CN107119583A

CN107119583A - 一种双幅t型刚构桥背塔斜拉加固结构及其施工方法

Info

Publication number: CN107119583A
Application number: CN201710445612.5A
Authority: CN
Inventors: 薛兴伟; 周俊龙; 李宏男; 周鹏; 张敏江; 杨彦海; 张海; 李艳凤; 李希
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-09-01

Abstract

一种双幅T型刚构桥背塔斜拉加固结构，主塔位于桥墩处、两内腹板之间的塔基横梁上，塔基横梁中有预应力钢筋，主塔朝向边跨方向的倾斜角θ按公式计算，在主塔中跨方向、顺桥向的两内腹板之间有锚固梁，斜拉索的两端分别通过索孔，张拉后锚固在主塔和锚固梁上。用该加固结构加固双幅T型刚构桥仅需一套，经济性好，节省工期；配置预应力钢筋的塔基横梁可为主塔提供强度和抗裂性能良好的基础；按照计算公式限定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；主塔倾斜角按计算公式求得，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。

Description

一种双幅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，特别是一种双幅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的加固承台；以连续刚构桥顺桥向中心线对称设置的斜索塔，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)不能很好适应双幅T型刚构桥的加固：对于双幅T型刚构桥，单独一个双幅T型刚构桥的桥墩处就需要两套背塔斜拉加固结构，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，本发明的目的是针对双幅T型刚构桥提供一种结构简单小型化、成本低、施工快捷的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：

一种双幅T型刚构桥背塔斜拉加固结构，包括主塔和斜拉索；在双幅T型刚构桥的桥墩上方的T构主梁的两内腹板之间有塔基横梁，塔基横梁底部埋设有两端穿过内腹板的塑料波纹管，塑料波纹管内穿设有张拉后锚固于内腹板上的预应力钢筋；所述主塔位于塔基横梁的顶面中部，主塔朝向边跨方向倾斜，其倾斜角度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；

主塔上部有上下间隔设置的四个索孔a，四个索孔a与桥面的垂直距离分别为L/3、5L/12、L/2、7L/12，其中L为T构悬臂长度；在主塔中跨方向的两内腹板之间有间隔设置的四个锚固梁，四个锚固梁顺桥向与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；四个锚固梁中分别有索孔b；所述斜拉索的两端分别穿过相互对应的索孔a和索孔b，张拉后锚固在主塔和锚固梁上。

上述双幅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内腹板进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎钢筋，然后在内腹板上开设孔道，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，在塑料波纹管内穿预应力钢筋，将预应力钢筋张拉后锚固于内腹板上；

步骤二：在塔基横梁的顶面中部搭设模板、绑扎钢筋，浇筑混凝土形成主塔，并在主塔中预留索孔a；

步骤三：对设置锚固梁处的内腹板进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎钢筋，然后浇筑混凝土形成锚固梁，并在锚固梁中预留索孔b；

步骤四：将斜拉索两端分别穿过相互对应的的索孔a和索孔b，然后按以下公式计算出的张拉力F_p进行张拉

式中：

L为T构悬臂长度(m)，

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、用本发明加固双幅T型刚构桥仅需一套背塔斜拉加固结构，与传统技术相比较可省去一半工程量，经济性好，节省工期，解决了传统技术桥下施工(传统技术需在桥下设加固承台及桥下主塔等结构)难度大、施工周期长的问题。

2、在双幅T型刚构桥两幅之间设置塔基横梁，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、锚固梁设置在双幅T型刚构桥两幅之间，为斜拉索的锚固提供了构造措施，与现有技术中的托架相比，锚固梁结构小，重量轻，耗材少，经济性好，不会给斜拉索带来大的负担。

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；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，使主塔处于良好的受力状态。

6、本发明为双幅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，达到加固双幅T型刚构桥的目的。

附图说明

图1为本发明双幅T型刚构桥背塔斜拉加固结构的立面图，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—双幅T型刚构桥、2—塔基横梁、3—内腹板、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。

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，本实施例双幅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的顶部均出现了因抗弯承载能力不足引起裂缝，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，该双幅T型刚构桥1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)包括主塔6和斜拉索9；主塔6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，则其每米长的重量q_zt＝25×3×2＝150kN/m，主塔建在双幅T型刚构桥1的桥墩10上方的两内腹板3之间的塔基横梁2的顶面中部。塔基横梁2顺桥向长6m、横桥向宽10m(等于两内腹板3之间的净距)、高3m，塔基横梁的底部埋设有5道Φ90mm的塑料波纹管4，每道塑料波纹管内穿设有由14根Φ^s15.20-1x7型钢绞线构成的预应力钢筋5，预应力钢筋张拉后锚固于内腹板上。

主塔朝向边跨方向倾斜，根据计算公式，其倾斜角度

在主塔上部、距离桥面20m、25m、30m、35m处分别埋设有四个Φ273mm的索孔a7。在主塔中跨方向、顺桥向距离T构中心线20m、30m、40m、50m处的两内腹板之间设有四个顺桥向长4m、横桥向宽10m(等于两内腹板之间的净距)、高1m的锚固梁8，锚固梁中开设有Φ273mm的索孔b12。在相互对应的索孔a与索孔b之间分别穿250A-22型斜拉索9，斜拉索张拉后锚固在主塔和锚固梁上。

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内腹板进行表面凿毛、植筋后按塔基横梁设定的尺寸搭设模板、绑扎钢筋，同时在两个内腹板上各开设5个相互间隔40cm、直径94mm、距离塔基横梁底部50cm的孔道，将Φ90mm的塑料波纹管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，将其张拉后锚固于内腹板上。

步骤二：对设置主塔处的塔基横梁的顶面中部进行表面凿毛、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；同时在主塔中按设计的位置和设定的尺寸埋设4个索孔a。

步骤三：对设置锚固梁的内腹板进行表面凿毛、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4个锚固梁，并在锚固梁中按设定的尺寸预留索孔b。

步骤四：将斜拉索两端分别穿过相互对应的索孔a和索孔b后进行张拉，张拉力

斜拉索张拉完成后锚固于主塔和锚固梁上，结束施工。

Claims

1.一种双幅T型刚构桥背塔斜拉加固结构，包括主塔(6)和斜拉索(9)；其特征在于：在双幅T型刚构桥(1)的桥墩(10)上方的T构主梁(11)的两内腹板(3)之间有塔基横梁(2)，塔基横梁底部埋设有两端穿过内腹板的塑料波纹管(4)，塑料波纹管内穿设有张拉后锚固于内腹板上的预应力钢筋(5)；所述主塔位于塔基横梁的顶面中部，主塔朝向边跨方向倾斜，其倾斜角度θ按下式计算：

<mrow> <mi>&theta;</mi> <mo>=</mo> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>c</mi> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mo>&lsqb;</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>q</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <msup> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>4</mn> <mi>&Delta;</mi> <mi>M</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msqrt> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>q</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <msup> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>4</mn> <mi>&Delta;</mi> <mi>M</mi> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mfrac> <mn>180</mn> <mi>&pi;</mi> </mfrac> </mrow>

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；

主塔上部有上下间隔设置的四个索孔a(7)，四个索孔a与桥面的垂直距离分别为L/3、5L/12、L/2、7L/12，其中L为T构悬臂长度；在主塔中跨方向的两内腹板之间有间隔设置的四个锚固梁(8)，四个锚固梁顺桥向与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；四个锚固梁中分别有索孔b(12)；所述斜拉索(9)的两端分别穿过相互对应的索孔a和索孔b，张拉后锚固在主塔和锚固梁上。

2.权利要求1所述双幅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：

<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.6975</mn> <mi>&Delta;</mi> <mi>M</mi> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> </mrow>

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。