CN108396663A - 基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，包括包裹在桥墩修复部位外侧的套管和设在所述套管外侧的若干个预应力套箍；每个预应力套箍的一侧设置有拧紧装置；其修复方法为：(1)清理破坏区松散混凝土，并对弯曲钢筋进行校直；(2)对破坏区域浇筑早强快硬混凝土使破坏部位的横截面面积恢复到原墩柱水平；(3)将在工厂预先切割好的不锈钢薄钢板固定在桥墩修复部位外面，裹紧后焊接连接；(4)将预应力套箍安装在钢板外面，用扳手将预应力套箍拧紧。本发明能够在24小时之内修复破坏后的桥墩，不需要大型机械作业且只需少量工人即可完成。修复后的桥墩其承载力和延性可以达到或高于原桥墩，能够满足灾后修复快速经济的要求。

Description

基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置及修复方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程的震后快速修复技术，特别涉及一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置及修复方法。

背景技术

中国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震灾害较为频繁。近几十年来，国内外发生的破坏性地震有：1976年中国唐山大地震、1989年美国Loma Prieta地震、1994年美国Northridge地震、1999年土耳其Kocaeli地震、2007年日本千岛群岛地震以及我国2008年汶川大地震、2010年玉树地震，2011年新西兰Christchurch地震等。这些地震对大量经过抗震设计的桥梁造成严重破坏。

对历次震后钢筋混凝土桥墩结构的震害实例与地震反应分析表明，其主要缺陷大都是由于桥墩的抗震性能不足，延性及耗能能力较差引起的。钢筋混凝土桥墩抵抗地震作用的能力主要由塑性铰区域的非弹性变形能力来予以补足，即利用桥墩塑性铰区域的非弹性变形，来吸收和耗散大量的地震能量，从而降低结构物的地震反应，为桥墩提供承受强烈地震的能力。因此在强震过后，桥墩塑性铰区域破坏严重，影响桥梁的正常使用。

而桥梁工程作为生命线工程的重要组成，桥梁震害会带来巨大的经济损失和人员伤亡，因此对破坏的桥墩进行快速修复使其恢复承载力和延性对于迅速恢复交通网络以及保证抗震救灾工作及时开展具有重大意义。

桥梁墩柱的修复工作的展开，其前提条件是发生中度及较大强度的地震后，桥梁墩柱受到中等或严重损害但并未倒塌，桥梁的整体性能尚完好，进行修复之后能恢复正常工作。国内外目前对桥梁墩柱修复的研究工作比较少，对震后损伤建筑推倒重建的主观意识比较强。由于我国的桥梁抗震工作起步较晚，对震后桥梁墩柱的修复方面的研究在实际工程中缺少经验，但随着城市化的发展与地震灾害的频发，重大地震对国家经济的影响越来越大，震后桥梁墩柱的快速修复技术是必然需要发展的，对震后桥梁墩柱的快速修复，能带来一系列社会效益和经济效益。短时间内的修复加固，能够使救援及时开展，挽救大量生命财产，并且相对于推倒重建，费用更少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置及修复方法，可以对震后墩柱破坏区域或承载力不足墩柱进行修复加固，可在修复后即对加固柱产生侧向约束，快速并有效地使桥墩恢复承载能力和位移延性。

本发明所采用的技术方案是：一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，包括包裹在桥墩修复部位外侧、用于约束桥墩修复部位并防止预应力套箍切割混凝土的套管，和设在所述套管外侧、用于抑制套管屈曲的预应力套箍；所述预应力套箍设置有若干个，沿所述套管轴线方向布置；每个所述预应力套箍的一侧设置有用于拧紧所述预应力套箍的拧紧装置。

进一步的，所述拧紧装置包括固定连接在所述预应力套箍一侧、并间隔一距离布置的两个连接柱，以及高强螺栓，所述连接柱用于固定所述高强螺栓。

进一步的，所述套管采用不锈钢薄钢板焊接而成。

进一步的，所述预应力套箍采用钢材制成。

进一步的，所述套管的高度根据下述公式计算，此公式为墩柱塑性铰区高度公式：

其中，H为桥墩高度，b为桥墩矩形截面短边尺寸或圆形截面直径，f_y为桥墩内纵向钢筋抗拉强度标准值，d_s为纵向钢筋的直径。

本发明所采用的另一技术方案是：一种基于上述基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置的桥墩修复方法，包括以下步骤：

(1)清理桥墩破坏区松散混凝土，并对弯曲钢筋进行校直；

(2)对破坏区域浇筑早强快硬混凝土使破坏部位的横截面面积恢复到原墩柱水平；

(3)将在工厂预先切割好的不锈钢薄钢板，固定在桥墩修复部位外侧，并裹紧后焊接连接；

(4)将预应力套箍安装在钢板外侧，用扳手将预应力套箍拧紧，施加预应力，完成修复。

本发明的有益效果是：本发明基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置用于快速和经济地修复钢筋混凝土墩柱。桥墩修复装置由不锈钢套管和预应力套箍组成。在修复时，不需要大型机械以及穿心式千斤顶等张拉设备，可以人工手动施加预应力，可以由两个工人在24小时内完成维修工作，预应力套箍的存在可以抑制不锈钢套管屈曲，而不锈钢套管也可以防止预应力钢箍切割混凝土造成开裂，从而可以保留预应力。此方法可以快速有效地修复破坏后的桥墩，并能使桥墩的承载力和延性恢复并高于破坏之前的桥墩；而采用不锈钢材料不需要后期再喷涂防锈漆或混凝土砂浆等防锈措施，并且可以节省后期维护费用；使用加工好的预应力套箍，不需要穿心式千斤顶施加预应力，不仅可以节约成本，还能够更加快速地对震后的桥墩进行修复加固。

附图说明

图1：本发明基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置的结构图；

图2：本发明桥墩修复部位横截面图；

图3：本发明预应力套箍结构图。

附图标注：1、桥墩，2、纵向钢筋，3、螺旋箍筋，4、套管，5、预应力套箍，6、高强螺栓，7、桥墩承台，8、连接柱。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

本发明涉及的桥墩1底部设置有桥墩承台7，内部设置有纵向钢筋2和螺旋箍筋3。

如附图1至图3所示，一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，包括套管4和预应力套箍5。预应力套箍5的存在可以抑制套管4屈曲，而套管4也可以防止预应力套箍5切割混凝土造成开裂，可以保留预应力。

所述套管4采用不锈钢薄钢板焊接而成，并包裹在桥墩1修复部位外侧。所述套管4为在工厂预先切割好的不锈钢薄钢板，用于固定在桥墩1修复部位外面，并裹紧后焊接连接。与传统的钢套管修复方法相比，不锈钢套管4耐久性好、外表美观、维护费用低，且不需要再做防锈处理，对修复后的桥墩1部位起到约束作用并能防止预应力套箍5切割混凝土造成混凝土开裂。

所述预应力套箍5设置有若干个，套设在所述套管4外侧并沿所述套管4轴线方向布置。每个所述预应力套箍5的一侧设置有用于拧紧所述预应力套箍5的拧紧装置。所述拧紧装置包括固定连接在所述预应力套箍5一侧、并间隔一距离布置的两个连接柱8，以及高强螺栓6，所述连接柱8用于固定所述高强螺栓6，当预应力套箍5就位后，用扳手将预应力套箍5上面的高强螺栓6拧紧。所述预应力套箍5为采用钢材加工好的套箍，在用于震后墩柱修复时，可以直接运到现场使用，与传统的预应力钢绞线(钢丝绳)加固方法相比，此种预应力套箍5不需要大型机械如穿心式千斤顶施加预应力，只需使用扳手即可人工施加预应力，可以更快捷方便地对震后损坏的桥梁墩柱进行修复。

本发明中，桥墩1的修复高度选取塑性铰区高度，修复高度(即，所述套管4的高度)按下式计算：

其中，H为桥墩1高度，b为桥墩1矩形截面短边尺寸或圆形截面直径，f_y为桥墩1内纵向钢筋2抗拉强度标准值，d_s为纵向钢筋2的直径。

基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置的桥墩修复方法，包括以下步骤：(1)在修复之前，先将破坏后的墩柱破坏区域混凝土进行清理，并用鼓风机将残留粉状物吹净，清理干净后用水湿润破坏界面，同时，对弯曲钢筋进行校直；(2)对破坏区域浇筑早强快硬混凝土使破坏部位的横截面面积恢复到原墩柱水平；(3)安装套管4：将在工厂预先切割好的不锈钢薄钢板，固定在桥墩1修复部位外侧，并裹紧后焊接连接；(4)将预应力套箍5安装在钢板外侧，用扳手将预应力套箍5拧紧，施加预应力，完成修复。

此方法能够在24小时之内修复破坏后的桥墩1，不需要大型机械作业且只需少量工人即可完成，能够快速、经济且有效地对桥墩柱进行修复。修复后的桥墩1其承载力和延性可以达到或高于原桥墩1，能够满足灾后修复快速经济的要求。

本发明基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置用于快速和经济地修复钢筋混凝土墩柱。桥墩修复装置由不锈钢套管4和预应力套箍5组成。在修复时，不需要大型机械以及穿心式千斤顶等张拉设备，可以人工手动施加预应力，可以由两个工人在24小时内完成维修工作，预应力套箍5的存在可以抑制不锈钢套管4屈曲，而不锈钢套管4也可以防止预应力套箍5切割混凝土造成开裂，从而可以保留预应力。此方法可以快速有效地修复破坏后的桥墩1，并能使桥墩1的承载力和延性恢复并高于破坏之前的桥墩1；而采用不锈钢材料不需要后期再喷涂防锈漆或混凝土砂浆等防锈措施，并且可以节省后期维护费用；使用加工好的预应力套箍5，不需要穿心式千斤顶施加预应力，不仅可以节约成本，还能够更加快速地对震后的桥墩1进行修复加固。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，其特征在于，包括包裹在桥墩修复部位外侧、用于约束桥墩修复部位并防止预应力套箍切割混凝土的套管，和设在所述套管外侧、用于抑制套管屈曲的预应力套箍；所述预应力套箍设置有若干个，沿所述套管轴线方向布置；每个所述预应力套箍的一侧设置有用于拧紧所述预应力套箍的拧紧装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，其特征在于，所述拧紧装置包括固定连接在所述预应力套箍一侧、并间隔一距离布置的两个连接柱，以及高强螺栓，所述连接柱用于固定所述高强螺栓。

3.根据权利要求1所述的一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，其特征在于，所述套管采用不锈钢薄钢板焊接而成。

4.根据权利要求1所述的一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，其特征在于，所述预应力套箍采用钢材制成。

5.根据权利要求1所述的一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置，其特征在于，所述套管的高度根据下述公式计算，此公式为墩柱塑性铰区高度公式：

其中，H为桥墩高度，b为桥墩矩形截面短边尺寸或圆形截面直径，f_y为桥墩内纵向钢筋抗拉强度标准值，d_s为纵向钢筋的直径。

6.一种基于上述权利要求1至5任一项所述的一种基于轻型预应力不锈钢护套的桥墩修复装置的桥墩修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)清理桥墩破坏区松散混凝土，并对弯曲钢筋进行校直；

(2)对破坏区域浇筑早强快硬混凝土使破坏部位的横截面面积恢复到原墩柱水平；

(3)将在工厂预先切割好的不锈钢薄钢板，固定在桥墩修复部位外侧，并裹紧后焊接连接；

(4)将预应力套箍安装在钢板外侧，用扳手将预应力套箍拧紧，施加预应力，完成修复。