CN110130234B - 一种新型桥梁加固体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明公开一种新型桥梁加固体系及其施工方法，体系包括可移动转向块、垫板、内螺旋套筒、主螺杆、连接件、纵向支撑杆、横向支撑杆、光滑套筒，可移动转向块预留有钢束转向孔道，预应力钢束穿过钢束转向孔道锚固在待加固主梁上，垫板上预设有推力轴承、铰接接头和螺杆，主螺杆的顶部焊有齿轮，施工时只需将齿轮通过链条与电动机相连，电动机拉动齿轮带动主螺杆转动，从而推动可移动转向块与内螺旋套筒整体移动，推动预应力钢束伸长，从而实现体外预应力的张拉，对待加固主梁施加预应力作用，起到加固桥梁的效果。本发明体系施工方法简便、安全，施工器具简单，尤其适用于梁端没有张拉空间的桥梁的维修加固。

Description

一种新型桥梁加固体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种新型桥梁加固体系及其施工方法。

背景技术

改革开放以来，随着国民经济的飞速发展，交通运输事业也日新月异地发生着变化，为确保交通运输正常的运营，必须加强对交通设施的维修和养护。近20年来，我国交通运输量不断地增加，桥梁负荷日益加重，故普遍存在桥梁承载力不足的情况，再加上桥梁长期暴露在自然环境（大气腐蚀、温度、湿度变化）下，桥梁不断老化、破损，问题比较严重。桥梁是确保交通畅通的咽喉，其承载能力和通行能力更是沟通全线的关键，因此在新建桥梁的同时，对原有桥梁的维修和技术改造，尤其是通过加固补强的方法来恢复、提高其承载力，便成为一个亟待研究解决的问题。

目前工程上常用的桥梁加固方法主要有：增大截面法、外包钢法、外部粘钢加固法、喷射混凝土技术、粘贴复合材料加固法、体外预应力加固法。

体外预应力加固法主要用于梁式桥（包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等）正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的。

体外预应力加固法的优点主要有：

（1）在自重增加很小的情况下可大幅度改善和调整原结构的受力状况，提高结构刚度、抗裂性；

（2）由于自重增加小，故对墩台及基础受力状况影响很小，可节省对墩台及基础的加固，节省加固投资；

（3）可在不限制通车营运的情况下进行加固施工，有较好的社会效益；

（4）预应力加固后可使预应力永远保留，也可将预应力卸除。

因此，采用体外预应力加固法既适用于通行重车时的临时加固，也可作为提高桥梁承载力的永久加固措施。

体外预应力结构技术是后张预应力体系的重要分支之一，它与体内预应力即传统的布置于混凝土截面内的有粘结或无粘结预应力结构技术相对应。钢束仅在锚固区域设置在结构本体内，转向块可设在结构体内或体外。在体外预应力结构中，预应力筋必须通过转向块改变方向，从而形成预应力曲线配筋。传统的转向块的功能主要是传递体外束产生的水平和垂直横向力。相反，若是通过移动转向块来对体外束施加荷载，也可以实现体外预应力的施加。

传统的预应力转向快是完全固定的，预应力钢束的偏心在转向块安装完成后就不可调节了，但是，体外预应力会随着时间的推移而产生损失，传统的预应力转向快，不能调整预应力钢束的偏心，从而无法调整预应力束的线形，因此也就不能调整体外预应力对结构的作用。

目前，体外预应力结构技术的应用十分广泛，但是由于自然灾害或其他一些因素，体外束有时需重新张拉、修复或更换。传统的体外束的重新张拉或是更换，其施工工艺都较为复杂，并且比较危险，因此在施工前都要对原体外束进行检查，并进行详尽的工程分析和设计，以避免事故的发生，工程成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种新型桥梁加固体系及其施工方法。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种新型桥梁加固体系，包括可移动转向块、垫板以及用于可移动转向块与垫板连接的连接件，所述的垫板用于与待加固主梁固定，所述的可移动转向块预留有钢束转向孔道，预应力钢束穿过钢束转向孔道锚固在待加固主梁上，所述的可移动转向块与所述的垫板之间还设置有支撑架机构，所述的可移动转向块可在外部动力的作用下在所述的支撑架机构上上下移动，并通过连接件将可移动转向块与垫板锁紧固定。

作为本发明的一种改进，所述的支撑架机构为一个可拆卸的机构。

作为本发明的一种改进，所述的支撑架机构包括内螺旋套筒、主螺杆、纵向支撑杆、横向支撑杆、光滑套筒；所述的内螺旋套筒通过两侧的钢板与所述的可移动转向块连接，内螺旋套筒设置有两组，对称分布在可移动转向块的两侧，在内螺旋套筒内设置有主螺杆，所述的主螺杆的下端与推力轴承内圈连接，推力轴承的外圈固定在垫板上，所述的光滑套筒套设在所述的主螺杆的上部，光滑套筒与主螺杆之间可以自由滑动，光滑套筒上铰接有纵向支撑杆和横向支撑杆，其中横向支撑杆分别与两个对称的光滑套筒铰接；纵向支撑杆一端与光滑套筒铰接，另一端与垫板铰接。

作为本发明的一种改进，在所述的主螺杆的顶部设置有齿轮，用于与外部的动力系统连接。

作为本发明的一种改进，述的可移动转向块垫板、内螺旋套筒、主螺杆、连接件、纵向支撑杆、横向支撑杆、光滑套筒、铰接接头、螺杆、齿轮均为钢制构件。

作为本发明的一种改进，所述可移动转向块移动到位后通过连接件与垫板固定在一起，可移动转向块、连接件以及垫板之间采用高强螺栓连接。

作为本发明的一种改进，所述光滑套筒上焊有铰接接头，所述的垫板也焊接有铰接接头。

本发明还公开了上述新型桥梁加固体系的施工方法，包括以下步骤：

1）构件安装：

（1-1）在待加固主梁上安装垫板，在垫板上焊上推力轴承、铰接接头和螺杆；

（1-2）将光滑套筒与垫板之间用纵向支撑杆和横向支撑杆连接起来，然后将主螺杆插入光滑套筒，再将内螺旋套筒套在主螺杆的合适位置处，最后将主螺杆底部与推力轴承的内圈固定在一起；

（1-3）将预应力钢束穿过钢束转向孔道锚固在待加固主梁上，再采用高强螺栓将可移动转向块与内螺旋套筒固定在一起；

2）张拉预应力：

（2-1）采用链条将主螺杆上的齿轮与电动机相连；

（2-2）启动电动机，拉动齿轮带动主螺杆转动，从而推动可移动转向块与内螺旋套筒整体向下移动，推动预应力钢束伸长；

（2-3）当可移动转向块到达指定位置或预应力钢束应力达到设计值时，关闭电动机；

3）锁紧固定：

利用高强螺栓将可移动转向块与垫板通过连接件固定在一起；

4）拆卸多余构件：

拆除可移动转向块与内螺旋套筒之间的连接螺栓，然后依次拆除横向支撑杆、纵向支撑杆、主螺杆、内螺旋套筒、光滑套筒。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

（1）本发明所施工仅需一台电动机即可完成，施工方法简便、安全，施工器具简单。

（2）由于本发明是先锚固未张拉的预应力钢束，较之现有的张拉施工技术，本发明在梁端锚固装置可以很大程度简化，并且可以有效的避免在锚固位置出现的各类施工问题和耐久性问题，避免了由于锚具变形、钢筋回缩引起的预应力损失，不仅能够降低成本，还可以保证在预应力钢束锚固端的可靠性与牢固性，因此可应用于大跨度预应力混凝土桥梁或组合结构桥梁的维修加固，尤其适用于梁端没有张拉空间的桥梁的维修加固。

（3）相较于现有的预应力施工技术，一次只能张拉一束预应力筋，本发明可以实现同时张拉多根钢束，大幅提高工作效率。

本发明在体外预应力束张拉完成后仍然可以随时调整预应力钢束的位置，实现对钢束应力的调整，也能安全方便地实现预应力卸载，便于更换钢束、锚具及转向块等装置。

附图说明

图1为本发明在桥梁应用中的整体三维示意图。

图2为本发明细部构造三维示意图。

图3为本发明部分组件三维示意图。

图4为本发明构件安装完成后整体三维示意图。

图5为本发明转向块锁紧固定完成后整体三维示意图。

图6为本发明施工完成后整体三维示意图。

附图标记如下：可移动转向块1、垫板2、内螺旋套筒3、主螺杆4、连接件5、纵向支撑杆6、横向支撑杆7、光滑套筒8、钢束转向孔道9、预应力钢束10、待加固主梁11、推力轴承12、铰接接头13、螺杆14、齿轮15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的构造及施工工程作进一步详细的说明。

如图1-6所示，本发明提供了一种桥梁加固体系，该体系包括可移动转向块1、垫板2、内螺旋套筒3、主螺杆4、连接件5，纵向支撑杆6、横向支撑杆7、光滑套筒8，所述可移动转向块预留有钢束转向孔道9，预应力钢束10穿过钢束转向孔道锚固在待加固主梁11上，垫板上预设有推力轴承12、铰接接头13和螺杆14，主螺杆的顶部焊有齿轮15。

可移动转向块1内含有钢制预应力转向孔道9，可移动转向块其他部分采用钢板焊接而成，在与连接件5和内螺旋套筒3连接部位需要预先打孔。内螺旋套筒3外侧焊有两块钢板，钢板上需要预先打孔，然后采用高强螺栓将内螺旋套筒3外侧的钢板和可移动转向块1固定在一起。主螺杆4一端焊有齿轮14，另一端可插入推力轴承12中并卡紧，但不能焊死，以便于施工结束后拆除螺杆4。内螺旋套筒3内侧螺纹与主螺杆4上均涂抹润滑油，以减小摩擦力。连接件5上在连接部位需要预先打孔。纵向支撑杆6、横向支撑杆7采用方管加工而成，两端磨圆并开孔，便于与铰接接头13相连。纵向支撑杆6、横向支撑杆7需验算其整体稳定性。光滑套筒8采用钢管制成，内径比主螺杆4直径稍大一点，并且三面焊有铰接接头13，中间的铰接接头13与横向支撑杆7相连，另外两个铰接接头13与纵向支撑杆6相连。铰接接头13与纵向支撑杆6、横向支撑杆7连接处用粗螺栓固定。齿轮15旋转轴与螺杆4旋转轴应保持重合。两侧齿轮15与同一台电动机相连，施工时需保持两侧齿轮15同步转动。

一种新型桥梁加固体系的施工方法，该方法包括以下步骤：

1）构件安装：

①在待加固主梁11上安装垫板2，在垫板2上固定推力轴承12，焊接铰接接头13和螺杆14。

②将光滑套筒8与垫板2之间用纵向支撑杆6和横向支撑杆7连接起来，然后将主螺杆4插入光滑套筒8，再将内螺旋套筒3套在主螺杆4的合适位置处，最后将主螺杆4底部与推力轴承12的内圈固定在一起。

③将预应力钢束10穿过钢束转向孔道9锚固在待加固主梁11上，再利用高强螺栓将可移动转向块1与内螺旋套筒3固定在一起。

2）张拉预应力：

①采用链条将主螺杆4上的齿轮15与电动机相连。

②启动电动机，拉动齿轮15带动主螺杆4转动，推动可移动转向块1与内螺旋套筒3整体向下移动，并推动预应力钢束10伸长。

③时刻监控预应力钢束10应力及可移动转向块1位置，可以根据可移动转向块1移动距离推导预应力钢束10伸长量，当可移动转向块1到达指定位置或预应力钢束10应力达到设计值时，关闭电动机。

3）锁紧固定：

利用高强螺栓将可移动转向块1与垫板2通过连接件5固定在一起。

4）拆卸多余构件：

拆除可移动转向块1与内螺旋套筒3之间的连接螺栓，然后依次拆除横向支撑杆7、纵向支撑杆6、主螺杆4、内螺旋套筒3、光滑套筒8。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型桥梁加固体系，其特征在于：包括可移动转向块（1）、垫板（2）以及用于可移动转向块（1）与垫板（2）连接的连接件（5），所述的垫板（2）用于与待加固主梁（11）固定，所述的可移动转向块（1）预留有钢束转向孔道（9），预应力钢束（10）穿过钢束转向孔道（9）锚固在待加固主梁（11）上，所述的可移动转向块（1）与所述的垫板（2）之间还设置有支撑架机构，所述的可移动转向块（1）可在外部动力的作用下在所述的支撑架机构上上下移动，并通过连接件（5）将可移动转向块（1）与垫板（2）锁紧固定，所述的连接件（5）布置在转向块（1）四周，螺杆（14）在转向块（1）周围采用多排多列布置，所述的支撑架机构为一个可拆卸的机构。

2.根据权利要求1所述的新型桥梁加固体系，其特征在于：所述的支撑架机构包括内螺旋套筒（3）、主螺杆（4）、纵向支撑杆（6）、横向支撑杆（7）、光滑套筒（8）；所述的内螺旋套筒（3）通过两侧的钢板与所述的可移动转向块（1）连接，内螺旋套筒（3）设置有两组，对称分布在可移动转向块（1）的两侧，在内螺旋套筒（3）内设置有主螺杆（4），所述的主螺杆（4）的下端与推力轴承（12）内圈连接，推力轴承（12）的外圈固定在垫板（2）上，所述的光滑套筒（8）套设在所述的主螺杆（4）的上部，光滑套筒（8）与主螺杆（4）之间可以自由滑动，光滑套筒（8）上铰接有纵向支撑杆（6）和横向支撑杆（7），其中横向支撑杆（7）分别与两个对称的光滑套筒（8）铰接；纵向支撑杆（6）一端与光滑套筒（8）铰接，另一端与垫板（2）铰接。

3.根据权利要求2所述的新型桥梁加固体系，其特征在于：在所述的主螺杆（4）的顶部设置有齿轮（15），用于与外部的动力系统连接。

4.根据权利要求2所述的新型桥梁加固体系，其特征在于：所述的可移动转向块（1）、垫板（2）、内螺旋套筒（3）、主螺杆（4）、连接件（5）、纵向支撑杆（6）、横向支撑杆（7）、光滑套筒（8）、铰接接头（13）、螺杆（14）、齿轮（15）均为钢制构件。

5.根据权利要求2所述的新型桥梁加固体系，其特征在于：所述可移动转向块（1）移动到位后通过连接件（5）与垫板（2）固定在一起，可移动转向块（1）、连接件（5）以及垫板（2）之间采用高强螺栓连接。

6.根据权利要求2所述的新型桥梁加固体系，其特征在于：所述光滑套筒（8）上焊有铰接接头（13），所述的垫板（2）也焊接有铰接接头（13）。

7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的新型桥梁加固体系的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）构件安装：

（1-1）在待加固主梁（11）上安装垫板（2），在垫板（2）上焊上推力轴承（12）、铰接接头（13）和螺杆（14）；

（1-2）将光滑套筒（8）与垫板（2）之间用纵向支撑杆（6）和横向支撑杆（7）连接起来，然后将主螺杆（4）插入光滑套筒（8），再将内螺旋套筒（3）套在主螺杆（4）的合适位置处，最后将主螺杆（4）底部与推力轴承（12）的内圈固定在一起；

（1-3）将预应力钢束（10）穿过钢束转向孔道（9）锚固在待加固主梁（11）上，再采用高强螺栓将可移动转向块（1）与内螺旋套筒（3）固定在一起；

2）张拉预应力：

（2-1）采用链条将主螺杆（4）上的齿轮（15）与电动机相连；

（2-2）启动电动机，拉动齿轮（15）带动主螺杆（4）转动，从而推动可移动转向块（1）与内螺旋套筒（3）整体向下移动，推动预应力钢束（10）伸长；

（2-3）当可移动转向块（1）到达指定位置或预应力钢束（10）应力达到设计值时，关闭电动机；

3）锁紧固定：

利用高强螺栓将可移动转向块（1）与垫板（2）通过连接件（5）固定在一起；

4）拆卸多余构件：

拆除可移动转向块（1）与内螺旋套筒（3）之间的连接螺栓，然后依次拆除横向支撑杆（7）、纵向支撑杆（6）、主螺杆（4）、内螺旋套筒（3）、光滑套筒（8）。

Images