CN108103965A - 一种加固用预应力贝雷梁及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加固用预应力贝雷梁及其施工方法，该贝雷梁由贝雷片、加劲杆、螺栓、锚栓、预应力束以及锚具组成。贝雷梁各构件均在工厂预制，在现场装配、吊装；预应力束置于贝雷梁下弦杆内，并锚固于两端的加劲杆上。贝雷梁在预应力张拉过程中向两端滑移，并整体抬高，同时在下缘施加预压力，达到结构反拱、闭合裂缝以及减小下挠的作用；张拉完成后通过固定填充件以及密封钢板和压注凝固体进行封闭，使预应力束与贝雷梁形成一个整体共同受力，既减小预应力损失，又增强预应力束耐久性。该贝雷梁基于杠杆原理进行传力，充分利用贝雷梁和体外预应力的优点，通过装配式施工，拼装简便，工期短，无需中断交通，可广泛应用于混凝土结构加固领域。

Description

一种加固用预应力贝雷梁及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁及建筑结构加固领域，具体涉及一种加固用预应力贝雷梁及其施工方法。

背景技术

自改革开放以来，伴随着我国经济的快速发展，公共基础设施建设事业发展迅速，尤其是20世纪90年代以来国家对高等级公路的大力投入，使得我国的桥梁建设得到了大力发展，桥梁的数量急剧增加，其中绝大多数桥梁为混凝土结构。然而由于外部环境中有害物质的侵蚀、混凝土老化、开裂、设计施工的缺陷、使用功能的转变、超载以及设计标准的提高等原因，既有混凝土结构在服役期内出现承载力、刚度等不足，因此，为确保结构的安全以及正常使用，需要对既有结构进行维修加固。

目前，我国混凝土结构的常用加固方法有增大截面加固法、体外预应力加固法、粘钢加固法、粘贴纤维复合材料加固法等。增大截面加固法在会大幅增加结构的截面积和自重，施工过程复杂，施工周期长；粘钢以及粘贴纤维复合材料加固方法通过在结构表面粘贴钢板或纤维复合材料来提高结构的承载力，但是由于胶粘材料和工艺水平的限制，钢板和纤维复合材料易于剥离，耐久性较差；而体外预应力加固法可能导致混凝土结构局部开裂，且其施工过程比较复杂。因此，施工简便、耐久性好、施工周期短、无需中断交通以及结构尺寸和自重增加较小的高效加固方法的发展有广阔应用前景。

发明内容

针对现有技术的一些不足，本发明提出了一种加固用预应力贝雷梁及其施工方法。该加固方法集组合结构思想、装配式理念以及杠杆原理于一体，通过贝雷梁与预应力的组合来提高结构的刚度、承载力和耐久性，并能使加固结构产生反拱，减小下挠、闭合裂缝，增强结构的抗裂性能。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种加固用预应力贝雷梁，包括贝雷片、锚栓、两个加劲杆、螺栓、螺母、预应力束、张拉端锚具和固定端锚具；所述的贝雷片包括前端贝雷片、尾端贝雷片和中间贝雷片组，各贝雷片依次首尾相接，所述的前端贝雷片和尾端贝雷片分别安装于两端，所述的中间贝雷片组安装于前端贝雷片和尾端贝雷片之间，且数量为n对，其中n取自然数，每片贝雷片的上弦杆和下弦杆上均开有多个长条形滑动槽；所述的锚栓穿过长条形滑动槽并固定于待加固的结构上，所述的两个加劲杆分别设置于前端贝雷片和尾端贝雷片处，加劲杆的一端通过螺栓与贝雷片的上弦杆连接，锚栓穿过加劲杆中间位置并固定在待加固的结构上以作为加劲杆转动的支点，加劲杆的另一端设置有锚具，所述的预应力束穿过两个锚具，所述的螺母旋在锚栓上并在预应力束张拉完毕后旋紧以固定贝雷片的位置。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，所述的加劲杆在设置锚具的一端设有圆柱体，圆柱体沿横截面的直径方向开有贯穿圆柱体的长条形的预应力束槽，锚具通过预应力束的作用力贴在圆柱体的侧壁上，预应力束穿过圆柱体上的预应力束槽。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，所述的贝雷片的下弦杆底部设有一侧开口的用于容纳预应力束的预应力槽。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，还包括密封钢板和凝固体，所述的密封钢板的大小与预应力槽的开口相匹配，当预应力束张拉完成后，密封钢板再固定于预应力槽的开口上并使预应力槽成为管状结构，凝固体灌入成为管状结构的预应力槽内并凝固于内。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，所述的凝固体为水泥浆或结构胶。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，所述的待加固的结构两侧均分别安装贝雷梁，且两侧贝雷梁的位置为对称安装，锚栓穿过待加固的结构并用于固定两侧的贝雷梁。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，中间贝雷片组中处于中间位置的两片贝雷片在互相连接一侧的上弦杆和下弦杆上，沿预应力拉伸方向分别设有用于互相连接的阴头和阳头，所述的阴头和阳头重叠设置且分别开设位置重叠的长条形滑动槽以供锚栓穿过。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，除中间位置的两片贝雷片互相连接处之外，所述的贝雷片在互相连接一侧的上弦杆和下弦杆上，沿预应力拉伸方向分别设有用于互相连接的阴头和阳头，所述的阴头和阳头重叠设置且分别开设位置重叠的固定孔，螺栓穿过固定孔将相邻两个贝雷片固接。

所述的一种加固用预应力贝雷梁，还包括与上弦杆和下弦杆形状相同的填充件，所述的前端贝雷片和尾端贝雷片的下弦杆与加劲杆之间预留有空隙，在预应力束张拉完毕后，将填充件固定于前端贝雷片和尾端贝雷片的下弦杆与加劲杆之间，以及中间位置两块贝雷片的阴头和阳头之间拉伸出的空隙处。

一种加固用预应力贝雷梁的施工方法，采用所述的一种加固用预应力贝雷梁，包括以下步骤：

步骤一，在混凝土结构加固区域表面定位锚栓位置，钻孔并植入锚栓；

步骤二，将贝雷片以及加劲杆吊装至锚栓处挂装就位，并在锚栓上旋入螺母，且旋入螺母时应保证在预应力张拉过程中加劲杆能够转动、贝雷片能够向两端滑动；

步骤三，预应力束依次穿过一端加劲杆上的圆柱体、贝雷片下弦杆、另一端加劲杆上的圆柱体，采用张拉设备对预应力束进行张拉，张拉完成后，通过拧紧螺母来固定加劲杆和贝雷片，并通过张拉端、固定端锚具将预应力束锚固于加劲杆的圆柱体上；

步骤四，预应力张拉完成后，在前端贝雷片和尾端贝雷片的下弦杆与加劲杆之间、中间位置两块贝雷片的阴头和阳头之间固定填充件，使贝雷片与加劲杆成为一个固定整体，然后在预应力槽的开口上固定密封钢板，形成一个封闭的矩形钢管；

步骤五，往钢管内压注凝固体。

本发明的技术效果在于，预应力张拉过程中，加劲杆作为杠杆会绕着锚栓转动，将预应力传递给贝雷梁，带动贝雷梁向两端滑动，将预应力转为竖向力并通过锚栓传递给被加固结构，使结构产生反拱，减小下挠、闭合裂缝；预应力张拉完成后，固定填充件以及密封钢板，并压注凝固体，使贝雷梁与预应力束成为一个预应力钢管混凝土组合结构，既使二者整体受力，又减小预应力损失，同时起到保护预应力束的作用。该贝雷梁充分利用了贝雷梁和体外预应力的优点，受力简单明确，自重增加小，能够大幅提高加固结构的刚度、承载能力、抗裂性能以及耐久性能，同时贝雷梁位于结构的两侧进行加固，不会影响桥下净空。该加固方法基于杠杆原理进行传力，采用组合结构思想、装配式理念，施工简便，施工工期短，无需中断交通，既可对结构进行整体加固，又能对结构的某个区域进行局部加固，因此，可广泛应用于混凝土结构加固领域。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明专利中预应力张拉前的贝雷梁安装示意图；

图2为本发明专利中A-A剖面图；

图3为本发明专利中预应力张拉锚固完成示意图；

图4为本发明专利中预应力贝雷梁加固T梁的整体示意图；

图5为本发明专利中B-B剖面图；

图6为本发明专利中预应力贝雷梁各贝雷片示意图，(a)为Ⅰ号贝雷片构造图，(b)为Ⅱ号贝雷片构造图，(c)为Ⅲ号贝雷片构造图，(d)为Ⅳ号贝雷片构造图；

图7为本发明专利中C-C剖面图；

图8为本发明专利中D-D剖面图；

图9为本发明专利中加劲杆构造图；

图中：1、T梁，2、Ⅰ号贝雷片，3、Ⅱ号贝雷片，4、Ⅲ号贝雷片，5、Ⅳ号贝雷片，6、加劲杆，601、圆柱体，7、螺栓，8、第一锚栓，9、第二锚栓，10、第三锚栓，11、预应力束，12、固定端锚具，13、张拉端锚具，14、螺母，15、密封钢板，16、水泥浆，17、上弦杆，18、下弦杆，19、腹杆，20、阳头，21、阴头。

具体实施方式

参见图1～图9，本实施例的中间贝雷片组是采用了一对贝雷片，实际使用时可根据需要采用多对贝雷片作为中间贝雷片组。为便于进行说明，本实施例将前端贝雷片称为Ⅰ号贝雷片2，尾端贝雷片称为Ⅳ号贝雷片5，中间贝雷片组中靠近前端贝雷片的贝雷片称为Ⅱ号贝雷片3，另一块称为Ⅲ号贝雷片4。另外为了从名称上加以区别，将用于固定加劲杆的锚栓、用于固定各贝雷片的锚栓和用于连接中间两个贝雷片的锚栓分别称为第一锚栓8、第二锚栓9和第三锚栓10。

贝雷梁的各构件预先在工厂制作，在现场进行装配、吊装。在图1、图2中，贝雷梁通过螺栓在现场进行装配，并在需要加固的结构的两侧对称安装，本实施例采用的需要加固的结构是T梁，实际使用时也可用来加固、箱梁、矩形梁、板或墙等结构。其中Ⅰ号贝雷片2与Ⅱ号贝雷片3、Ⅲ号贝雷片4与Ⅳ号贝雷片5通过螺栓7连接，并用螺母14拧紧。Ⅱ号贝雷片的阳头、Ⅲ号贝雷片阴头则开有供第三锚栓穿过的长条形滑动槽，Ⅱ号贝雷片3与Ⅲ号贝雷片4通过第三锚栓10连接，第二锚栓9穿过各贝雷片上的长条形滑动槽并将其锚固于T梁1上。加劲杆6作为杠杆来传递预应力，上端开有供螺栓7穿过的螺孔，并通过螺栓7与Ⅰ号贝雷片2以及Ⅳ号贝雷片5的阴头21进行连接，第一锚栓8则通过加劲杆6中间的螺孔并将其锚固于T梁1上，在预应力张拉时第一锚栓8起到杠杆的支点作用，而下端为开有长条形滑动槽的圆柱体601。预应力束11依次穿过一端加劲杆6上的圆柱体601、贝雷片下弦杆18、另一端加劲杆6上的圆柱体601。在图3～图5中，采用千斤顶对预应力束11进行张拉，并通过固定端锚具12与张拉端锚具13锚固于加劲杆6下端的圆柱体601上，张拉端、锚固端锚具在预应力张拉过程中能沿着圆柱体601外壁移动，使得预应力束11保持直线线型。预应力张拉完成后，通过拧紧螺母14来固定贝雷梁，并将其锚固于T梁1上，然后在Ⅰ号和Ⅳ号贝雷片的下弦杆18与加劲杆6的圆柱体601之间、Ⅲ号贝雷片4的阴头21与Ⅱ号贝雷片3的弦杆之间通过焊接的形式来进行固定作为填充件的H型钢，在贝雷片下弦杆18的预应力槽的开口上焊接密封钢板15形成一个封闭的矩形钢管，最后往钢管内压注作为凝固体的水泥浆16，形成一个预应力钢管混凝土组合结构。

贝雷梁在预应力张拉过程中会沿着锚栓向两端滑动；张拉完成后，拧紧锚栓使贝雷梁锚固于被加固结构上，然后分别在Ⅰ号和Ⅳ号贝雷片的下弦杆与加劲杆的圆柱体之间、Ⅲ号贝雷片的阴头上焊接作为填充件的H型钢；预应力张拉时会带动加劲杆绕着第一锚栓转动，将预应力传递给贝雷梁，带动其向两端滑动，同时将预应力转化为竖向力，再通过锚栓传递给被加固结构。

贝雷梁包含的贝雷片数量为偶数片，且不小于4片，并沿着加固区域中心对称布置，贝雷片的具体数量和尺寸宜根据被加固结构的尺寸、加固区域的范围来确定。本实施例的贝雷片的采用H型钢代替槽钢作为上、下弦杆，以形成预应力束槽。

预应力束置于下弦杆内，在预应力张拉完成后，在H型钢下侧焊接密封钢板并预留注浆口，然后注入水泥浆或结构胶，形成一个预应力钢管混凝土组合结构，既使二者整体受力，提高构件刚度，又减小预应力损失，同时起到保护预应力束的作用。

张拉完成后的预应力束在加劲杆的圆柱体上实现自锚，不会导致混凝土构件局部开裂。

具体工作过程是：第一步，在工厂预先制作Ⅰ号贝雷片2、Ⅱ号贝雷片3、Ⅲ号贝雷片4、Ⅳ号贝雷片5、加劲杆6；第二步，在T梁1的加固区域表面定位锚栓位置，钻孔并植入锚栓；第三步，将预制的各贝雷片以及加劲杆6通过螺栓7在施工现场进行装配，采用吊装设备将其吊装就位，其中第一锚栓8穿过加劲杆6中间的螺孔并作为杠杆支点，第二锚栓9穿过各贝雷片上弦杆17、下弦杆18上的长条形滑动槽，第三锚栓10穿过Ⅱ号贝雷片3的阳头20、Ⅲ号贝雷片4阴头21，同时不要过于拧紧螺母14，应保证在预应力张拉过程中加劲杆6能够转动、贝雷片能够向两端滑动；第四步，穿预应力束11，采用千斤顶和锚具进行张拉锚固，预应力张拉时，加劲杆6绕着第一锚栓8转动，将预应力传递给贝雷梁，带动其向两端滑动，同时将预应力转化为竖向力，再通过锚栓传递给被加固结构，此时里的传力路径：锚具→加劲杆→第一锚栓、贝雷梁→第二、三锚栓→T梁；第五步，预应力张拉完成后，通过拧紧螺母14来固定贝雷梁，并将其锚固于T梁1上，然后焊接H型钢和密封钢板15，使贝雷梁下弦杆18的H型钢下侧形成一个封闭的矩形钢管；第六步，往钢管内压注水泥浆16或结构胶。

以上所述仅是对本发明进行说明，并非对本发明的技术方案进行限制，在不脱离本发明的原理之内进行的部分改进、替换等，均视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，包括贝雷片、锚栓、两个加劲杆、螺栓、螺母、预应力束、张拉端锚具和固定端锚具；所述的贝雷片包括前端贝雷片、尾端贝雷片和中间贝雷片组，各贝雷片依次首尾相接，所述的前端贝雷片和尾端贝雷片分别安装于两端，所述的中间贝雷片组安装于前端贝雷片和尾端贝雷片之间，且数量为n对，其中n取自然数，每片贝雷片的上弦杆和下弦杆上均开有多个长条形滑动槽；所述的锚栓穿过长条形滑动槽并固定于待加固的结构上，所述的两个加劲杆分别设置于前端贝雷片和尾端贝雷片处，加劲杆的一端通过螺栓与贝雷片的上弦杆连接，锚栓穿过加劲杆中间位置并固定在待加固的结构上以作为加劲杆转动的支点，加劲杆的另一端设置有锚具，所述的预应力束穿过两个锚具，所述的螺母旋在锚栓上并在预应力束张拉完毕后旋紧以固定贝雷片的位置。

2.根据权利要求1所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，所述的加劲杆在设置锚具的一端设有圆柱体，圆柱体沿横截面的直径方向开有贯穿圆柱体的长条形的预应力束槽，锚具通过预应力束的作用力贴在圆柱体的侧壁上，预应力束穿过圆柱体上的预应力束槽。

3.根据权利要求1所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，所述的贝雷片的下弦杆底部设有一侧开口的用于容纳预应力束的预应力槽。

4.根据权利要求3所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，还包括密封钢板和凝固体，所述的密封钢板的大小与预应力槽的开口相匹配，当预应力束张拉完成后，密封钢板再固定于预应力槽的开口上并使预应力槽成为管状结构，凝固体灌入成为管状结构的预应力槽内并凝固于内。

5.根据权利要求4所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，所述的凝固体为水泥浆或结构胶。

6.根据权利要求1所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，所述的待加固的结构两侧均分别安装贝雷梁，且两侧贝雷梁的位置为对称安装，锚栓穿过待加固的结构并用于固定两侧的贝雷梁。

7.根据权利要求1所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，中间贝雷片组中处于中间位置的两片贝雷片在互相连接一侧的上弦杆和下弦杆上，沿预应力拉伸方向分别设有用于互相连接的阴头和阳头，所述的阴头和阳头重叠设置且分别开设位置重叠的长条形滑动槽以供锚栓穿过。

8.根据权利要求1所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，除中间位置的两片贝雷片互相连接处之外，所述的贝雷片在互相连接一侧的上弦杆和下弦杆上，沿预应力拉伸方向分别设有用于互相连接的阴头和阳头，所述的阴头和阳头重叠设置且分别开设位置重叠的固定孔，螺栓穿过固定孔将相邻两个贝雷片固接。

9.根据权利要求7所述的一种加固用预应力贝雷梁，其特征在于，还包括与上弦杆和下弦杆形状相同的填充件，所述的前端贝雷片和尾端贝雷片的下弦杆与加劲杆之间预留有空隙，在预应力束张拉完毕后，将填充件固定于前端贝雷片和尾端贝雷片的下弦杆与加劲杆之间，以及中间位置两块贝雷片的阴头和阳头之间拉伸出的空隙处。

10.一种加固用预应力贝雷梁的施工方法，其特征在于，采用如权利要求1-9所述的一种加固用预应力贝雷梁，包括以下步骤：

步骤一，在混凝土结构加固区域表面定位锚栓位置，钻孔并植入锚栓；

步骤二，将贝雷片以及加劲杆吊装至锚栓处挂装就位，并在锚栓上旋入螺母，且旋入螺母时应保证在预应力张拉过程中加劲杆能够转动、贝雷片能够向两端滑动；

步骤三，预应力束依次穿过一端加劲杆上的圆柱体、贝雷片下弦杆、另一端加劲杆上的圆柱体，采用张拉设备对预应力束进行张拉，张拉完成后，通过拧紧螺母来固定加劲杆和贝雷片，并通过张拉端、固定端锚具将预应力束锚固于加劲杆的圆柱体上；

步骤四，预应力张拉完成后，在前端贝雷片和尾端贝雷片的下弦杆与加劲杆之间、中间位置两块贝雷片的阴头和阳头之间固定填充件，使贝雷片与加劲杆成为一个固定整体，然后在预应力槽的开口上固定密封钢板，形成一个封闭的矩形钢管；

步骤五，往钢管内压注凝固体。