CN108517793A - 一种组合t梁桥装配式横向连接加固结构及其加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合T梁桥装配式横向连接加固结构及其加固方法，顶板固定连接在所述连接缝以及相邻两T型主梁的下表面上，钢混凝土组合垫板固定连接在顶板的下表面上，两个斜支撑的底端固定连接在两T型主梁的T梁马蹄部上，两个斜支撑的顶端固定连接在钢混凝土组合垫板上，水平支撑的两端分别与两T型主梁的T梁马蹄部固定连接；两斜支撑和水平支撑组成三角形支撑结构。本发明克服了传统横向连接加固方法施工周期长，效果不佳，限制因素多，施工条件要求高等缺陷，解决了迫切需要提高组合T梁桥横向连接的技术性难题。本发明可广泛应用于组合T梁桥和混凝土箱梁桥的横向连接加固，同时也可作为新桥的横隔板使用。

Description

一种组合T梁桥装配式横向连接加固结构及其加固方法

技术领域：

本发明涉及一种组合T梁桥装配式横向连接加固结构及其加固方法。

背景技术：

中小跨桥梁一般采用组合T梁桥建造。T形截面梁减小了混凝土受拉面积，大大降低了结构的自重。同时，充分利用了混凝土抗压性能以及钢筋的抗拉性能。由于它无需现场安装模板，易于架设而且成本低，被广泛的应用于中小跨径的桥梁。近些年来，随着车辆的增多且缺乏足够的养护，桥梁出现了不同程度的损伤，包括混凝土的碳化，裂缝的增加以及钢筋的锈蚀。其中，横向连接不足是其最严重的损伤之一，并且导致结构整体刚度和承载能力的降低。关于T梁桥的横向连接加固已有许多的研究，包括桥面补强层加固法，增设横隔板法，T梁转箱梁法，横向预应力加固法等。然而，现有的这些方法施工复杂，周期长，影响桥梁的正常运营。因此，一种便捷高效的横向连接加固方法就成为了当务之急。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种组合T梁桥装配式横向连接加固结构及其加固方法。

本发明所采用的技术方案有：一种组合T梁桥装配式横向连接加固结构，所述T梁桥由若干个T型主梁组合而成，在相邻的两T型主梁之间设有连接缝，在每个T型主梁的底端设有T梁马蹄部，所述加固结构设于相邻的两T型主梁之间，包括钢混凝土组合垫板、顶板、斜支撑和水平支撑，所述顶板固定连接在所述连接缝以及相邻两T型主梁的下表面上，钢混凝土组合垫板固定连接在顶板的下表面上，两个斜支撑的底端固定连接在两T型主梁的T梁马蹄部上，两个斜支撑的顶端固定连接在钢混凝土组合垫板上，水平支撑的两端分别与两T型主梁的T梁马蹄部固定连接；两斜支撑和水平支撑组成三角形或梯形支撑结构。

进一步地，所述顶板包括边顶板和中间顶板，两个边顶板设于中间顶板的两侧，边顶板固定连接在T型主梁的下表面上，中间顶板固定连接在连接缝的下表面上。

进一步地，所述边顶板与中间顶板一体成型，或者边顶板与中间顶板之间相互刚性连接形成整体。

进一步地，所述边顶板通过螺栓和粘钢胶固定连接在T型主梁的下表面上；中间顶板通过螺栓和粘钢胶固定连接在连接缝的下表面上。

进一步地，所述钢混凝土组合垫板包括由钢板组成的矩形钢框架，在钢框架内浇筑混凝土。

进一步地，所述斜支撑为钢构杆件或钢-混凝土组合杆件，在斜支撑的底端连接有第一端连接板，第一端连接板与T梁马蹄部固定连接。

进一步地，所述水平支撑的两端连接有第二端连接板，第二端连接板与T梁马蹄部固定连接。

一种组合T梁桥装配式横向连接加固方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）对T桥梁现状进行检查和评定；

2）设计钢混凝土组合垫板、顶板、斜支撑和水平支撑的尺寸和截面形状，根据设计要求预制各构件；

3）对T梁桥中用于安装顶板、斜支撑和水平支撑的各对应部位的混凝土表面进行处理，首先清除各部位的碳化混凝土层和浮浆，然后对各部位的混凝土的表面孔洞进行填充、修复和表面整平处理；

4）用螺栓和粘钢胶，分别在T型主梁下表面和连接缝下表面安装边顶板和中顶板；

5）将钢框架与中顶板固定连接；

6）在钢框架内布设若干根钢筋，并浇筑混凝土，然后进行养护，钢框架与混凝土组成钢混凝土组合垫板；

7）测量斜支撑的尺寸并下料，待所浇筑的混凝土养护完成后，将斜支撑上端与钢混凝土组合垫板进行连接，下端通过第一端连接板与T型主梁底端的T梁马蹄部相连；

8）测量水平支撑尺寸并下料，水平支撑两端连接第二端连接板，并通过第二端连接板与所述T梁马蹄部相连；

9）对所有钢构件进行防腐处理。

本发明具有如下有益效果：

1）所有尺寸经实地测量确定，构件预制生产，现场装配连接，避免了传统横向连接工艺复杂、效率低、施工时间长与精度难以控制等缺点。

2）通过使用钢混凝土组合垫板增强两个斜支撑的共同协作受力能力，有利于提高支撑处连接缝的刚度、受力的均匀性和荷载的横向传递。钢混凝土组合垫板使用快硬混凝土，大幅缩短混凝土的硬化和养护时间，缩短施工工艺，同时采用装配式的施工方法，缩短工期，有效避免了加固施工对交通运营的影响。

3）能有效的改善荷载的横向分布，使混凝土T梁桥的各T型主梁受力更均匀。

本发明克服了传统横向连接加固方法施工周期长，效果不佳，限制因素多，施工条件要求高等缺陷，解决了迫切需要提高组合T梁桥横向连接的技术性难题。本发明可广泛应用于组合T梁桥和混凝土箱梁桥的横向连接加固，同时也可作为新桥的横隔板使用。

附图说明：

图1是本发明加固结构在T梁桥上的示意图。

图2是本发明中顶板的结构与安装示意图。

图3是本发明中钢混凝土组合垫板的横向剖面图。

图4是本发明中斜支撑与钢混凝土组合垫板的连接示意图。

图5是本发明的斜支撑和水平支撑与T梁马蹄部的连接示意图。

图6是混凝土组合T梁桥其中一跨的横向连接纵向剖面图。

图7 是试验组合T梁桥的截面图。

图8 是中载作用下组合T梁桥各主梁跨中梁底挠度图。

图9 是有限元模拟中载作用下各主梁跨中梁底挠度图。

其中：

1—T型主梁、2—连接缝、3—钢混凝土组合垫板、4—螺栓、5—边顶板、6—中顶板、7—斜支撑、8—第一端连接板、9—水平支撑、10—第二端连接板、11—钢框架、12—混凝土、13—钢混凝土组合梁。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1至图6，本发明一种组合T梁桥装配式横向连接加固，T梁桥由若干个T型主梁1组合而成，在相邻的两T型主梁1之间设有连接缝2，在每个T型主梁1的底端设有T梁马蹄部100，用于加固结构设于相邻的两T型主梁1之间，包括钢混凝土组合垫板3、顶板、斜支撑7和水平支撑9，顶板固定连接在所述连接缝2以及相邻两T型主梁1的下表面上，钢混凝土组合垫板3固定连接在顶板的下表面上，两个斜支撑7的底端固定连接在两T型主梁1的T梁马蹄部100上，两个斜支撑7的顶端固定连接在钢混凝土组合垫板3上，水平支撑9的两端分别与两T型主梁1的T梁马蹄部100固定连接；两斜支撑7和水平支撑9组成三角形支撑结构。

顶板包括边顶板5和中间顶板6，两个边顶板5设于中间顶板6的两侧，边顶板5固定连接在T型主梁1的下表面上，中间顶板6固定连接在连接缝2的下表面上。

边顶板5与中间顶板6一体成型，或者边顶板5与中间顶板6之间相互刚性连接形成整体。

边顶板5和中顶板6通过现场测量、下料、连接成为一个整体，使其与混凝土T型主梁1的腹板下翼缘和连接缝2贴紧，形成整个支撑结构的顶端。

边顶板5与T型主梁1的连接主要使用螺栓4连接，连接处位于T型主梁1的翼缘处，为了进一步提高连接性能和界面性能，优选在顶板与混凝土的界面涂粘钢胶，避免由于连接缝2刚度退化或损伤引起的连接性能降低。

钢混凝土组合垫板3为矩形截面，外围为由钢板组成的钢框架11，中间根据情况布设适量钢筋并浇筑高韧性快硬混凝土12。

设置钢混凝土组合垫板的目的是提高连接缝的刚度，并使连接部位受力趋于均匀。组合垫板的钢框架11与中顶板6连接，可以根据现场情况采用焊接或螺栓连接的形式将二者连接成为一个整体。

快凝混凝土中的水泥优选具有快凝性能的铝硫酸盐水泥，为降低铝硫酸盐水泥的脆性，在混凝土中加入体积百分含量为（0-0.6）%的PVA纤维、碳纤维、玄武岩纤维、耐碱玻璃纤维、钢纤维或几种纤维的混杂纤维。

斜支撑7为工字钢或角钢或钢-混凝土组合杆件，尺寸可根据实际现场测量确定。斜支撑7上端与钢混凝土组合垫板3连接，下端连接第一端连接板8，通过螺栓4与T梁马蹄部100相连。在打螺栓4时需要避开T梁马蹄部100中所布设的预应力钢绞线和钢筋，并且不能对混凝土T梁桥的主梁结构性能造成影响。斜支撑7的主要作用是传递竖向荷载，将作用于相邻两T型主梁1之间横向连接缝的力按一定比例传递到相邻T型主梁1的中腹板和马蹄处。

水平支撑9可根据实地测量确定长度。在水平支撑9的两端连接第二端连接板10，通过螺栓4与T梁马蹄部100固定，水平支撑9的两端与两边主梁的连接要求与斜支撑7下端与主梁的连接要求相同。当车辆荷载不作用在主梁的对称平面时会产生一定的扭转作用，水平支撑9的作用就是限制主梁的扭转，从而传递水平方向荷载。模拟试验和有限元分析表明，桥梁在车辆荷载作用下水平支撑9受到比较大的水平拉力，需要确保水平支撑9两端与两端主梁连接的可靠性。

此外，根据T型主梁1的跨度大小，可以将钢混凝土组合垫板3延长形成钢混凝土组合梁13，并在相邻T型主梁1相隔一定距离装配两道横向连接，如图6所示。

本发明组合T梁桥装配式横向连接加固方法，包括如下步骤：

1）对T桥梁现状进行检查和评定；

2）设计钢混凝土组合垫板3、顶板、斜支撑7和水平支撑9的尺寸和截面形状，根据设计要求预制各构件；

3）对T梁桥中用于安装顶板、斜支撑7和水平支撑9的各对应部位的混凝土表面进行处理，首先清除各部位的碳化混凝土层和浮浆，然后对各部位的混凝土的表面孔洞进行填充、修复和表面整平处理；

4）用螺栓4和粘钢胶，分别在T型主梁1下表面和连接缝2下表面安装边顶板5和中顶板6，并将边顶板5和中顶板6连接成为一个整体；

5）将钢框架11与中顶板6固定连接；

6）在钢框架11内布设若干根钢筋，并浇筑混凝土12，然后进行养护，钢框架11与混凝土12组成钢混凝土组合垫板3；

7）测量斜支撑7的尺寸并下料，待所浇筑的混凝土12养护完成后，将斜支撑7上端与钢混凝土组合垫板3进行连接，下端通过第一端连接板8与T型主梁1底端的T梁马蹄部100相连；

8）测量水平支撑9尺寸并下料，水平支撑9两端连接第二端连接板10，并通过第二端连接板10与所述T梁马蹄部100相连；

9）对所有钢构件进行防腐处理。

本加固结构通过实验室模拟试验与有限元模拟进行了验证。已有研究表明，跨中横隔板连接在对称荷载作用下对T梁桥的荷载横向分布影响显著。

采用模型试验的方法，对本发明加固结构进行受力试验。步骤如下：

1）组合T梁桥模拟模型制作：

采用尼龙材料制作了三个T型主梁组成的模拟组合T梁桥，截面尺寸如图7所示（单位：mm），采用铝合金材料制作本发明加固结构中的各支撑构件（斜支撑7和水平支撑9）。在混凝土梁出现开裂前或钢筋屈服前可以采用线弹性的尼龙材料近似模拟混凝土构件，尼龙材料的拉伸弹性模量为E=1436MPa、泊松比为V=0.386，上述建模方式为现有技术中桥梁施工前常规手段，故本发明不再详细赘述。

在跨中加支撑，荷载位于中梁跨中上部，模拟静力加载，荷载大小为12kN。使用位移计测量各主梁跨中挠度。

2）静载试验：

尼龙组合T梁桥试件进行静载试验，荷载分别位于中梁跨中（图7中A区域）和边梁跨中（图7中B区域），分别测量跨中加支撑（本发明专利的横向连接）和无支撑情况下，各主梁跨中梁底挠度。中载作用下，荷载为12kN时，测得的挠度如表1和图8所示。根据测得的数据，跨中加支撑后，组合T梁桥中间主梁的梁底最大挠度减小达15%，效果明显。

表1 中载作用下中间主梁跨中挠度（单位：mm）

主梁	1	2	3
				无撑	-5.76	-11.38	-6.33
跨中加支撑	-7.01	-9.71	-7.37

同时采用了有限元模拟的方法，对上述组合T梁桥试件进行受力分析。结果如下：

使用有限元软件ANSYS建立模型并进行数值模拟，得到中载作用下各主梁跨中挠度如图9所示。图9有限元模拟结果显示，使用该加固方法可以明显改善T梁桥荷载的横向分布，最大挠度减小19.1%，与试验结果吻合良好。加支撑以后，各主梁等效应力的分布趋于均匀，最大等效应力可减少14.3%。

本发明装配式横向连接加固方法能有效的解决混凝土组合T梁桥主梁间横向联系弱以及横向连接缝损伤所致的单板受力问题；重建相邻主梁间的相互连接，提高桥梁的整体性能。该方法可现场测量尺寸、下料、装配，避免了钢横隔板整体安装时由于尺寸偏差带来的不便，施工简便高效。使用高韧性快硬混凝土代替普通混凝土，缩短了混凝土的凝结强化时间，提高混凝土的性能，并避免了桥梁加固施工对正常交通的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种组合T梁桥装配式横向连接加固结构，所述T梁桥由若干个T型主梁（1）组合而成，在相邻的两T型主梁（1）之间设有连接缝（2），其特征在于：所述加固结构设于相邻的两T型主梁（1）之间，包括钢混凝土组合垫板（3）、顶板、斜支撑（7）和水平支撑（9），所述顶板固定连接在所述连接缝（2）以及相邻两T型主梁（1）翼缘的下表面上，钢混凝土组合垫板（3）固定连接在顶板的下表面上，两个斜支撑（7）的底端固定连接在两T型主梁（1）的马蹄部（100）上，两个斜支撑（7）的顶端固定连接在钢混凝土组合垫板（3）上，水平支撑（9）的两端分别与两T型主梁（1）的马蹄部（100）固定连接；两斜支撑（7）和水平支撑（9）组成三角形或梯形支撑结构。

2.根据权利要求1所述的组合T梁桥装配式横向连接加固结构，其特征在于：所述顶板包括边顶板（5）和中间顶板（6），两个边顶板（5）设于中间顶板（6）的两侧，边顶板（5）固定连接在T型主梁（1）翼缘的下表面上，中间顶板（6）固定连接在连接缝（2）的下表面上。

3.根据权利要求2所述的组合T梁桥装配式横向连接加固结构，其特征在于：所述边顶板（5）与中间顶板（6）一体成型，或者边顶板（5）与中间顶板（6）之间相互刚性连接形成整体。

4.根据权利要求2所述的组合T梁桥装配式横向连接加固结构，其特征在于：所述边顶板（5）通过螺栓（4）和粘钢胶固定连接在T型主梁（1）翼缘的下表面上；中间顶板（6）通过螺栓（4）和粘钢胶固定连接在连接缝（2）的下表面上。

5.根据权利要求1所述的组合T梁桥装配式横向连接加固结构，其特征在于：所述钢混凝土组合垫板（3）包括由钢板组成的矩形钢框架（11），在钢框架（11）内浇筑混凝土（12）。

6.根据权利要求1所述的组合T梁桥装配式横向连接加固结构，其特征在于：所述斜支撑（7）为钢构杆件或钢-混凝土组合杆件，在斜支撑（7）的底端连接有第一端连接板（8），第一端连接板（8）与T梁马蹄部（100）固定连接。

7.根据权利要求1所述的组合T梁桥装配式横向连接加固结构，其特征在于：所述水平支撑（9）的两端连接有第二端连接板（10），第二端连接板（10）与T梁马蹄部（100）固定连接。

8.一种组合T梁桥装配式横向连接加固方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）对T桥梁现状进行检查和评定；

2）设计钢混凝土组合垫板（3）、顶板、斜支撑（7）和水平支撑（9）的尺寸和截面形状，根据设计要求预制各构件；

3）对T梁桥中用于安装顶板、斜支撑（7）和水平支撑（9）的各对应部位的混凝土表面进行处理，首先清除各部位的碳化混凝土层和浮浆，然后对各部位的混凝土的表面孔洞进行填充、修复和表面整平处理；

4）用螺栓（4）和粘钢胶，分别在T型主梁（1）翼缘的下表面和连接缝（2）下表面安装边顶板（5）和中顶板（6）；

5）将钢框架（11）与中顶板（6）固定连接；

6）在钢框架（11）内布设若干根钢筋，并浇筑混凝土（12），然后进行养护，钢框架（11）与混凝土（12）组成钢混凝土组合垫板（3）；

7）测量斜支撑（7）的尺寸并下料，待所浇筑的混凝土（12）养护完成后，将斜支撑（7）上端与钢混凝土组合垫板（3）进行连接，下端通过第一端连接板（8）与T型主梁（1）底端的T梁马蹄部（100）相连；

8）测量水平支撑（9）尺寸并下料，水平支撑（9）两端连接第二端连接板（10），并通过第二端连接板（10）与所述T梁马蹄部（100）相连；

9）对所有钢构件进行防腐处理。