CN108252229B - 一种用于斜拉索加固体系的主梁锚固区转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于斜拉索加固体系的主梁锚固区转换装置，包括包括混凝土箱梁定位板，转换构件，锁扣，摩擦型高强螺栓，钢垫板、箱内外包钢板、粘钢胶；其中，所述混凝土箱梁定位板是为L形钢板，内侧表面与混凝土箱梁腹板通过粘钢胶连接，下端外侧表面设有锯齿形结构；所述转换构件是纵剖面为T形的钢构件，顶部的上表面设有与所述混凝土箱梁定位板配合的锯齿形结构；所述转换构件的竖板上设有开口槽和位于开口槽口部的锁扣；所述箱内外包钢板以粘钢胶胶接于桥梁混凝土箱梁内腔表面。本发明通过新的技术方案，解决了现有技术中所存在的问题，减少了对植筋的需求，节省了施工成本，具有积极的技术意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于斜拉索加固体系的主梁锚固区转换装置，属于桥梁建筑工程技术领域。
背景技术
目前，国内外大跨径预应力混凝土连续刚构桥普遍存在跨中下挠和箱梁开裂问题，经常需要进行加固维修。
传统的加固维修方法，主要是对桥梁本体进行加固；这种方法能延缓下挠和开裂的快速发展，但不能从根本上解决这种病害。
目前本技术领域中提出了一种采用斜拉索加固体系对桥梁进行加固维修的方法，可使主梁的抗剪承载力得以提高，截面高度得到抬升。斜拉索加固体系包括：新建桥塔、增设的斜拉索、新增钢箱梁及钢箱梁与混凝土箱梁的转换装置等部件，体系的工作原理是通过张拉索塔的两侧对称的斜拉索，将索力传递给主梁下部横向的钢箱梁，钢箱梁和混凝土箱梁间通过转换装置在箱梁底面处连接，钢箱梁提供给主梁抬升力。新增加固体系与混凝土箱梁间锚固的可靠性是衡量加固效果的关键。目前，依靠增加植入钢筋的数量抵抗剪切力，来保证连接装置与箱梁间的可靠性，不仅仅给施工增加了难度，而且可能因密集的植筋破坏混凝土箱梁的结构安全。
结合上述内容，设计一种植筋数量少、施工难度低、可靠性高、成本低的主梁锚固转换装置，用于大跨径预应力混凝土箱梁桥加固维修的斜拉索加固体系中，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为解决桥梁斜拉索加固体系中主梁锚固转换装置存在的植筋数量多、施工难度大、成本高等问题，本发明提供一种用于斜拉索加固体系的主梁锚固区转换装置，使新增钢箱梁与混凝土箱梁间连接牢固可靠，整体性能优越，且能够减少植筋数量及降低成本。
本发明采用下述技术方案：
一种用于斜拉索加固体系的主梁锚固区转换装置，其特征在于，包括混凝土箱梁定位板、转换构件、锁扣、摩擦型高强螺栓、钢垫板、箱内外包钢板及粘钢胶；
其中，所述混凝土箱梁定位板是截面为L形的钢板，内侧表面与混凝土箱梁腹板通过粘钢胶连接，下端外侧表面设有锯齿形结构；
所述转换构件是纵剖面为T形的钢构件，顶部的上表面设有锯齿形结构，与所述混凝土箱梁定位板的锯齿形结构形成配合；所述转换构件的竖板上设有开口槽；
所述锁扣设置于所述转换构件的开口槽口部；
所述箱内外包钢板以粘钢胶胶接于桥梁混凝土箱梁内腔表面；
所述摩擦型高强螺栓包括两端分别固定混凝土箱梁定位板与箱内外包钢板的螺栓Ⅰ、将箱内外包钢板固定于混凝土箱梁的螺栓Ⅱ、将混凝土箱梁定位板和转换构件共同固定于混凝土箱梁的螺栓Ⅲ、将锁扣固定于转换构件的螺栓Ⅳ；
所述钢垫板分别设置在所述螺栓Ⅰ、螺栓Ⅱ两端。
本发明具有以下的优点：
（1）本发明中的混凝土箱梁定位板与转换构件之间，通过锯齿形结构的配合，极大地增强了两者之间的摩擦力，降低了对螺栓的剪切应力，提高摩擦型高强螺栓发挥的作用，能有效减少钻孔数量和植筋或螺栓的数量，提高施工效率；
（2）T形的转换构件形状简单，易于加工制作，可降低成本和加工难度；
（3）锁扣连接转换构件和斜拉索加固体系新增的钢箱梁，能够保证钢箱梁在受力过程中定位准确，且能使新增钢箱梁与混凝土箱梁间连接牢固可靠。
附图说明
图1 是本发明实施例应用时整体结构示意图；
图2 是图1中A-A部位截面结构示意图；
图3 是图2中部分结构放大示意图；
图4是图3中部分结构侧视示意图；
图5是结合后的锯齿型钢板高强螺栓连接受力简图；
图6是单侧锯齿型钢板高强螺栓连接受力简图；
其中：1. 钢垫板，2.摩擦型高强螺栓，3. 混凝土箱梁定位板，4. 转换构件，5. 锁扣，6. 箱内外包钢板，7.粘钢胶，8.钢箱梁，9.斜拉索。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本申请的一种典型的实施方式，如图2至图4所示，为一种用于斜拉索加固体系的主梁锚固区转换装置，包括：混凝土箱梁定位板3，转换构件4，锁扣5，摩擦型高强螺栓2，钢垫板1、箱内外包钢板6、粘钢胶7；应用于图1所示状态下。
其中，所述混凝土箱梁定位板3是截面为L形的钢板，竖向为长边，与混凝土箱梁腹板通过粘钢胶7粘接；横向为居于下端的短边，上表面与混凝土箱梁底板通过粘钢胶7粘接，下表面带有锯齿形结构，此表面与转换构件4顶部上表面相接。
所述转换构件4是纵剖面为T形的钢构件，顶部（翼缘）的上表面设有锯齿形结构，与所述混凝土箱梁定位板3的锯齿形结构形成配合并紧密扣合，在面对横向的应力时可以避免相对滑动，充分发挥摩擦型高强螺栓2的作用，从而有效减少钻孔数量，减少螺栓的使用数量且降低了成本，提高的施工效率。
所述转换构件4纵剖面的T形中，竖线所在的面为竖板，形状如图4所示；所述竖板上设有开口槽，开口槽的口部设有一道锁扣5。所述开口槽为斜向下方开口，用于容纳斜拉索加固体系中的钢箱梁8。
所述锁扣5用于将斜拉索加固体系中新增的钢箱梁8与转换构件4连为一体并固定；使用时，先安装钢箱梁8，钢箱梁8位置确定后，将锁扣5安装固定完毕，确保钢箱梁8受力后仍在设计位置，保证了钢箱梁8与转换构件4的有效连接。
张紧的斜拉索9向钢箱梁8施加向斜上方的力，钢箱梁8通过紧密接触的转换构件4将向上的拉力作用于桥梁混凝土箱梁。
所述箱内外包钢板6以粘钢胶7胶接于桥梁混凝土箱梁内腔表面。
如图3所示，所述摩擦型高强螺栓2包括两端分别固定混凝土箱梁定位板3与箱内外包钢板6的螺栓Ⅰ、将箱内外包钢板6固定于混凝土箱梁的螺栓Ⅱ、将混凝土箱梁定位板3和转换构件4共同固定于混凝土箱梁的螺栓Ⅲ、将锁扣5固定于转换构件4的螺栓Ⅳ。其中螺栓Ⅰ横穿过桥梁混凝土箱梁侧壁；螺栓Ⅱ竖向穿过桥梁混凝土箱梁底板；螺栓Ⅲ埋植于桥梁混凝土箱梁底部对应侧壁的位置，采用“钻孔+植筋胶”的方式埋植，只有外端设螺母；螺栓Ⅳ横向贯穿锁扣5和转换构件4的竖板。螺栓Ⅲ同时起到植筋的作用。
所述钢垫板1分别设置在所述螺栓Ⅰ、螺栓Ⅱ两端的固定螺母或螺栓端头处，以增大螺栓紧固时的受力面积，均匀压力分布，避免混凝土或定位板局部受压严重。
采用本实施例中的结构后，效果验证如下：
（1）摩擦型高强螺栓抗剪承载力计算
据钢结构设计规范可知，连接的抗力分项系数规定为1.30，因此得到传统高强螺栓连接承载力标准值
为
式中：nf为传力摩擦面数目；n1为高强螺栓数目；μ为摩擦面抗滑移系数；P为螺栓的预紧力；为传统高强螺栓连接承载力设计值。
（2）锯齿型钢板高强螺栓连接件抗剪承载力计算
如图5、图6所示，根据投影可得
；/>
由静力摩擦公式，在时连接件发生滑移破坏，滑移临界荷载为
当齿间滑移破坏时，螺栓对板的压力及齿纹角度α均因受力而发生改变，为偏于安全地取
因此，偏安全的齿纹连接破坏时的承载力T为
式中：n2为高强螺栓数量；α0为初始牙纹角度；β为角度变形系数，与材料的弹性模量E、螺栓预紧力P等因素有关，取0.95。
算例：分别采用摩擦型高强螺栓和锯齿型钢板高强螺栓连接件对主梁锚固区段进行加固，高强螺栓为M20的10.9S高强螺栓，预紧力为155kN，前者拟使用的螺栓数目为n1，后者拟使用的螺栓数目为n2，初始牙纹角度α0=45°，传力面摩擦系数为0.25，传力面数目nf=1，试计算能承受同样的抗剪承载力所使用的螺栓比。
由于设计的抗剪承载力相同，即
则
由计算结果可知，采用锯齿型钢板高强螺栓连接件可节省6倍以上的高强螺栓数量。其它接触面摩擦系数的高强螺栓数量比如表1所示。
表1 不同接触面摩擦系数对应的高强螺栓数量比
| 序号 | μ | n1:n2 | 序号 | μ | n1:n2 |
| 1 | 0.30 | 5.6816 | 4 | 0.45 | 5.3245 |
| 2 | 0.35 | 5.4553 | 5 | 0.50 | 5.3822 |
| 3 | 0.40 | 5.3449 | 6 | 0.55 | 5.5156 |
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (1)
1.一种用于斜拉索加固体系的主梁锚固区转换装置，其特征在于， 包括混凝土箱梁定位板（3）、转换构件（4）、锁扣（5）、摩擦型高强螺栓（2）、钢垫板（1）、箱内外包钢板（6）及粘钢胶（7）；
其中，所述混凝土箱梁定位板（3）是截面为L形的钢板，内侧表面与混凝土箱梁腹板通过粘钢胶（7）连接，下端外侧表面设有锯齿形结构；
所述转换构件（4）是纵剖面为T形的钢构件，顶部的上表面设有锯齿形结构，与所述混凝土箱梁定位板（3）的锯齿形结构形成配合；所述转换构件（4）的竖板上设有开口槽；
所述锁扣（5）设置于所述转换构件（4）的开口槽口部；
所述箱内外包钢板（6）以粘钢胶（7）胶接于桥梁混凝土箱梁内腔表面；
所述摩擦型高强螺栓（2）包括两端分别固定混凝土箱梁定位板（3）与箱内外包钢板（6）的螺栓Ⅰ、将箱内外包钢板（6）固定于混凝土箱梁的螺栓Ⅱ、将混凝土箱梁定位板（3）和转换构件（4）共同固定于混凝土箱梁的螺栓Ⅲ、将锁扣（5）固定于转换构件（4）的螺栓Ⅳ；
所述钢垫板（1）分别设置在所述螺栓Ⅰ、螺栓Ⅱ两端；
螺栓Ⅰ横穿过桥梁混凝土箱梁侧壁；螺栓Ⅱ竖向穿过桥梁混凝土箱梁底板；螺栓Ⅲ埋植于桥梁混凝土箱梁底部对应侧壁的位置；螺栓Ⅳ横向贯穿锁扣（5）和转换构件（4）的竖板。
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