CN108396662B - 钢桥装配式加固方法及其加固装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢桥装配式加固方法和钢桥装配式加固装置，以期望解决目前还没有一种能快捷、方便且能主动抑制钢桥疲劳开裂的方法和加固装置的问题。钢桥装配式加固方法，包括以下操作步骤：在开有裂纹的钢桥板件上设置一对限位组件，限位组件分别位于钢桥板件裂纹两侧上，利用预紧螺栓将该一对限位组件相连，调节预紧螺栓上的螺母调节该一对限位组件之间的间距控制裂纹尺寸。钢桥装配式加固装置，包括用于固定在裂纹两侧的一对限位组件，一对限位组件之间通过拉紧该一对限位组件并调节该一对限位组件间距的预紧螺栓连接。本发明的所有加固装置构件均可在工厂制作完成后，运抵现场进行装配式安装，费用低廉，施工速度快，对交通干扰小。

Description

钢桥装配式加固方法及其加固装置

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体而言，涉及钢桥装配式加固方法和钢桥装配式加固装置。

背景技术

钢桥作为国家交通主干线的重要组成部分，大部分扼守铁路和公路交通运输的咽喉，保证其畅通和高质量安全服役至关重要。随着国家交通运输和经济的快速发展，铁路和公路交通运输呈现交通量加大、重载比例提高的特点，由钢结构桥梁体系和受力特性、环境效应、施工质量及早期对于钢桥疲劳开裂机理的认识不足导致近年来既有钢桥疲劳开裂案例频发，严重影响桥梁结构的安全性、耐久性和服役质量，并导致中断交通等多种次生效应，造成重大的经济损失和不良社会影响。

对于钢桥疲劳开裂的传统加固方法需中断交通、费用高昂，且次生疲劳病害多，加固效果不显著。如钢桥面板疲劳开裂，现在一般是采用外部贴焊钢板的加固方法，该方法需要在现场焊接作业，由于现场环境和工作条件较差，不方便焊接作业，工作效率较低，特别是有些部位需要仰焊，其操作难度较大，而且现场的焊接质量较差，加固的部位容易发生二次疲劳开裂，后续的维护成本较高；并且，现场焊接作业时需要中断交通，造成不良社会影响和经济损失。因此，目前亟需一种对交通少干扰甚至零干扰，加固效果好、加固成本低、后期维护方便的疲劳开裂快速加固方法和加固装置。

发明内容

本发明的目的在于提供钢桥装配式加固方法及其加固装置，以期望解决目前还没有一种能快捷、方便且能主动抑制钢桥疲劳开裂的方法和加固装置的问题。

为了实现上述目的，提供了一种钢桥装配式加固方法，包括以下操作步骤：

在开有裂纹的钢桥板件上设置一对限位组件，限位组件分别位于钢桥板件裂纹两侧上，利用预紧螺栓将该一对限位组件相连，调节预紧螺栓上的螺母调节该一对限位组件之间的间距控制裂纹尺寸。

申请人发现目前的方法需在桥面板上焊接大量的钢板，并且外部贴焊大量钢板的加固方法，需要在现场焊接作业，由于现场环境和工作条件较差，不方便焊接作业，工作效率较低，特别是有些部位需要仰焊，其操作难度较大，而且现场的焊接质量较差，加固的部位容易发生二次疲劳开裂，后续的维护成本较高；现场焊接作业时需要中断交通，造成不良社会影响和经济损失。

通过采用本发明的加固方法，即在疲劳开裂局部区域引入加固构件，通过装配式方法与既有结构连接，形成由既有结构和加固构件组成的协同受力体系，在对交通少干扰甚至零干扰、对既有结构微损伤的条件下，实现对钢桥疲劳开裂的快速加固，并且通过设置预紧螺栓，还可以在实现加固之后，调节预紧螺栓预紧力对开裂部分进行主动的调节、主动加固，让引入的加固构件可以有十分灵活的应对钢桥疲劳开裂问题，大大提高了后期维护的主动操作性，适应性强，本方法能快速对于钢桥进行加固，对于提升钢桥结构的服役质量，降低养护维修成本，带来极为重要的作用。本方法施工便捷，步骤简单、费用低廉，具有广阔的应用前景。

进一步的是，上述预紧螺栓设置后的延长方向与裂纹的走向夹角为90±20°。

进一步的是，上述限位组件通过固定螺栓固定在开有裂纹的钢桥板件上，固定螺栓在上述钢桥板件上的设置位置与裂纹的最短距离在5-8cm。

在本发明的另一个方面，本发明还提供了一种钢桥装配式加固装置，包括用于固定在裂纹两侧的限位组件，上述限位组件之间通过拉紧该一对限位组件并调节该一对限位组件间距的预紧螺栓连接。

本发明的所有加固构件均可在工厂制作完成后，运抵现场进行装配式安装，质量有保证，费用低廉，施工速度快，对交通干扰小。各构件通过螺栓连接，避免了现场焊接工作，提高了工程质量和钢桥板件的抗疲劳性能。

本发明可通过施加预紧力的方法让裂纹闭合，其加固效果较传统加固方法更好。

进一步的是，所述预紧螺栓设置后的延长方向与裂纹的走向夹角为90±20°。

进一步的是，一个上述限位组件为相对的两个限位板，上述相对的两个限位板之间通过固定螺栓相连并用于锚固在钢桥板件两侧板面上，固定螺栓在所述钢桥板件上的设置位置与裂纹的最短距离在5-8cm。

在开裂板件的正、反面(钢桥板件两侧)对称布置，这样让其受力更加合理，保证裂纹始终处于闭合或趋近于闭合状态，提高钢桥板件的承载能力和抗疲劳能力。

进一步的是，上述预紧螺栓的两端分别套装有锚块，该锚块被夹持于预紧螺栓螺母与限位板之间。设置锚固块和限位板为两个独立的部件，主要是为了降低成本，采用锚块与限位板分体式设置，不仅拆卸方便、性价比也较高。

进一步的是，上述限位板为中部是凸起部的弯折板，上述凸起部内侧形成用于与锚块配合的通槽，上述凸起部远离钢桥板件拱起。

进一步的是，上述锚块一侧延伸出用于卡入于上述凸起部内侧的凸块。

进一步的是，上述预紧螺栓螺母上连接有自调装置，上述自调装置包括通过传动组用于驱动预紧螺栓螺母的电机；上述自调装置还包括用于放置于裂纹内的绝缘弹簧折片，该绝缘弹簧折片包括相交的两侧，该两侧的端头分别设置有触头；上述绝缘弹簧折片与电机的电源电连接。

设置上述的自调装置即可方便、经济的实现预紧螺栓在裂纹变大时进行自动调节，即当上述的绝缘弹簧折片卡入裂纹中，当裂纹继续扩大时，绝缘弹簧折片上的触头相互接触，电机电源通电，电机动作通过传动组驱动预紧螺栓螺母，阻止裂纹继续开裂并使裂纹恢复到继续开裂前状态。

进一步的是，上述传动组包括固定设置在预紧螺栓螺母上的固定套，上述固定套通过减速齿轮箱与电机传动连接。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的钢桥装配式加固装置对钢桥板件进行加固后的示意图；

图2为本发明的限位板的示意图；

图3为本发明的锚块的示意图；

图4为本发明的固定螺栓的示意图；

图5为本发明的预紧螺栓的示意图；

图6为本发明的钢桥装配式加固装置的加固方法示意图；

图7为本发明的钢桥装配式加固装置的自调装置示意图；

图中的编号依次为：1-开裂钢桥板件，11-开裂钢桥板件的裂纹，2-限位板，21-凸起部，3-固定螺栓，4-锚块，41-凸块，5-预紧螺栓，6-电机，7-绝缘弹簧折片，8-触头，9-固定套，10-减速齿轮箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本实施方式以最为多见的正交异性钢桥面板中的横隔板开裂为例：

如图1-6所示，钢桥装配式加固装置，包括用于固定在裂纹11两侧的限位组件，上述限位组件之间通过拉紧该一对限位组件并调节该一对限位组件间距的预紧螺栓5连接。当然，在具体设置时，对于裂纹11是明显的曲线时，空间上可以安装的条件下采用多个本装置进行加固即可。

当裂纹11的长度小于本加固装置的宽度时，在开裂的钢桥板件1(本实施方式中的钢桥板件1即指横隔板，以下钢桥板件1均指横隔板)布置一个本加固装置即可；当加固装置的1倍宽度≤裂纹11的长度≤加固装置的2倍宽度时，可布置两套加固装置，以此类推。

在具体实施中，这里的预紧螺栓5优选采用高强螺栓，可根据需要参照《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》(GB/T 1231-2006)选择。

本发明的所有加固构件均可在工厂制作完成后，运抵现场进行装配式安装，质量有保证，各构件通过螺栓连接，避免了现场焊接工作，提高了工程质量和钢桥板件的抗疲劳性能，费用低廉，施工速度快，对交通干扰小。

本发明通过施加预紧力的方法让裂纹11闭合，其加固效果较传统加固方法更好。

一个上述限位组件为相对的两个限位板2，上述相对的两个限位板2之间通过固定螺栓3相连并用于锚固在钢桥板件1两侧板面上。这里采用一个上述限位组件为相对的两个限位板2，并安置于正、反两面加固，因为当一个限位组件只有一侧面安置一个限位板2会导致其受力不对称，存在偏心荷载，不利于裂纹11的闭合，对裂纹11造成不利影响。

在开裂板件的正、反面(钢桥板件1两侧)对称布置，这样让其受力更加合理，保证裂纹11始终处于闭合或趋近于闭合状态，提高钢桥板件的承载能力和抗疲劳能力。

具体设置是，固定螺栓3穿过钢桥板件1正反面布置的限位板2的螺栓孔，进行锚固连接。在实际实施中，桥梁上的板件一般在35mm以内，如较厚，可加长固定螺栓3的长度，实现连接即可。

上述预紧螺栓5的两端分别套装有锚块4，该锚块4被夹持于预紧螺栓螺母与限位板2之间。设置该锚块4不仅是为了方便拆卸，这样设置锚固块和限位板2为两个独立的部件，主要是为了：一、现在的限位板2可以通过热轧钢板弯折制造，方便生产，还有就是热轧钢板的力学性能更好；二、如果将限位板2和锚块4合并为一个构件，采用热轧钢板较为复杂，如要采用铸造的工艺，生产的构件初始制造缺陷较多，抗疲劳性能差。所以本着降低成本的考虑，采用锚块4与限位板2分体式设置，不仅拆卸方便、性价比也较高。

上述限位板2为中部是凸起部21的弯折板，上述凸起部21远离钢桥板件1拱起。上述锚块4一侧延伸出用于卡入于上述凸起部21内侧的凸块41。通过这样简单的方式可以有效固定锚块4与限位板2的相对位置。

本加固装置还有进一步的另一个实施方案，如图7：在上述实施方式的基础上，上述预紧螺栓螺母上连接有自调装置，上述自调装置包括通过传动组用于驱动预紧螺栓螺母的电机6；上述自调装置还包括用于放置于裂纹11内的绝缘弹簧折片7，该绝缘弹簧折片7包括相交的两侧，该两侧的端头分别设置有触头8，以形成常开开关；上述绝缘弹簧折片7与电机6的电源电连接。

上述的绝缘弹簧折片7包括相交的两侧，即绝缘弹簧折片7的一侧与另一侧相交设置，并使该两侧的端头处于常开状态，让裂纹11朝闭合方向靠拢时，挤压绝缘弹簧折片7片身，以使端头背离运动，反之，当裂纹11变大时，端头靠拢，使电机6通电，电机6动作通过传动组驱动预紧螺栓螺母，阻止裂纹11继续开裂并使裂纹11恢复到继续开裂前状态，设置上述的自调装置即可方便、经济的实现预紧螺栓5在裂纹11变大时进行自动调节。上述传动组包括固定设置在预紧螺栓螺母上的固定套9，上述固定套9通过减速齿轮箱10与电机6传动连接。这里的电机6和减速齿轮箱10可以通过螺栓的设置在钢桥板件1上，也可以通过粘接的方式固定。减速齿轮箱10的设置即是为了减小电机6主轴的承受转矩。上述的绝缘弹簧折片7可以采用具有较好弹性的高分子材料即可，如弹性环氧树脂、高柔性环氧树脂等，触头8采用铜材即可。

在设置时，应在钢桥板件1正、反面各设置一套自调装置，并且通过串联的方式让每一套的自调装置的电机6连接，保证两个电机6能协同通断电。

一种钢桥装配式加固方法，包括以下操作步骤：

在开有裂纹11的钢桥板件1上设置一对限位组件，限位组件分别位于钢桥板件裂纹11两侧上，利用预紧螺栓5将该一对限位组件相连，调节预紧螺栓5上的螺母调节该一对限位组件之间的间距控制裂纹11尺寸。

采用本实施方式的加固方法，即在疲劳开裂局部区域引入加固构件，通过装配式方法与既有结构连接，形成由既有结构和加固构件组成的协同受力体系，在对交通少干扰甚至零干扰、对既有结构微损伤的条件下，实现对钢桥疲劳开裂的快速加固，并且通过设置预紧螺栓5，还可以在实现加固之后，调节预紧螺栓5通过预紧力对开裂部分进行主动的调节、主动加固，让引入的加固构件可以有十分灵活的应对钢桥疲劳开裂问题，大大提高了后期维护的主动操作性，适应性强，后期维护成本低。

目前的加固方法，其工序较多：(1)在现场清洁开裂板件表面；(2)现场涂刷化学粘结剂；(3)粘贴钢板；(4)等待化学粘结剂凝结硬化产生强度，而本实施方式的方法能快速对于钢桥进行加固，即本加固方法仅需两个步骤：(1)开螺栓孔；(2)安装加固装置。每个步骤都比较简单，易操作。

上述预紧螺栓5设置后的延长方向与裂纹11的走向夹角为90±20°，经过多次测试发现，在预紧螺栓5设置后的延长方向与裂纹11的走向夹角为90±20°时，加固效果最好。

上述限位组件通过固定螺栓3固定在开有裂纹11的钢桥板件1上，在固定螺栓3在上述钢桥板件1上的设置位置与裂纹11的最短距离在5-8cm最为适宜。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.钢桥装配式加固装置，其特征在于：包括用于固定在裂纹(11)两侧的一对限位组件，所述一对限位组件之间通过拉紧该一对限位组件并调节该一对限位组件间距的预紧螺栓(5)连接；

所述限位组件为相对的两个限位板(2)，所述相对的两个限位板(2)之间通过固定螺栓(3)相连并用于锚固在钢桥板件(1)两侧板面上；

所述预紧螺栓螺母上连接有自调装置，所述自调装置包括通过传动组用于驱动预紧螺栓螺母的电机(6)；所述自调装置还包括用于放置于裂纹(11)内的绝缘弹簧折片(7)，该绝缘弹簧折片(7)包括相交的两侧，该两侧的端头分别设置有触头(8)；所述绝缘弹簧折片(7)与电机(6)的电源电连接；

所述传动组包括固定设置在预紧螺栓螺母上的固定套(9)，所述固定套(9)通过减速齿轮箱(10)与电机(6)传动连接。

2.如权利要求1所述的钢桥装配式加固装置，其特征在于：所述预紧螺栓(5)的两端分别套装有锚块(4)，该锚块(4)被夹持于预紧螺栓螺母与限位板(2)之间。

3.如权利要求2所述的钢桥装配式加固装置，其特征在于：所述限位板(2)为中部是凸起部(21)的弯折板，所述凸起部(21)内侧形成用于与锚块(4)配合的通槽，所述凸起部(21)远离钢桥板件(1)拱起。

4.如权利要求3所述的钢桥装配式加固装置，其特征在于：所述锚块(4)一侧延伸出用于卡入于所述凸起部(21)内侧的凸块(41)。

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