12，在索孔a与索孔b之间有张拉后锚固于主塔和锚固梁上的250A-22型斜拉索9。

主塔与水平方向的夹角θ为：

主塔中的四个索孔a自下而上与桥面的距离分别为20m、25m、30m、35m。

四个锚固梁距T构中心线的距离分别为20m、30m、40m、50m。

本实施例背塔斜拉加固结构的施工按以下步骤进行：

步骤一：对设置塔基横梁处的腹板进行表面凿毛、植筋后按塔基横梁设定的尺寸搭设模板、绑扎钢筋，在两腹板上各开设5个相互间隔40cm、直径94mm、距离塔基横梁底部50cm的孔道，分别将Φ90mm塑料波纹管的两端穿过孔道置于塔基横梁的底部，然后采用C50混凝土浇筑形成塔基横梁，7天后，在塑料波纹管内穿设预应力钢筋，将其张拉后锚固在腹板上。

步骤二：对设置主塔处的顶板的上表面进行表面凿毛、植筋后按主塔设定的尺寸搭设模板、绑扎钢筋，然后采用C50混凝土浇筑形成主塔；同时在主塔中按设定的位置和设定的尺寸预留4个索孔a。

步骤三：对设置锚固梁处的腹板进行表面凿毛、植筋后按锚固梁设定的尺寸搭设模板，绑扎钢筋，然后浇筑C50混凝土形成个锚固梁；在锚固梁中和对应顶板处按设定的尺寸开设索孔b；

步骤四：将斜拉索对应穿过索孔a和索孔b后进行张拉，张拉力

张拉完成后将斜拉索锚固于主塔和锚固梁上，施工结束。

Claims (2)

1.一种T型刚构桥背塔斜拉加固结构，其特征在于：在T型刚构桥(1)的桥墩(10)上方、T构主梁(11)的顶板(13)下方的两腹板(3)之间设置有塔基横梁(2)，塔基横梁底部有两端穿过腹板的塑料波纹管(4)，塑料波纹管内有预应力钢筋(5)，预应力钢筋的两端张拉后锚固在腹板上；在对应塔基横梁处的顶板的上表面设有向边跨方向倾斜的主塔(6)，主塔中有上下间隔设置的四个索孔a(7)，四个索孔a自下而上与桥面的距离分别为L/3、5L/12、L/2、7L/12，其中L为T构悬臂长度；在主塔的中跨方向、顺桥向有四个间隔设置于两腹板之间的锚固梁(8)，四个锚固梁与T构中心线的距离分别为L/3、L/2、2L/3、5L/6，其中L为T构悬臂长度；四个锚固梁及其对应的顶板中分别有索孔b(12)，在索孔a与其对应的索孔b之间有张拉后锚固于主塔和锚固梁上的斜拉索(9)；

所述向边跨方向倾斜的主塔与水平方向的夹角θ按下式计算：

式中：

q_zt为主塔每米长的重量，

H_zt为主塔顶面至桥面间的竖直高度，

ΔM为卸载弯矩。

2.权利要求1所述T型刚构桥背塔斜拉加固结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：对设置塔基横梁处的腹板进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎塔基横梁钢筋，然后分别在两腹板上开设孔道，将塑料波纹管穿过孔道布置于塔基横梁的底部，然后采用混凝土浇筑形成塔基横梁，5～10天后，在塑料波纹管内穿设预应力钢筋，将预应力钢筋张拉后锚固于腹板上；

步骤二：对设置主塔处的顶板的上表面进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎钢筋，然后采用混凝土浇筑形成主塔；同时在主塔中预留索孔a；

步骤三：对设置锚固梁处的腹板进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎钢筋，然后浇筑混凝土形成锚固梁，在锚固梁中和对应顶板处开设索孔b；

步骤四：将斜拉索对应穿过索孔a和索孔b，然后按下式计算出的张拉力F_p进行张拉：

式中：

L为T构悬臂长度，

ΔM为卸载弯矩；

斜拉索张拉后锚固于主塔和锚固梁上，结束施工。

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