CN107386133B - 一种连续刚构桥的斜拉加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种连续刚构桥的斜拉加固结构及其施工方法，斜拉加固结构包括设置于连续刚构桥的桥墩上方、顶板下方、两腹板之间的塔基横梁，塔基横梁底部埋设有塑料波纹管，塑料波纹管内穿设有预应力钢筋，预应力钢筋的两端张拉后锚固于腹板上；塔基横梁上方、顶板上表面设有竖直的主塔，主塔内埋设有索鞍；在主塔的两侧顶板下方、两腹板之间、顺桥向间隔对称设有锚固梁，锚固梁中和对应顶板处开设有索孔；索鞍和对应的索孔之间穿设有第一斜拉索、第二斜拉索、第三斜拉索及第四斜拉索，第一斜拉索、第二斜拉索、第三斜拉索及第四斜拉索张拉后锚固于锚固梁上，本发明塔基横梁具有足够刚度、强度及抗裂性能，且大大降低了施工难度并减少施工周期。

Description

一种连续刚构桥的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，具体涉及一种连续刚构桥的斜拉加固结构及其施工方法。

背景技术：

大量的连续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连续刚构桥的边跨和/或中跨的跨中下挠过大。

目前这类桥梁可借鉴的加固方法，如中国专利CN102286938A所披露，在原基础两侧各增加2根与原桩基构造相同的新桩基，上部桩径为2.4m，下部桩径为2.0m，与原承台连接的是采用植筋及环向预应力措施的新承台，新承台上为索塔，索塔桥面以上部分高19米，连续墩处桥塔采用预应力混凝土结构，塔身设置竖向预应力，刚构墩处桥塔采用普通混凝土结构，托架为全焊箱形变截面钢托梁，在原混凝土主梁底面植筋锚固钢托架，并通过高强螺栓固定钢托梁，斜拉索采用1×7-15.20-1860预应力钢铰线。

将该加固方法应用于解决连续刚构桥上述病害时，存在以下技术问题：

(1)塔高、桩径规定过细，难以适应不同跨径，病害程度不同的连续刚构桥；

(2)需要增设桩基、承台及墩柱后才能架立桥塔，桩基、承台及墩柱的施工周期长、难度大，尤其是在水中施工、桥墩较高时，费用更高，难度更大；

(3)托梁需要布置于梁底，且宽度要大于梁宽，一般桥梁宽度为10多米，甚至20多米，托梁的结构将十分庞大，十分耗费材料，经济性也差，同时托梁过大的自重给斜拉索带来了相当大的负担；

(4)对于连续刚构桥，单独一个桥墩处就需要新增4根桩基、2个承台、2个墩柱、2个桥塔，工程量将十分庞大，就全桥而言，则是更甚。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种经济、施工快捷的连续刚构桥的斜拉加固结构及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种连续刚构桥的斜拉加固结构，包括设置于连续刚构桥的桥墩上方、顶板下方、两腹板之间的塔基横梁，所述塔基横梁底部埋设有塑料波纹管，所述塑料波纹管内穿设有预应力钢筋，所述预应力钢筋的两端张拉后锚固于腹板上；所述塔基横梁上方、顶板上表面设有竖直的主塔，所述主塔内埋设有索鞍，所述索鞍分别距离桥面L/6、5L/24、L/4、7L/24，其中L为连续刚构桥的中跨跨径；在主塔的两侧顶板下方、两腹板之间、顺桥向间隔对称设有锚固梁，所述锚固梁分别距离桥墩中心线L/6、L/4、L/3、5L/12，所述锚固梁中和对应顶板处开设有索孔；所述索鞍和对应的索孔之间穿设有第一斜拉索、第二斜拉索、第三斜拉索及第四斜拉索，所述第一斜拉索、所述第二斜拉索、所述第三斜拉索及所述第四斜拉索张拉后锚固于所述锚固梁上；

所述塔基横梁顺桥向的长度等于L₀，塔基横梁横桥向的宽度等于D_b，塔基横梁的高度h_TJ为：

其中：h_TJ为塔基横梁的高度(m)，

roundup[number，Num_digits]，number为需要向上舍入的任意实数，Num_digits舍入后的数字的小数位数，

E_c为塔基横梁混凝土的弹性模量(MPa)，

L₀为主梁零号块的长度(m)，

D_b为两腹板之间的净距(m)，

F_m为设计计算中汽车荷载作用于主塔的最大竖向力(kN)，

G为设计需要增设的主塔的自重(kN)，

F₁为设计需要对第一斜拉索施加的拉力(kN)，

F₂为设计需要对第二斜拉索施加的拉力(kN)，

F₃为设计需要对第三斜拉索施加的拉力(kN)，

F₄为设计需要对第四斜拉索施加的拉力(kN)；

单道所述塑料波纹管中预应力钢筋的根数n为：

其中：n为单道塑料波纹管中预应力钢筋的根数，

roundup[number，Num_digits]，number为需要向上舍入的任意实数，Num_digits舍入后的数字的小数位数，

σ_con为预应力钢筋的张拉控制应力(MPa)，

A_P1为单根预应力钢筋的截面面积(mm²)，

a_P为预应力钢筋重心至塔基横梁底面的距离(mm)，

N_PS为塑料波纹管的道数，

h_TJ为塔基横梁的高度(m)，

D_b为两腹板之间的净距(m)，

F_m为设计计算中汽车荷载作用于主塔的最大竖向力(kN)，

G为设计需要增设的主塔的自重(kN)，

F₁为设计需要对第一斜拉索施加的拉力(kN)，

F₂为设计需要对第二斜拉索施加的拉力(kN)，

F₃为设计需要对第三斜拉索施加的拉力(kN)，

F₄为设计需要对第四斜拉索施加的拉力(kN)；

一种基于上述连续刚构桥的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，绑扎钢筋，然后在腹板上开设孔洞，将塑料波纹管穿过孔洞，然后采用混凝土浇筑形成塔基横梁；

步骤二：第n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，其中5≤n≤10；

步骤三：在设置主塔处的顶板的上表面搭设模板，绑扎钢筋，并浇筑混凝土形成主塔，并在主塔内预埋索鞍；

步骤四：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，浇筑混凝土形成锚固梁，并在锚固梁中和对应顶板处开设索孔；

步骤五：将第一斜拉索、第二斜拉索、第三斜拉索及第四斜拉索对应穿过索孔和索鞍，张拉完成后锚固于锚固梁上，完成施工。

本发明的有益效果是：

1、根据本发明技术方案限定塔基横梁尺寸(塔基横梁顺桥向的长度等于主梁零号块的长度L₀、塔基横梁横桥向的宽度等于两内腹板之间的净距D_b、塔基横梁的高度)，可有效保证塔基横梁在设计计算中汽车荷载作用于主塔的最大竖向力F_m、设计需要增设的主塔的自重G及斜拉索的拉力(包括：设计需要对第一斜拉索施加的拉力F₁、设计需要对第二斜拉索施加的拉力F₂、设计需要对第三斜拉索施加的拉力F₃及设计需要对第四斜拉索施加的拉力F₄等斜拉索的拉力)等荷载的作用下，其竖向最大位移不超过D_b/800，使塔基横梁具有足够刚度。

2、根据本发明的技术方案，在塔基横梁内配置的塑料波纹管的道数等于N_PS、预应力钢筋重心至塔基横梁底面的距离等于a_P，单道塑料波纹管中预应力钢筋的根数可恰好抵消设计计算中汽车荷载作用于主塔的最大竖向力F_m、设计需要增设的主塔的自重G及斜拉索的拉力(包括：设计需要对第一斜拉索施加的拉力F₁、设计需要对第二斜拉索施加的拉力F₂、设计需要对第三斜拉索施加的拉力F₃及设计需要对第四斜拉索施加的拉力F₄等斜拉索的拉力)等荷载在塔基横梁下缘产生的拉应力，有效保证塔基横梁具有足够的强度和良好的抗裂性能。

3、通过在塔基横梁之上设置主塔，可有效避免传统技术需要增设桩基、承台及墩柱后才能架立桥塔且工程量庞大的技术缺陷，避免了桥下施工(施工桩基、承台及墩柱)，可大大降低施工难度并减少施工周期。

4、通过在连续刚构桥顶板下方、两腹板之间设置锚固梁，为斜拉索在连续刚构桥上的锚固、托起连续刚构桥提供了构造措施；克服了传统技术托架置于梁底且必须宽出整个桥梁宽度、结构庞大，耗费材料、经济性差、同时托架过大的自重给斜拉索带来了相当大的负担等技术缺陷。

5、本发明先在连续刚构桥桥墩上方、顶板下方、沿顺桥向、两腹板之间设置塔基横梁，然后在塔基横梁上方、顶板上表面架设主塔，并在主塔两侧、顶板下方、两腹板之间、间隔对称设置锚固梁，最后将斜拉索穿过对应的索鞍和索孔后张拉，并锚固于锚固梁上，形成了一套完整、有效、独特的施工技术方案，有效解决了连续刚构桥的边跨和/或中跨的跨中下挠过大的病害。

附图说明：

图1为本发明连续刚构桥的斜拉加固结构的立面图，其中ZXX为桥墩中心线；

图2为图1中A-A的剖视图；

图中，1-连续刚构桥，2-塔基横梁，3-腹板，4-塑料波纹管，5-预应力钢筋，6-主塔，7-索鞍，8-锚固梁，9-斜拉索，9a-第一斜拉索，9b-第二斜拉索，9c-第三斜拉索，9d-第四斜拉索，10-桥墩，11-索孔，12-顶板。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1及图2所示，待加固连续刚构桥1的桥梁组合为(135+240+135)m，该桥中跨跨径L＝240m，主梁零号块的长度L₀＝10m，两腹板3之间的净距D_b＝8.5m；该桥中跨的跨中下挠达16.3cm。

本发明提供一种连续刚构桥1的斜拉加固结构，包括设置于桥墩10上方、顶板12下方、两腹板3之间的塔基横梁2，塔基横梁2采用C50混凝土浇筑而成，其弹性模量E_c＝3.45×10⁴MPa；塔基横梁2底部距离塔基横梁2底面120mm(即a_p＝120mm)的位置处埋设有25道(即N_PS＝25)间距40cm、直径为Φ100mm的塑料波纹管4；塑料波纹管4内穿设有预应力钢筋5，预应力钢筋5的两端张拉后锚固于内腹板3上；塔基横梁2上方、顶板12上表面设有竖直的主塔6，主塔6高75m，顺桥向的长度为4m，横桥向的宽度为2m，采用C50混凝土浇筑而成，其弹性模量E_c＝3.45×10⁴MPa，其容重γ＝26kN/m³；主塔6内预埋有分别距离桥面40m、50m、60m、70m的4个索鞍7；在主塔6的两侧、沿顺桥向、顶板12下方、两腹板3之间、间隔对称设有顺桥向长2m、横桥向宽8.5m(等于两内腹板3之间的净距D_b)、高0.8m的锚固梁8，锚固梁8分别距离桥墩中心线40m、60m、80m、100m，且锚固梁8中和对应顶板12处开设有用于穿设斜拉索9、直径为Φ120mm的索孔11；索鞍7与对应的索孔11之间穿设有第一斜拉索9a、第二斜拉索9b、第三斜拉索9c及第四斜拉索9d，斜拉索9张拉后锚固于锚固梁8上。

根据设计要求计算得：

(1)设计需要对第一斜拉索9a施加拉力F₁＝2000kN，

(2)设计需要对第二斜拉索9b施加拉力F₂＝1750kN，

(3)设计需要对第三斜拉索9c施加拉力F₃＝1500kN，

(4)设计需要对第四斜拉索9d施加拉力F₄＝1250kN，

(5)设计计算中汽车荷载作用于主塔6的最大竖向力F_m＝10800kN，

(6)设计需要增设的主塔6的自重G＝26×75×4×2＝15600kN；

所述塔基横梁2顺桥向的长度等于主梁零号块的长度L₀＝10m，塔基横梁2横桥向的宽度等于两内腹板3之间的净距D_b＝8.5m，则塔基横梁2的高度h_TJ为：

所述预应力钢筋5采用公称直径15.20mm、1×7标准型钢绞线，张拉控制应力σ_con＝1395MPa，单根预应力钢筋5的截面面积A_P1＝140mm²，则单道塑料波纹管4中预应力钢筋5的根数n为：

采用本发明的施工方法对上述桥梁进行加固，主要施工步骤为：

步骤一：对设置塔基横梁2处的腹板3进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎塔基横梁2钢筋，然后在腹板3上开设25个间距40cm、直径为Φ104mm的孔洞，将塑料波纹管4穿过孔洞，然后采用C50混凝土浇筑形成顺桥向长10m，横桥向宽8.5m，高度1.1m的塔基横梁2。

步骤二：7天后，在塑料波纹管4内穿设预应力钢筋5，单道塑料波纹管4中穿设22根预应力钢筋5，将预应力钢筋5张拉后锚固于内腹板3上。

步骤三：在设置主塔6处的顶板12的上表面搭设模板，绑扎钢筋，并浇筑C50混凝土形成主塔6，并在主塔6内预埋索鞍7。

步骤四：对设置锚固梁8处的腹板3进行表面凿毛、植筋后搭设模板，绑扎锚固梁8钢筋，浇筑C50混凝土形成锚固梁8，并在锚固梁8中和对应顶板12处开设索孔11。

步骤五：将第一斜拉索9a、第二斜拉索9b、第三斜拉索9c及第四斜拉索9d对应穿过索孔11和索鞍7，张拉完成后锚固于锚固梁8上，完成施工。

Claims (2)

1.一种连续刚构桥的斜拉加固结构，其特征在于，包括：设置于连续刚构桥的桥墩上方、顶板下方、两腹板之间的塔基横梁，所述塔基横梁底部埋设有塑料波纹管，所述塑料波纹管内穿设有预应力钢筋，所述预应力钢筋的两端张拉后锚固于腹板上；所述塔基横梁上方、顶板上表面设有竖直的主塔，所述主塔内埋设有索鞍，所述索鞍分别距离桥面L/6、5L/24、L/4、7L/24，其中L为连续刚构桥的中跨跨径；在主塔的两侧顶板下方、两腹板之间、顺桥向间隔对称设有锚固梁，所述锚固梁分别距离桥墩中心线L/6、L/4、L/3、5L/12，所述锚固梁中和对应顶板处开设有索孔；所述索鞍和对应的索孔之间穿设有第一斜拉索、第二斜拉索、第三斜拉索及第四斜拉索，所述第一斜拉索、所述第二斜拉索、所述第三斜拉索及所述第四斜拉索张拉后锚固于所述锚固梁上；

所述塔基横梁顺桥向的长度等于L₀，塔基横梁横桥向的宽度等于D_b，塔基横梁的高度h_TJ为：

其中：h_TJ为塔基横梁的高度，

roundup[number，Num_digits]，number为需要向上舍入的任意实数，Num_digits舍入后的数字的小数位数，

E_c为塔基横梁混凝土的弹性模量，

L₀为主梁零号块的长度，

D_b为两腹板之间的净距，

F_m为设计计算中汽车荷载作用于主塔的最大竖向力，

G为设计需要增设的主塔的自重，

F₁为设计需要对第一斜拉索施加的拉力，

F₂为设计需要对第二斜拉索施加的拉力，

F₃为设计需要对第三斜拉索施加的拉力，

F₄为设计需要对第四斜拉索施加的拉力，

单道所述塑料波纹管中预应力钢筋的根数n为：

其中：n为单道塑料波纹管中预应力钢筋的根数，

roundup[number，Num_digits]，number为需要向上舍入的任意实数，Num_digits舍入后的数字的小数位数，

σ_con为预应力钢筋的张拉控制应力，

A_P1为单根预应力钢筋的截面面积，

a_P为预应力钢筋重心至塔基横梁底面的距离，

N_PS为塑料波纹管的道数，

h_TJ为塔基横梁的高度，

D_b为两腹板之间的净距，

F_m为设计计算中汽车荷载作用于主塔的最大竖向力，

G为设计需要增设的主塔的自重，

F₁为设计需要对第一斜拉索施加的拉力，

F₂为设计需要对第二斜拉索施加的拉力，

F₃为设计需要对第三斜拉索施加的拉力，

F₄为设计需要对第四斜拉索施加的拉力。

2.一种基于权利要求1所述的连续刚构桥的斜拉加固结构的施工方法，其特征在于，包括：

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，绑扎钢筋，然后在腹板上开设孔洞，将塑料波纹管穿过孔洞，然后采用混凝土浇筑形成塔基横梁；

步骤二：第n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，其中5≤n≤10；

步骤三：在设置主塔处的顶板的上表面搭设模板，绑扎钢筋，并浇筑混凝土形成主塔，并在主塔内预埋索鞍；

步骤四：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，浇筑混凝土形成锚固梁，并在锚固梁中和对应顶板处开设索孔；

步骤五：将第一斜拉索、第二斜拉索、第三斜拉索及第四斜拉索对应穿过索孔和索鞍，张拉完成后锚固于锚固梁上，完成施工。