CN108149591A - 基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，主要包括两个竖向千斤顶、一个横向千斤顶和滚动装置。据此，发明人还建立了相应纠偏方法，通过安装在盖梁顶面和主梁底面之间的两个竖向千斤顶的摩擦力与盖梁顶或主梁底接触面的静摩擦力，和滚动钢球与滚动装置底板、滚动装置垫板的滚动摩擦力平衡横向千斤顶的水平推力，从而实现对桥梁上部结构的纠偏。应用本发明可实现无需专门施工的反力装置即可对桥梁上部结构进行纠偏，大大节约了工程造价，而且实施简单，纠偏效率高，可广泛应用于桥梁上部结构纠偏。

Description

基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置及方法

技术领域

本发明属于桥梁维修改造技术领域，尤其涉及一种基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置及方法。

背景技术

二十一世纪以来我国经济进入了飞速发展的阶段，其中路桥建设作为经济硬实力也取得了长足的发展，但是发展总是与问题共存，在交通量剧增、自然灾害、人为因素等的影响下，大量中小跨径桥梁不同程度的出现了梁体偏移等病害。梁体发生偏移现象是一种非常常见的病害，其特点是难以规避和纠正，原因主要在于影响梁体偏移的因素很多，且围绕桥梁全寿命周期反复出现。综合考虑可将其归结为三大类，即：施工前引发原因、施工中引发原因和施工后引发原因。施工前的原因是指设计阶段中出现的一些问题，即选线、支座等设计不合理；施工中的原因主要由施工误差或施工方法的错误造成；施工后的原因是造成梁体偏移的主要原因，主要包括环境(温差等)、交通量(超载及大车流量等)以及偶然事件(船舶撞击、滑坡或地震等)带来的不利因素。

桥梁纠偏技术是经济、高效解决中小跨径桥梁偏位问题的重要技术手段之一。与其他桥梁改造方法相比，桥梁纠偏技术具有改造成本低、施工周期短、资源利用率高等优点，具有良好的社会和经济效益。目前，桥梁纠偏技术以千斤顶的顶升、平移为主流，竖向顶升时可利用原桥盖梁或在承台上设置支撑系统作为反力装置；但平移顶推时，缺乏可现成利用的支撑点，通常需要专门施工的反力架或反力台，待顶推就位后再对施工的反力架或反力台进行拆除，如此加大了桥梁改造成本，影响了桥梁改造效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、纠偏效率高的基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置及方法，以实现无需施工反力装置即可对桥梁上部结构进行纠偏。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，主要包括两个竖向千斤顶、一个横向千斤顶和滚动装置；滚动装置由滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板组成；横向千斤顶两端分别抵靠两个竖向千斤顶，竖向千斤顶的活塞杆顶端上从下到上依次设置滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板。

两个竖向千斤顶上安装有位移传感器。

两个竖向千斤顶一个朝上一个朝下，呈相对倒置状态。

横向千斤顶置于千斤顶支撑架上，横向千斤顶两端通过特制钢垫板分别垂直抵靠两个竖向千斤顶的主体。

千斤顶支撑架是采用钢筋和钢板焊接而成的三脚架，钢筋作为三脚架的支撑脚，钢板作为三脚架的承台，承台与横向千斤顶接触面制成圆弧形。

特制钢垫板与竖向千斤顶的接触面制成圆弧形，特制钢垫板与横向千斤顶的接触面为平面。

滚动装置底板采用硬钢圆形板，在硬钢圆形板上预留滚动钢球的滚动孔；滚动装置垫板为矩形钢板；或者滚动装置底板和滚动装置垫板上预留滚动钢球的滚动槽。

利用上述装置的桥梁上部结构纠偏方法，通过安装在盖梁顶面和主梁底面之间的两个竖向千斤顶的摩擦力与盖梁顶或主梁底接触面的静摩擦力，和滚动钢球与滚动装置底板、滚动装置垫板的滚动摩擦力平衡横向千斤顶的水平推力，从而实现对桥梁上部结构的纠偏。

上述桥梁上部结构纠偏方法，按以下步骤进行操作：

<1>在盖梁顶面放置第一竖向千斤顶，在第一竖向千斤顶的活塞杆顶端上放置滚动装置底板，在滚动装置底板上放入滚动钢球，在滚动钢球上放置滚动装置垫板，对第一竖向千斤顶的底座与盖梁顶接触面以及滚动装置垫板与主梁底接触面进行调平处理；

<2>在盖梁顶面放置滚动装置垫板，在滚动装置垫板上放置滚动钢球，在滚动钢球上放置滚动装置底板，在滚动装置底板与主梁底面之间倒置第二竖向千斤顶，使得第二竖向千斤顶的底座顶撑主梁底面，第二竖向千斤顶的活塞杆顶端抵撑滚动装置底板，对第二竖向千斤顶的底座与主梁底接触面以及滚动装置垫板与盖梁顶接触面进行调平处理；

<3>启动两个竖向千斤顶，当两个竖向千斤顶达到受力要求时，同步顶升两个竖向千斤顶直至主梁与原支座完全分离；

<4>将横向千斤顶置于千斤顶支撑架上，使横向千斤顶两端分别垂直抵靠两个竖向千斤顶的主体，横向千斤顶与竖向千斤顶抵靠接触面放置特制钢垫板；

<6>在两个竖向千斤顶上分别安装位移传感器；

<6>启动横向千斤顶通过滚动钢球滚动推动主梁，对桥梁上部结构进行纠偏；启动横向千斤顶前在盖梁挡块与主梁之间填充橡胶垫块，做好限位措施；

<7>桥梁上部结构复位后，卸去横向千斤顶力值，同步卸去两个竖向千斤顶的力，落梁后完成纠偏工程。

针对现有以千斤顶为主的桥梁纠偏技术存在的问题，发明人设计并制作了一种基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，主要包括两个竖向千斤顶、一个横向千斤顶和滚动装置；滚动装置由滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板组成；横向千斤顶两端分别抵靠两个竖向千斤顶，竖向千斤顶的活塞杆顶端上从下到上依次设置滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板。据此，发明人还建立了相应纠偏方法，通过安装在盖梁顶面和主梁底面之间的两个竖向千斤顶的摩擦力与盖梁顶或主梁底接触面的静摩擦力，和滚动钢球与滚动装置底板、滚动装置垫板的滚动摩擦力平衡横向千斤顶的水平推力，从而实现对桥梁上部结构的纠偏。应用本发明可实现无需专门施工的反力装置即可对桥梁上部结构进行纠偏，大大节约了工程造价，而且实施简单，纠偏效率高，可广泛应用于桥梁上部结构纠偏。

附图说明

图1是本发明基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置及方法(滚动孔方式)的示意图。

图2是应用本发明进行桥梁上部结构单向纠偏的装置布置平面示意图。

图3是应用本发明进行桥梁上部结构双向纠偏的装置布置平面示意图。

图4是本发明基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置中滚动装置底板的结构示意图。

图5是本发明基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置及方法(滚动槽方式)的示意图。

图中：1第一竖向千斤顶，2第二竖向千斤顶，3横向千斤顶，4千斤顶支撑架，5滚动装置底板，6滚动装置垫板，7滚动钢球，8特制钢垫板，9位移传感器，10主梁底面，11盖梁顶面，12第三竖向千斤顶，13第一横向千斤顶，14第二横向千斤顶，15滚动槽。

具体实施方式

纠偏装置基本结构

如图1至图5，主要包括两个竖向千斤顶、一个横向千斤顶和滚动装置。其中，

滚动装置由滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板组成；滚动装置底板采用硬钢圆形板，在硬钢圆形板上预留滚动钢球的滚动孔，在放入滚动钢球前在滚动孔里涂抹润滑油，以减少滚动钢球的滚动阻力；滚动装置垫板为矩形钢板，垫在滚动钢球与结构物表面，主要目的为避免梁体直接接触钢球导致局部受力过大，同时提供一个平滑的滚动面，减少滚动摩擦力。或者滚动装置底板和滚动装置垫板上预留滚动钢球的滚动槽15。如图1采用滚动孔方式时，纠偏施工中滚动钢球系在原位转动，仅滚动钢球相对滚动装置底板不发生位移；如图5而采用滚动槽方式时，纠偏施工中滚动钢球将在滚动槽内滚动，滚动钢球相对滚动装置底板可发生位移。

两个竖向千斤顶一个朝上一个朝下，呈相对倒置状态，两个竖向千斤顶上安装有位移传感器，以保证竖向千斤顶与盖梁或主梁接触面不发生滑移。竖向千斤顶的活塞杆顶端上从下到上依次设置滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板。

横向千斤顶置于千斤顶支撑架上，横向千斤顶两端通过特制钢垫板分别垂直抵靠两个竖向千斤顶的主体。千斤顶支撑架是采用钢筋和钢板焊接而成的三脚架，钢筋作为三脚架的支撑脚，钢板作为三脚架的承台，承台与横向千斤顶接触面制成圆弧形，圆弧半径根据横向千斤顶外径确定，保证横向千斤顶安放平稳，保证千斤顶施力不出现偏心。特制钢垫板与竖向千斤顶的接触面制成圆弧形，圆弧半径根据竖向千斤顶外径确定，特制钢垫板与横向千斤顶的接触面为平面。安装特制钢垫板和横向千斤顶时，应确保横向千斤顶施力不偏心，且需同时保证两个竖向千斤顶受力不偏心。

纠偏原理

通过安装在盖梁顶面和主梁底面之间的两个竖向千斤顶的摩擦力与盖梁顶或主梁底接触面的静摩擦力，和滚动钢球与滚动装置底板、滚动装置垫板的滚动摩擦力平衡横向千斤顶的水平推力，利用滚动摩擦系数大大小于滑动摩擦系数的特点，将传统的滑动纠偏转换为滚动纠偏，很大程度地减少了水平推力的大小，从而实现无需反力装置仅利用千斤顶反力自平衡对桥梁上部结构的纠偏。

操作步骤

一、单向纠偏

如图1和图2布置纠偏装置的千斤顶，包括第一竖向千斤顶、第二竖向千斤顶和一个横向千斤顶。

<1>在盖梁顶面11(或台帽、墩柱顶面)放置第一竖向千斤顶1，在第一竖向千斤顶的活塞杆顶端上放置滚动装置底板，在滚动装置底板上放入滚动钢球，在滚动钢球上放置滚动装置垫板，对第一竖向千斤顶的底座与盖梁顶接触面以及滚动装置垫板与主梁底接触面均需进行简单调平处理，确保第一竖向千斤顶顶升时不出现偏心；

<2>根据横向千斤顶的尺寸确定第二竖向千斤顶2的位置，在盖梁顶面放置滚动装置垫板6，在滚动装置垫板上放置滚动钢球7，在滚动钢球上放置滚动装置底板，在滚动装置底板与主梁底面之间倒置第二竖向千斤顶，使得第二竖向千斤顶的底座顶撑主梁底面10，第二竖向千斤顶的活塞杆顶端抵撑滚动装置底板5，对第二竖向千斤顶的底座与主梁底接触面以及滚动装置垫板与盖梁顶接触面均需进行简单调平处理，确保第二竖向千斤顶顶升时不出现偏心；

<3>启动两个竖向千斤顶，当两个竖向千斤顶达到受力要求时，同步顶升两个竖向千斤顶直至主梁与原支座完全分离，由竖向千斤顶完全承受主梁下所有作用力；

<4>将横向千斤顶置3于千斤顶支撑架4上，使横向千斤顶两端分别垂直抵靠两个竖向千斤顶的主体，横向千斤顶与竖向千斤顶抵靠接触面放置特制钢垫板8，便于横向千斤顶加载；

<6>在两个竖向千斤顶上分别安装位移传感器9，用于测试及控制两个竖向千斤顶发生相对滑移；

<6>启动横向千斤顶通过滚动钢球滚动推动主梁，对桥梁上部结构进行纠偏；启动横向千斤顶前应在盖梁挡块与主梁之间填充橡胶垫块，做好限位措施，预防顶推量过大带来的重复工作；

<7>桥梁上部结构复位后，卸去横向千斤顶力值，检查主梁是否出现回弹，如出现回弹则重复步骤<6>操作直至完全满足线形要求后，同步卸去两个竖向千斤顶的力，落梁后完成纠偏工程。

二、双向纠偏

在单向纠偏的基础上，应用本发明通过增加千斤顶的数量，也可实现桥梁顺桥向和横桥向的双向纠偏。双向纠偏参考图3布置纠偏装置的千斤顶，包括第一竖向千斤顶1、第二竖向千斤顶2、第三竖向千斤顶12、第一横向千斤顶13和第二横向千斤顶14。其中，第一竖向千斤顶、第二竖向千斤顶和第一横向千斤顶用于X方向的纠偏，第三竖向千斤顶、第二竖向千斤顶和第二横向千斤顶用于Y方向的纠偏，具体操作参考单向纠偏。

注意事项

a)应确保竖向千斤顶和横向千斤顶施力不出现偏心，可对竖向千斤顶与盖梁或主梁接触面进行处理，确保接触面处千斤顶不出现相对滑移。

b)应注意启动横向千斤顶前应在盖梁挡块与主梁之间以及梁端与背墙之间做好限位措施，可填充橡胶垫块或其他软硬适中的材料做限位装置，限位装置厚度和尺寸根据需顶推复位量及盖梁挡块尺寸确定。千斤顶应缓慢均匀施力，预防顶推过大带来的重复工作。

c)双向纠偏施工时，应注意在施工前确定双向纠偏量，分级进行顶推纠偏，根据总纠偏量计算横桥向顶推和顺桥向顶推每一级的荷载，并适时监测顶推复位情况，直至完成纠偏工作。

d)桥梁纠偏完成后应对原结构进行检查，对存在问题的支座，可利用桥梁顶升的条件进行更换，对存在的其他问题进行分析并尽快组织修复，确保桥梁通行安全。

e)横向千斤顶的水平推力不可超过静摩擦力和滚动摩擦力之和，以保证竖向千斤顶与盖梁或主梁接触面不发生滑移。

Claims (9)

1.一种基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，其特征在于主要包括两个竖向千斤顶、一个横向千斤顶和滚动装置；所述滚动装置由滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板组成；所述横向千斤顶两端分别抵靠两个竖向千斤顶，所述竖向千斤顶的活塞杆顶端上从下到上依次设置滚动装置底板、滚动钢球和滚动装置垫板。

2.根据权利要求1所述的基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，其特征在于：所述两个竖向千斤顶上安装有位移传感器。

3.根据权利要求1所述的基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，其特征在于：所述两个竖向千斤顶一个朝上一个朝下，呈相对倒置状态。

4.根据权利要求1所述的基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，其特征在于：所述横向千斤顶置于千斤顶支撑架上，横向千斤顶两端通过特制钢垫板分别垂直抵靠两个竖向千斤顶的主体。

5.根据权利要求4所述的基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，其特征在于：所述千斤顶支撑架是采用钢筋和钢板焊接而成的三脚架，钢筋作为三脚架的支撑脚，钢板作为三脚架的承台，承台与横向千斤顶接触面制成圆弧形。

6.根据权利要求4所述的基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，其特征在于：所述特制钢垫板与竖向千斤顶的接触面制成圆弧形，特制钢垫板与横向千斤顶的接触面为平面。

7.根据权利要求1所述的基于千斤顶反力自平衡的桥梁上部结构纠偏装置，其特征在于：所述滚动装置底板采用硬钢圆形板，在硬钢圆形板上预留滚动钢球的滚动孔，滚动装置垫板为矩形钢板；或者所述滚动装置底板和滚动装置垫板上预留滚动钢球的滚动槽。

8.利用权利要求1所述装置的桥梁上部结构纠偏方法，其特征在于通过安装在盖梁顶面和主梁底面之间的两个竖向千斤顶的摩擦力与盖梁顶或主梁底接触面的静摩擦力，和滚动钢球与滚动装置底板、滚动装置垫板的滚动摩擦力平衡横向千斤顶的水平推力，从而实现对桥梁上部结构的纠偏。

9.根据权利要求8所述的桥梁上部结构纠偏方法，其特征在于按以下步骤进行操作：

<1>在盖梁顶面放置第一竖向千斤顶，在第一竖向千斤顶的活塞杆顶端上放置滚动装置底板，在滚动装置底板上放入滚动钢球，在滚动钢球上放置滚动装置垫板，对第一竖向千斤顶的底座与盖梁顶接触面以及滚动装置垫板与主梁底接触面进行调平处理；

<2>在盖梁顶面放置滚动装置垫板，在滚动装置垫板上放置滚动钢球，在滚动钢球上放置滚动装置底板，在滚动装置底板与主梁底面之间倒置第二竖向千斤顶，使得第二竖向千斤顶的底座顶撑主梁底面，第二竖向千斤顶的活塞杆顶端抵撑滚动装置底板，对第二竖向千斤顶的底座与主梁底接触面以及滚动装置垫板与盖梁顶接触面进行调平处理；

<3>启动两个竖向千斤顶，当两个竖向千斤顶达到受力要求时，同步顶升两个竖向千斤顶直至主梁与原支座完全分离；

<4>将横向千斤顶置于千斤顶支撑架上，使横向千斤顶两端分别垂直抵靠两个竖向千斤顶的主体，横向千斤顶与竖向千斤顶抵靠接触面放置特制钢垫板；

<6>在两个竖向千斤顶上分别安装位移传感器；

<6>启动横向千斤顶通过滚动钢球滚动推动主梁，对桥梁上部结构进行纠偏；启动横向千斤顶前在盖梁挡块与主梁之间填充橡胶垫块，做好限位措施；

<7>桥梁上部结构复位后，卸去横向千斤顶力值，同步卸去两个竖向千斤顶的力，落梁后完成纠偏工程。