CN110468745B - 一种桥墩加固装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥墩加固装置及其施工方法，加固装置包括拉紧机构和沿桥墩高度方向依次相连的多个抱箍单元，所述抱箍单元包括环抱桥墩的抱箍和包绕在抱箍外圆周上的箍带，所述抱箍由多块抱箍节段沿桥墩的圆周方向围合形成，所述抱箍节段由钢纤维混凝土制成；所述箍带具有固定端和自由端，所述固定端上设有锁止机构；所述拉紧机构用于将所述箍带的两端拉紧以使抱箍抱紧桥墩；所述锁止机构固定拉紧后的箍带两端以将所述箍带锁止于拉紧状态。该加固装置能有效提高桥墩加固效果，还具有经济环保、施工简单，且在运营期间出现预应力松弛后还可以再次张拉的优点。

Description

一种桥墩加固装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁维护技术领域，尤其涉及一种桥墩加固装置及其施工方法。

背景技术

桥墩的功能主要体现在承受桥梁上部结构的恒载及活载，并将其传递至基础及土层或岩层中。已建大量桥梁中，由于早期的设计规范不合理，施工存在缺陷，运营期间结构损伤、老化以及使用功能改变等原因，易使桥墩产生表面脱落，混凝土结构开裂，力筋锈蚀等病害。而这些病害最终会造成桥梁的承载力不足、抗震性能不良等问题，并影响桥梁的安全性能和使用功能，故有必要对桥墩采取切实有效的加固改造方式。

目前，国内外针对桥墩采取的加固措施主要有增大截面加固法、外包钢加固法和FRP复合材料加固法。这些加固方法都能在一定程度上起到加固桥墩的作用，但均存在一定的不足。增大截面加固法是采用增大构件或者建筑物的截面和配筋以提高其强度、刚度、稳定性来满足构件正常使用要求的一种加固方法。由于加大了原桥墩的混凝土截面积及配筋量，因此这种方法不仅可提高原桥墩的承载力，还可降低桥墩的长细比，提高桥墩的刚度。但增大截面加固法主要是在承受弯矩较大的情况下，在主受力面进行加固的方法，对原结构影响较大，容易增加结构的自重。外包钢加固法是指在桥墩的四角或两面包型钢的一种加固方法，分为干式与湿式。干式即将型钢直接外包于原桥墩上填塞水泥砂浆，湿式则采用在型钢和桥墩间保留一定的缝隙，并在其中浇灌乳胶水泥砂浆或环氧砂浆使两者粘结牢固的方法。一般多采用湿式加固法进行加固。但外包钢加固法对混凝土横向约束较低，用钢量大，加固费用较高。FRP复合材料加固法对圆形和矩形截面的约束作用有较大的差别，FRP约束圆形截面时FRP沿着圆周对混凝土提供了均布的侧向约束力，整个截面都能得到均匀有效的约束，约束效果较好，强度及延性的提高都非常显著；FRP约束矩形截面时，由于其侧向刚度较小，FRP在截面边长的中部会因为混凝土的膨胀向外弯曲，对应部分的混凝土将得不到有效的约束。此外，FRP复合材料加固法对其侧向变形的加固效果有限，且成本价格较高，因此不利于大规模的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能有效提高加固效果、经济环保，施工简单的桥墩加固装置，还相应提供其施工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种桥墩加固装置，包括拉紧机构和沿桥墩高度方向依次相连的多个抱箍单元，所述抱箍单元包括环抱桥墩的抱箍和包绕在抱箍外圆周上的箍带，所述抱箍由多块抱箍节段沿桥墩的圆周方向围合形成，所述抱箍节段由钢纤维混凝土制成；所述箍带具有固定端和自由端，所述固定端上设有锁止机构；所述拉紧机构用于将所述箍带的两端拉紧以使抱箍抱紧桥墩；所述锁止机构固定拉紧后的箍带两端以将所述箍带锁止于拉紧状态。

本发明利用节段式钢纤维混凝土在桥墩外部合拢，并且外包预应力钢套箍以达到固定和加固的目的，多个抱箍沿桥墩全高布置。采用分段的目的是为了充分利用钢纤维混凝土的抗拉性能，防止其因反复受拉而发生开裂脱落，从而导致桥墩的抗弯承载力降低；沿桥墩全高设置是为了防止桥墩因局部混凝土达到抗扭极限承载力而失效；采用外包预应力钢套箍施加横向预应力技术可解决或改善剪应力滞后效应问题，能有效提高加固效果。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述抱箍上端沿圆周方向间隔设有第一卡槽和第一卡块，所述抱箍下端沿圆周方向间隔设有第二卡槽和第二卡块；所述第二卡块卡入所述抱箍下方的抱箍的第一卡槽中，所述第一卡块卡入所述抱箍上方的抱箍的第二卡槽中。

采用凹凸形状的目的是当桥墩上部结构产生扭转效应时，可以通过节段间凹凸部位的错动、挤压来抵抗扭矩，从而充分地利用钢纤维混凝土的高强抗剪性能。

具体地，所述抱箍由两块抱箍节段围合形成，所述第一卡槽和第二卡块设于其中一块抱箍节段上，所述第一卡块和第二卡槽设于另一抱箍节段上。

所述锁止机构通过固定部与箍带固定，所述锁止机构设于固定部靠近所述箍带自由端的一端，所述固定部远离所述箍带自由端的一端用于固定所述拉紧机构。

作为拉紧机构的一种具体结构形式，所述拉紧机构包括棘轮箱、通过转轴安装于棘轮箱中的棘轮，以及设于棘轮箱上用于驱动棘轮旋转的驱动件；所述棘轮箱安装于所述固定部上，所述棘轮箱中位于棘轮的一侧设有可供所述箍带自由端通过的第一通道，所述箍带自由端朝向棘轮的表面设有多个沿箍带延伸方向间隔设置的齿槽，所述棘轮的圆周上间隔设置有多个与齿槽配合的棘齿，所述驱动件可带动所述棘轮转动，以使所述棘齿带动所述箍带自由端在所述第一通道中运动从而将所述箍带的两端拉紧。

所示驱动件为摇把，所述转轴从所述棘轮箱中穿出并与所述摇把固连。

转动拉紧机构上的摇把，带动内部的棘爪转动进而带动钢套箍的滑动，以改变钢套箍两端的相对滑动从而达到张拉预应力的目的。

所述固定部上开设有插槽，所述棘轮箱朝向所述固定部的一端设有可插入所述插槽中的插板。将插板对准固定部侧面的插槽插入，即可将拉紧机构固定在固定部上。

作为锁止机构的一种结构形式，所述锁止机构包括锁架和设于锁架中的锁齿；所述锁架安装于所述固定部上，所述锁架中位于锁齿的一侧设有可供箍带自由端通过的第二通道，所述锁齿背对所述箍带自由端的一端与锁架铰接，所述锁齿朝向所述箍带自由端的一端与箍带自由端的齿槽配合，所述箍带自由端停止运动时所述锁齿卡入其中一个齿槽中从而将所述箍带的两端固连。

所述箍带的自由端连接有扎带，所述齿槽开设于所述扎带上。

所述扎带朝向棘轮的表面设有多个朝向棘轮延伸的卡齿，多个卡齿沿扎带延伸方向间隔设置，相邻两个卡齿之间形成所述齿槽。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的桥墩加固装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：将各抱箍按顺序依次固定在桥墩上；

S2：将各箍带包绕在相应的抱箍上；

S3：通过拉紧机构按顺序将各箍带的两端拉紧以使相应的抱箍抱紧桥墩，并将相应的锁止机构固定拉紧后的箍带两端。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用分段加固充分利用钢纤维混凝土的抗压性能，防止其因反复受拉而发生开裂脱落，从而导致桥墩的抗弯承载力降低；采用凹凸形的设计使得当上部结构产生扭转效应时，可以通过节段间凹凸部位的错动、挤压来抵抗扭矩，从而充分地利用钢纤维混凝土的高强抗剪性能；沿桥墩全高设置能防止桥墩因局部混凝土达到抗扭极限承载力而失效；同时采用外包预应力钢套箍施加横向预应力技术可解决或改善剪应力滞后效应问题，能有效提高加固效果，预应力张拉完毕后张拉装置可以拆除，重复使用，经济环保。在运营期出现预应力松弛后，可方便地再次张拉。

附图说明

图1为本发明实施例的桥墩加固装置的应用示意图。

图2为抱箍的结构示意图。

图3为墩中抱箍单元的结构示意图。

图4为图3的俯视结构示意图（抱箍未示出）。

图5为图3的侧视结构示意图（抱箍未示出）。

图6为墩顶抱箍单元的结构示意图。

图7为墩底抱箍单元的结构示意图。

图8为抱箍预应力张拉原理图。

图9为拉紧机构装拆结构示意图。

图例说明：1、拉紧机构；11、棘轮箱；111、第一通道；112、插板；12、棘轮；121、棘齿；13、驱动件；14、转轴；2、抱箍；21、抱箍节段；22、第一卡槽；23、第一卡块；24、第二卡槽；25、第二卡块；3、箍带；31、固定端；32、自由端；33、齿槽；4、锁止机构；41、锁架；411、第二通道；42、锁齿；43、铰接轴；5、固定部；51、插槽；6、扎带；61、卡齿；7、桥墩；8、螺栓。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本实施例的桥墩加固装置，包括拉紧机构1和沿桥墩7高度方向依次相连的多个抱箍单元，抱箍单元沿桥墩全高分为40-50节段布置。抱箍单元包括环抱桥墩7的抱箍2和包绕在抱箍2外圆周上的箍带3，抱箍2由多块抱箍节段21沿桥墩7的圆周方向围合形成；箍带3具有固定端31和自由端32，固定端31上设有锁止机构4；拉紧机构1用于将箍带3的两端拉紧以使抱箍2抱紧桥墩7；锁止机构4固定拉紧后的箍带3两端以将箍带3锁止于拉紧状态。

箍带3采用 Q235 级普通碳素钢，其高度为一节段不凹凸部分的80%。

如图2和3所示，墩中抱箍2的上端沿圆周方向间隔设有第一卡槽22和第一卡块23，抱箍2下端沿圆周方向间隔设有第二卡槽24和第二卡块25；第二卡块25卡入抱箍2下方的抱箍2的第一卡槽22中，第一卡块23卡入抱箍2上方的抱箍2的第二卡槽24中。抱箍2由两块抱箍节段21围合形成，第一卡槽22和第二卡块25设于其中一块抱箍节段21上，第一卡块23和第二卡槽24设于另一抱箍节段21上。

如图6所示，墩顶抱箍2的上端无卡槽和卡块，抱箍2下端沿圆周方向间隔设有第二卡槽24和第二卡块25。如图1所示，第二卡块25卡入墩顶抱箍2下方的抱箍2的第一卡槽22中，墩顶抱箍2下方的抱箍2的第二卡块25卡入墩顶抱箍2的第二卡槽24中。

如图7所示，墩底抱箍2的下端无卡槽和卡块，墩底抱箍2的上端沿圆周方向间隔设有第一卡槽22和第一卡块23。如图1所示，第一卡块23卡入墩底抱箍2上方的抱箍2的第二卡槽24中，墩底抱箍2上方的抱箍2的第二卡块25卡入墩底抱箍2的第一卡槽22中。

如图3-8所示，锁止机构4通过固定部5与箍带3固定，锁止机构4设于固定部5靠近箍带3自由端32的一端，固定部5远离箍带3自由端32的一端用于固定拉紧机构1。

如图8所示，拉紧机构1包括棘轮箱11、通过转轴14安装于棘轮箱11中的棘轮12，以及设于棘轮箱11上用于驱动棘轮12旋转的驱动件13，驱动件13为摇把，转轴14从棘轮箱11中穿出并与摇把固连。如图9所示，固定部5上开设有插槽51，棘轮箱11朝向固定部5的一端设有可插入插槽51中的插板112。将插板112对准某一抱箍单元的固定部5侧面的插槽51插入，即可将拉紧机构固定在此抱箍单元的固定部5上，从而可进行此抱箍单元的拉紧工作。

箍带3的自由端32连接有扎带6，棘轮箱11中位于棘轮12的一侧设有可供扎带6通过的第一通道111，扎带6朝向棘轮12的表面设有多个朝向棘轮12延伸的卡齿61，多个卡齿61沿扎带6延伸方向间隔设置，相邻两个卡齿61之间形成齿槽33，棘轮12的圆周上间隔设置有多个与齿槽33配合的棘齿121，驱动件13可带动棘轮12转动，以使棘齿121带动扎带6在第一通道111中运动从而将箍带3的两端拉紧。

继续参阅图8，锁止机构4包括锁架41和设于锁架41中的锁齿42；锁架41安装于固定部5上，锁架41中位于锁齿42的一侧设有可供扎带6通过的第二通道411，锁齿42背对扎带6的一端通过铰接轴43与锁架41铰接，锁齿42朝向扎带6的一端与扎带6的齿槽33配合，扎带6停止运动时锁齿42卡入其中一个齿槽33中从而将箍带3的两端固连。

上述桥墩加固装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，安装抱箍2。将各抱箍2的两个抱箍节段21沿桥墩全高定位安装后用架子进行固定。

步骤2，安装预应力钢套箍（即箍带3）。安装前，箍带3的固定端31采用高强螺栓固定有固定部5。箍带3的自由端32采用高强螺栓8固定有扎带6。底板靠近扎带6的一端固定有锁止机构4。

将钢套箍的一端绕过抱箍2，定好位置后，将扎带6穿过锁止机构4的第二通道411，此时由于锁齿42的作用，锁齿42上端与锁架41铰接，该组成特点不会使扎带6发生反向滑动，并进行初步固定，不使钢套箍滑动即可。

步骤3，安装拉紧机构1。将拉紧机构1的插板112对准固定部5侧面的插槽51，然后插入，将扎带6穿过棘轮箱11的第一通道111。

步骤4，张拉预应力。转动棘轮箱11上的摇把，使转轴14发生转动，从而带动内部的棘轮12转动，扎带6上的卡齿61在棘齿121的转动下会发生滑动，从而造成钢套箍两端的相对滑动来达到张拉预应力的效果。

步骤5，拆除拉紧机构1。预应力张拉完毕后，稍微回调下摇把，直至锁齿42卡入扎带6上的齿槽33为止。然后将拉紧机构1从插槽51中抽出即可。

步骤6，步骤2~步骤5在沿桥墩全高布置的节段上重复进行，顺序自上至下，直至施工完成为止。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种桥墩加固装置，其特征在于，包括拉紧机构（1）和沿桥墩（7）高度方向依次相连的多个抱箍单元，所述抱箍单元包括环抱桥墩（7）的抱箍（2）和包绕在抱箍（2）外圆周上的箍带（3），所述抱箍（2）由多块抱箍节段（21）沿桥墩（7）的圆周方向围合形成，所述抱箍节段（21）由钢纤维混凝土制成；所述箍带（3）具有固定端（31）和自由端（32），所述固定端（31）上设有锁止机构（4）；所述拉紧机构（1）用于将所述箍带（3）的两端拉紧以使抱箍（2）抱紧桥墩（7）；所述锁止机构（4）固定拉紧后的箍带（3）两端以将所述箍带（3）锁止于拉紧状态；

所述锁止机构（4）通过固定部（5）与箍带（3）固定，所述锁止机构（4）设于固定部（5）靠近所述箍带（3）自由端（32）的一端，所述固定部（5）远离所述箍带（3）自由端（32）的一端用于固定所述拉紧机构（1）；

所述拉紧机构（1）包括棘轮箱（11）、通过转轴（14）安装于棘轮箱（11）中的棘轮（12），以及设于棘轮箱（11）上用于驱动棘轮（12）旋转的驱动件（13）；所述棘轮箱（11）可拆卸安装于所述固定部（5）上，所述棘轮箱（11）中位于棘轮（12）的一侧设有可供所述箍带（3）自由端（32）通过的第一通道（111），所述箍带（3）自由端（32）朝向棘轮（12）的表面设有多个沿箍带（3）延伸方向间隔设置的齿槽（33），所述棘轮（12）的圆周上间隔设置有多个与齿槽（33）配合的棘齿（121），所述驱动件（13）可带动所述棘轮（12）转动，以使所述棘齿（121）带动所述箍带（3）自由端（32）在所述第一通道（111）中运动从而将所述箍带（3）的两端拉紧；

所述驱动件（13）为摇把，所述转轴（14）从所述棘轮箱（11）中穿出并与所述摇把固连；

所述锁止机构（4）包括锁架（41）和设于锁架（41）中的锁齿（42）；所述锁架（41）安装于所述固定部（5）上，所述锁架（41）中位于锁齿（42）的一侧设有可供箍带（3）自由端（32）通过的第二通道（411），所述锁齿（42）背对所述箍带（3）自由端（32）的一端与锁架（41）铰接，所述锁齿（42）朝向所述箍带（3）自由端（32）的一端与箍带（3）自由端（32）的齿槽（33）配合，所述箍带（3）自由端（32）停止运动时所述锁齿（42）卡入其中一个齿槽（33）中从而将所述箍带（3）的两端固连。

2.根据权利要求1所述的桥墩加固装置，其特征在于，所述抱箍（2）上端沿圆周方向间隔设有第一卡槽（22）和第一卡块（23），所述抱箍（2）下端沿圆周方向间隔设有第二卡槽（24）和第二卡块（25）；所述第二卡块（25）卡入所述抱箍（2）下方的抱箍（2）的第一卡槽（22）中，所述第一卡块（23）卡入所述抱箍（2）上方的抱箍（2）的第二卡槽（24）中。

3.根据权利要求2所述的桥墩加固装置，其特征在于，所述抱箍（2）由两块抱箍节段（21）围合形成，所述第一卡槽（22）和第二卡块（25）设于其中一块抱箍节段（21）上，所述第一卡块（23）和第二卡槽（24）设于另一抱箍节段（21）上。

4.根据权利要求1所述的桥墩加固装置，其特征在于，所述箍带（3）的自由端（32）连接有扎带（6），所述齿槽（33）开设于所述扎带（6）上。

5.根据权利要求4所述的桥墩加固装置，其特征在于，所述扎带（6）朝向棘轮（12）的表面设有多个朝向棘轮（12）延伸的卡齿（61），多个卡齿（61）沿扎带（6）延伸方向间隔设置，相邻两个卡齿（61）之间形成所述齿槽（33）。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的桥墩加固装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：将各抱箍（2）按顺序依次固定在桥墩（7）上；

S2：将各箍带（3）包绕在相应的抱箍（2）上；

S3：通过拉紧机构（1）按顺序将各箍带（3）的两端拉紧以使相应的抱箍（2）抱紧桥墩（7），并将相应的锁止机构（4）固定拉紧后的箍带（3）两端。