CN109112977B - 一种快速预应力加固桥梁梁体结构及方法 - Google Patents
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Abstract
一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于桥梁梁体(100)底部固定布置至少一对锚固装置(1)，一根以上金属复合筋(2)平行于桥梁梁体(100)的轴线方向穿过锚固装置(1)的销孔(103)，通过旋拧螺帽(201)的方式对金属复合筋(2)施加预应力，细格网(3)挂设于金属复合筋(2)的底部，垂直于桥梁梁体(100)的底面离散植入锚固若干垂直的金属健(4)，外防护层(5)通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖金属复合筋(2)、细格网(3)和金属健(4)，并与桥梁梁体(100)共同组合为一体。本发明主要解决现有体外预应力加固技术的缺陷，解决FRP筋连接锚固困难等问题，工艺简单、快速，能够满足快速预应力加固桥梁梁体结构的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁结构加固技术，尤其是一种快速预应力加固桥梁梁体结构及方法，属于土木工程技术领域。
背景技术
随着时间的推移，我国已建大量桥梁经过多年的运营，必将出现各种各样的病害，桥梁损伤不断累积，导致桥梁承载力大大降低；同时，现有交通运输业的飞速发展以及桥梁超载等原因使桥梁原设计承载力不能满足日益增长的运输需要，严重地影响桥梁安全性能。因此，需要及时对桥梁进行加固和修复，以恢复或提升使用功能。
对于混凝土桥梁，目前常用的加固技术中，体外预应力加固作为一种主动加固技术具有能够减少梁体下挠并且具有提高桥梁刚度、承载力的优点，然而现有体外预应力技术同时也存在缺点：其一是现有体外预应力技术所采用的材料大多为钢绞线、钢丝绳、FRP筋等，如中国专利“一种高强度碳纤维筋体外预应力锚固装置及其使用方法”(申请号201210013314.6，公布号CN 102561209 A)，其采用了碳纤维筋作为加固材料，该类FRP筋一定程度上解决了钢绞线、钢丝绳的抗拉强度低、自重大、易腐蚀的缺陷，然而FRP筋的剪切强度仅为其抗拉强度的5～20％，而金属的剪切强度约为其拉伸强度的50％，这使得FRP筋锚固成为突出的问题，锚固复杂，锚具庞大，并且不易弯折，使得该技术施工复杂并且成本高昂；其二是现有体外预应力加固实施方式多通过在现场用锚具把经过预应力张拉后的体外筋锚固在桥梁结构上，工艺过程需要考虑锚具与筋体之间的安装及相互作用，需要通过张拉设备(如千斤顶)对其体外筋施加预应力并锚固，张拉设备对张拉空间需求大，施工繁琐，不适合某些布置空间有限的桥梁加固工程。
体外预应力加固桥梁的关键技术是将外加预应力能够安全有效的作用到现有桥梁结构上，这个功能需要通过锚固装置来完成，通常采用在现有桥梁梁体上植筋浇筑混凝土来制作锚固装置，此种锚固方式的缺点是：施工工艺复杂、施工工期长、体积较大而笨重，不能满足快速加固施工的要求。
发明内容
本发明主要解决现有体外预应力加固技术中钢绞线、钢丝绳带来的自重大、张拉空间需求大、锚固复杂的缺陷，解决FRP筋连接锚固困难、不易弯折、施工复杂、成本高昂等问题，避免现有体外预应力加固技术传统的锚固方式中通过张拉设备施加预应力的繁琐施工方式，克服传统的锚固装置体积较大而笨重，施工工期长，不能满足快速加固施工的要求。
本发明的技术方案为：一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于桥梁梁体底部固定布置至少一对锚固装置，锚固装置包括底板、侧板，底板与侧板相互垂直，底板贯穿布置有一个以上锚栓孔，侧板贯穿布置有一个以上销孔，锚固装置通过锚栓穿过锚栓孔固定底板于桥梁梁体的底面，一根以上金属复合筋平行于桥梁梁体的轴线方向穿过锚固装置的销孔，金属复合筋的两端设有外螺纹，其配套设置螺帽，通过旋拧螺帽的方式对金属复合筋施加并保持预应力，金属复合筋由外部金属管与内部纤维筋相互复合而成，外部金属管与内部纤维筋之间通过挤压、胶结的方式紧密组合为一体，细格网以平铺的方式挂设于金属复合筋的底部，并通过分散布置的扎条与金属复合筋绑扎连接，垂直于桥梁梁体的底面离散植入锚固若干垂直的金属健，外防护层通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖金属复合筋、细格网和金属健，并与桥梁梁体共同组合为一体。
本发明结构中，金属复合筋由外部金属管与内部纤维筋通过挤压、胶结的方式紧密组合为一体，获得了金属和纤维筋复合的力学性能，达到减轻结构自重的同时有效地解决了内部纤维筋的端部锚固难题；金属复合筋两端在其外部金属管部分设置有外螺纹，通过外螺纹可直接将螺帽拧紧在锚固装置上，从而对金属复合筋施加并保持预应力，简化了传统的采用张拉设备施加预应力的施工工艺，节省了制作安装成本。传统的锚固装置施工工艺复杂、施工工期长、体积较大而笨重，本发明采用的锚固装置安装简易方便，大大提高了施工效率，降低了工程造价。金属复合筋、细格网、金属健和外防护层共同作用，保障了后加固层与原有结构的共同工作，使得金属复合筋避免了外界环境侵蚀的同时提高了结构承载能力，进而使得桥梁梁体结构加固效果持续有效。本发明结构满足桥梁结构正常使用和耐久性需求的同时，而且能够满足快速加固施工的要求。
所述外部金属管为钢管、不锈钢管或铝合金管的一种，内部纤维筋为碳纤维筋或索、玄武岩纤维筋或索、玻璃纤维筋或索、芳纶纤维筋或索的一种，金属管与内部纤维筋截面同心，金属管完全包覆内部纤维筋。
所述桥梁梁体的底面开设有凹槽，锚固装置的底板嵌固于凹槽内，其与桥梁梁体底面之间通过结构胶粘结；所述的侧板的一侧或两侧设置若干与侧板及底板垂直的加劲肋板。
所述细格网为复合材料编织网、复合材料索编织网、复合材料筋格栅、钢丝编织网、钢丝绳编织网中的一种，其纵横向网筋的直径≤6mm，间距≤300mm。
所述外防护层为树脂砂浆、水泥砂浆、水泥混凝土中的一种。
本发明提供了一种快速预应力加固桥梁梁体方法，其特征在于通过凿设凹槽、钻孔、固定锚固装置、穿入金属复合筋、施加预应力、植入金属健、布设细格网、设置外防护层及养护防护，实现对桥梁梁体的快速预应力加固，具体包括以下步骤：
1)凿设凹槽：对桥梁梁体的底面安装锚固装置的位置，根据锚固装置的尺寸大小，凿设凹槽，对桥梁梁体底面进行清理打磨凿毛，充分清除原有混凝土表面的砂浆层，直到露出坚实表面。
2)钻孔：在桥梁梁体底面的锚固装置对应位置处，钻设与锚栓孔相对应的锚固孔。
3)安装锚固装置：将锚栓植入桥梁梁体底面的锚固孔内，将锚固装置的底板的顶面涂抹结构胶，使得锚固装置通过锚栓穿过锚栓孔固定底板于桥梁梁体的底面。
4)穿入金属复合筋：将一根以上金属复合筋平行于桥梁梁体的轴线方向穿过锚固装置的销孔，金属复合筋由外部金属管与内部纤维筋相互复合而成，外部金属管与内部纤维筋之间通过挤压、胶结的方式组合为一体。
5)施加预应力：金属复合筋的两端设有外螺纹，其配套设置螺帽，通过旋拧螺帽的方式对金属复合筋施加并保持预应力。
6)植入金属健：垂直于桥梁梁体的底面离散植入锚固若干垂直的金属健，金属健采用直径6～16mm的钢筋制作。
7)布设细格网：将至少一层细格网以平铺的方式挂设于金属复合筋的底部，并通过分散布置的扎条与金属复合筋绑扎连接。
8)设置外防护层：外防护层通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖金属复合筋、细格网和金属健，并与桥梁梁体共同组合为一体。
9)养护防护：对外防护层进行喷水养护，对金属复合筋的两端和锚固装置进行防护。
本发明克服了传统体外预应力加固的筋材自重大、锚固区构造大，空间需要大，张拉锚固复杂的缺陷；克服了FRP筋加固张拉锚固困难、锚具尺寸大，锚固复杂，不易弯折、施工复杂、成本高昂等问题，具有以下有益效果：
(1)金属复合筋由外部金属管与内部纤维筋通过挤压、胶结的方式紧密组合为一体，获得了金属和纤维筋复合的力学性能，达到减轻结构自重的同时有效地解决了内部纤维筋的端部锚固难题。
(2)金属复合筋两端在其外部金属管部分设置有外螺纹，通过外螺纹可直接将螺帽拧紧在锚固装置上，从而对金属复合筋施加并保持预应力，简化了传统的采用张拉设备施加预应力的施工工艺，节省了制作安装成本。
(3)采用直接将螺帽拧紧在锚固装置上的灵活锚固方式，预应力可在后期根据需要而张拉调整，有效减少预应力损失。
(4)金属复合筋、细格网、金属健和外防护层共同作用，保障了后加固层与原有结构的共同工作，且提高了抗裂性、稳定性和耐久性，使得金属复合筋避免了外界环境的侵蚀，对金属复合筋起到了有效地保护作用，进而使桥梁梁体结构加固效果持续有效。
(5)施工成本低，对结构本身影响小，加固后效果美观。
附图说明：
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1是一种快速预应力加固桥梁梁体结构的立体剖示图；
图2是锚固装置及锚栓的结构示意图；
图3是金属复合筋及配套螺帽结构示意图；
图4是金属复合筋及配套螺帽结构局部细节示意图；
图5是细格网的结构示意图；
图6是一种快速预应力加固桥梁梁体方法的实施流程图；
图7是桥梁梁体结构立体示意图；
图8是桥梁梁体结构凿设凹槽立体示意图；
图9是桥梁梁体结构钻孔、固定锚固装置立体示意图；
图10是桥梁梁体结构穿入金属复合筋、施加预应力过程立体示意图；
图11是桥梁梁体结构植入金属健立体示意图；
图12是桥梁梁体结构布设细格网立体示意图；
图13是桥梁梁体结构设置外防护层立体示意图。
在附图中，1为锚固装置，2为金属复合筋，3为细格网，4为金属健，5为外防护层，100为桥梁梁体，1001为凹槽，11为底板，12为侧板，13为加劲肋板，101为锚栓，102为锚栓孔，103为销孔，201为螺帽，21为金属管，22为纤维筋，31为扎条。
具体实施方式：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
如附图所示，一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于桥梁梁体100底部固定布置至少一对锚固装置1，锚固装置1包括底板11、侧板12，底板11与侧板12相互垂直，底板11贯穿布置有一个以上锚栓孔102，侧板12贯穿布置有一个以上销孔103，锚固装置1通过锚栓101穿过锚栓孔102固定底板11于桥梁梁体100的底面，一根以上金属复合筋2平行于桥梁梁体100的轴线方向穿过锚固装置1的销孔103，金属复合筋2的两端设有外螺纹，其配套设置螺帽201，通过旋拧螺帽201的方式对金属复合筋2施加并保持预应力，金属复合筋2由外部金属管21与内部纤维筋22相互复合而成，外部金属管21与内部纤维筋22之间通过挤压、胶结的方式紧密组合为一体，细格网3以平铺的方式挂设于金属复合筋2的底部，并通过分散布置的扎条31与金属复合筋2绑扎连接，垂直于桥梁梁体100的底面离散植入锚固若干垂直的金属健4，外防护层5通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖金属复合筋2、细格网3和金属健4，并与桥梁梁体100共同组合为一体。
所述外部金属管21为钢管、不锈钢管或铝合金管的一种，内部纤维筋22为碳纤维筋或索、玄武岩纤维筋或索、玻璃纤维筋或索、芳纶纤维筋或索的一种，金属管21与内部纤维筋22截面同心，金属管21完全包覆内部纤维筋22。
所述桥梁梁体100的底面开设有凹槽1001，锚固装置1的底板11嵌固于凹槽1001内，其与桥梁梁体100底面之间通过结构胶粘结；所述的侧板12的一侧或两侧设置若干与侧板12及底板11垂直的加劲肋板13。
所述细格网3为复合材料编织网、复合材料索编织网、复合材料筋格栅、钢丝编织网、钢丝绳编织网中的一种，其纵横向网筋的直径≤6mm，间距≤300mm。
所述外防护层5为树脂砂浆、水泥砂浆、水泥混凝土中的一种。
一种快速预应力加固桥梁梁体方法，其特征在于通过凿设凹槽、钻孔、固定锚固装置、穿入金属复合筋、施加预应力、植入金属健、布设细格网、设置外防护层及养护防护，实现对桥梁梁体的快速预应力加固，具体包括以下步骤：
1)凿设凹槽：对桥梁梁体100的底面安装锚固装置1的位置，根据锚固装置1的尺寸大小，凿设凹槽1001，对桥梁梁体100底面进行清理打磨凿毛，充分清除原有混凝土表面的砂浆层，直到露出坚实表面。
2)钻孔：在桥梁梁体100底面的锚固装置1对应位置处，钻设与锚栓孔102相对应的锚固孔。
3)安装锚固装置：将锚栓101植入桥梁梁体100底面的锚固孔内，将锚固装置1的底板11的顶面涂抹结构胶，使得锚固装置1通过锚栓101穿过锚栓孔102固定底板11于桥梁梁体100的底面。
4)穿入金属复合筋：将一根以上金属复合筋2平行于桥梁梁体100的轴线方向穿过锚固装置1的销孔103，金属复合筋2由外部金属管21与内部纤维筋22相互复合而成，外部金属管21与内部纤维筋22之间通过挤压、胶结的方式组合为一体。
5)施加预应力：金属复合筋2的两端设有外螺纹，其配套设置螺帽201，通过旋拧螺帽201的方式对金属复合筋2施加并保持预应力。
6)植入金属健：垂直于桥梁梁体100的底面离散植入锚固若干垂直的金属健4，金属健4采用直径6～16mm的钢筋制作。
7)布设细格网：将至少一层细格网3以平铺的方式挂设于金属复合筋2的底部，并通过分散布置的扎条31与金属复合筋2绑扎连接。
8)设置外防护层：外防护层5通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖金属复合筋2、细格网3和金属健4，并与桥梁梁体100共同组合为一体。
9)养护防护：对外防护层5进行喷水养护，对金属复合筋2的两端和锚固装置1进行防护。
Claims (6)
1.一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于桥梁梁体(100)底部固定布置至少一对锚固装置(1)，锚固装置(1)包括底板(11)、侧板(12)，底板(11)与侧板(12)相互垂直，底板(11)贯穿布置有一个以上锚栓孔(102)，侧板(12)贯穿布置有一个以上销孔(103)，锚固装置(1)通过锚栓(101)穿过锚栓孔(102)固定底板(11)于桥梁梁体(100)的底面，一根以上金属复合筋(2)平行于桥梁梁体(100)的轴线方向穿过锚固装置(1)的销孔(103)，金属复合筋(2)的两端设有外螺纹，其配套设置螺帽(201)，通过旋拧螺帽(201)的方式对金属复合筋(2)施加并保持预应力，金属复合筋(2)由外部金属管(21)与内部纤维筋(22)相互复合而成，外部金属管(21)与内部纤维筋(22)之间通过挤压、胶结的方式紧密组合为一体，金属复合筋(2)的两端的外部金属管(21)的表面设置外螺纹，细格网(3)以平铺的方式挂设于金属复合筋(2)的底部，并通过分散布置的扎条(31)与金属复合筋(2)绑扎连接，垂直于桥梁梁体(100)的底面离散植入锚固若干垂直的金属健(4)，外防护层(5)通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖金属复合筋(2)、细格网(3)和金属健(4)，并与桥梁梁体(100)共同组合为一体。
2.根据权利要求1所述的一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于，所述外部金属管(21)为钢管、不锈钢管或铝合金管的一种，内部纤维筋(22)为碳纤维筋或索、玄武岩纤维筋或索、玻璃纤维筋或索、芳纶纤维筋或索的一种，金属管(21)与内部纤维筋(22)截面同心，金属管(21)完全包覆内部纤维筋(22)。
3.根据权利要求1所述的一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于，所述桥梁梁体(100)的底面开设有凹槽(1001)，锚固装置(1)的底板(11)嵌固于凹槽(1001)内，其与桥梁梁体(100)底面之间通过结构胶粘结；所述的侧板(12)的一侧或两侧设置若干与侧板(12)及底板(11)垂直的加劲肋板(13)。
4.根据权利要求1所述的一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于，所述细格网(3)为复合材料编织网、复合材料索编织网、复合材料筋格栅、钢丝编织网、钢丝绳编织网中的一种，其纵横向网筋的直径≤6mm，间距≤300mm。
5.根据权利要求1所述的一种快速预应力加固桥梁梁体结构，其特征在于，所述外防护层(5)为树脂砂浆、水泥砂浆、水泥混凝土中的一种。
6.一种快速预应力加固桥梁梁体方法，其特征在于通过凿设凹槽、钻孔、固定锚固装置、穿入金属复合筋、施加预应力、植入金属健、布设细格网、设置外防护层及养护防护，实现对桥梁梁体的快速预应力加固，具体包括以下步骤：
1)凿设凹槽：对桥梁梁体(100)的底面安装锚固装置(1)的位置，根据锚固装置(1)的尺寸大小，凿设凹槽(1001)，对桥梁梁体(100)底面进行清理打磨凿毛，充分清除原有混凝土表面的砂浆层，直到露出坚实表面；
2)钻孔：在桥梁梁体(100)底面的锚固装置(1)对应位置处，钻设与锚栓孔(102)相对应的锚固孔；
3)安装锚固装置：将锚栓(101)植入桥梁梁体(100)底面的锚固孔内，将锚固装置(1)的底板(11)的顶面涂抹结构胶，使得锚固装置(1)通过锚栓(101)穿过锚栓孔(102)固定底板(11)于桥梁梁体(100)的底面；
4)穿入金属复合筋：将一根以上金属复合筋(2)平行于桥梁梁体(100)的轴线方向穿过锚固装置(1)的销孔(103)，金属复合筋(2)由外部金属管(21)与内部纤维筋(22)相互复合而成，外部金属管(21)与内部纤维筋(22)之间通过挤压、胶结的方式组合为一体，金属复合筋(2)的两端的外部金属管(21)的表面设置外螺纹；
5)施加预应力：金属复合筋(2)的两端设有外螺纹，其配套设置螺帽(201)，通过旋拧螺帽(201)的方式对金属复合筋(2)施加并保持预应力；
6)植入金属健：垂直于桥梁梁体(100)的底面离散植入锚固若干垂直的金属健(4)，金属健(4)采用直径6～16mm的钢筋制作；
7)布设细格网：将至少一层细格网(3)以平铺的方式挂设于金属复合筋(2)的底部，并通过分散布置的扎条(31)与金属复合筋(2)绑扎连接；
8)设置外防护层：外防护层(5)通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖金属复合筋(2)、细格网(3)和金属健(4)，并与桥梁梁体(100)共同组合为一体；
9)养护防护：对外防护层(5)进行喷水养护，对金属复合筋(2)的两端和锚固装置(1)进行防护。
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