CN110565547B - 一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁加固技术领域，具体是涉及一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置及方法，所述装置是由固定端基座和张拉端基座之间张拉碳纤维布条构成；固定端基座和张拉端基座结构相同，均是由底板和盖板夹持夹片锚具组成。夹片锚具包括夹片底片和夹片盖片；夹片盖片形状为沿轴线切开的半圆台，且在半圆台与切面相平的两侧位置设置有夹翼；盖板为横截面是长方形的钢条，沿长方形短边方向可将底板分为固定区和锚杯区；锚杯区间隔设置有与夹片锚具形状相适配的锚杯槽，锚杯槽之间间隔距离为2cm。本发明采用复合加固法对斜腿钢构桥梁的支顶出进行加固后，桥梁承载能力以及变形能力都得到了较大的提升，而且改良了传统碳纤维加固法存在的生效延后缺陷。

Description

一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置及方法

技术领域

本发明涉及桥梁加固技术领域，具体是涉及一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置及方法。

背景技术

斜腿刚架桥是指桥跨结构(主梁)和支撑(斜腿)两者斜向整体相连的桥梁。在竖向荷载的作用下，由于主梁和斜腿是刚性连接，将在梁柱节点处产生负弯矩，从而减少了跨中的正弯矩峰值，结构构件的截面尺寸也得以相应的减少。此外，斜腿刚架式桥具有外形轻巧、桥下净空大、抗风性强、可利用悬臂施工法建造等优点，在工程中得到广泛的应用。

在斜腿刚架桥中，节点是指斜腿与主梁连接的地方，它包括主梁和支柱相交的节点核心及临近核心区的梁端和柱端，起了传递、分配内力和保证结构整体性的作用，该节点必须具有足够大的刚度，以保证主梁和立柱的刚性连接。

近年来，我国公路建设事业蓬勃发展，交通量不断增大，车辆荷载也在逐年增加，已经服役多年的旧斜腿刚架桥的节点开始不适应新的交通要求，在重交通量、大吨位车的长期作用下出现了较多病害，亟需加固和改造。

目前对于斜腿钢架桥的修复办法主要包括增大主拱截面加固法、粘贴加固法和改变结构受力体系加固法。增大主拱截面加固法主要是通过使用钢筋混凝土对拱肋截面进行加厚，从而达到增加承载力的目的，但这种方法存在工程量大，工时长、对桥体增重严重的缺点；粘贴加固法是通过在主拱圈的受拉区粘贴高强材料的方式，提高桥梁承载力，但这种方法存在粘贴材料的受拉往往延迟与钢筋屈服的现象，导致加固效果生效不及时；改变结构受力体力加固法是通过改变桥梁结构受力体系达到减少桥梁主拱圈的内力的方法，因需要改变桥梁结构，所以往往投入金额巨大，工程量和工时都超过别的修复方法。

因此，亟需一种相对而言，工程量小，对桥梁改造程度小，又能及时有效提高桥梁承载力的方法。

发明内容

为了实现以上目的，本发明提供了一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置及方法，通过吸收增大主拱截面加固法、粘贴加固法和改变结构受力体系加固法的优点，给出了一种对于斜腿钢构桥的复合修复方法，具有工程量小，见效快，适应性强的特点，具体的技术方案如下：

目前斜腿钢构桥的支顶处存在产生裂缝的现象，随着使用年限的增加，这种现象会随之恶化，所以应该及时对出现裂缝的桥梁进行修复。

本发明提供了一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置，是由固定端基座和张拉端基座之间张拉碳纤维布条构成；所述固定端基座和张拉端基座结构相同，均是由底板和盖板夹持夹片锚具组成。

所述夹片锚具包括夹片底片和夹片盖片；所述夹片盖片形状为沿轴线切开的半圆台，且在所述半圆台与切面相平的两侧位置设置有夹翼；所述夹片底片除了在半圆台底端设置有固定环外，其余结构均与夹片盖片相同。

所述盖板为横截面是长方形的钢条，沿长方形短边方向可将底板分为固定区和锚杯区；所述锚杯区间隔设置有与所述夹片锚具形状相适配的锚杯槽，所述锚杯槽之间间隔距离为1.5～2cm；所述盖板沿长方形长边方向间隔设置有成对的固定孔，每对固定孔的位置处于所述锚杯槽的间隔位置上。

当固定端基座和张拉端基座安装完成后，碳纤维布条会由于回弹现象而收缩，在摩擦力的作用下带动夹片锚具朝向锚杯槽运动，由于锚杯槽为收口结构，因而夹片锚具会受到更大的压迫力，从而加大对碳纤维布条的夹持力度。

所述底板除了在锚杯区相平位置设置有连接装置安装槽外，其余结构与所述盖板结构相同。

进一步地，所述碳纤维布条是由多层碳纤维布粘合组成，宽度与所述夹片锚具的宽度相同。

进一步地，所述加固装置还包括连接装置，所述连接装置包括固定板和连接杆；所述固定板两端设置有与所述底板的连接装置安装槽形状相适配的安装榫头，中心部位设置有连接轴，在所述连接轴四周设置有固定孔；所述连接杆两端设置有与所述连接轴相适配的连接头。连接装置的作用为分担梁对于节点的剪切力，减缓内应力对于节点处的破坏，增大桥梁的承载力。

进一步地，所述斜腿钢构桥梁支顶加固装置还包括张拉夹板和千斤顶；所述张拉夹板用于碳纤维布条进行张拉作业时，碳纤维布条张拉端的夹持；所述千斤顶用于张拉作业时，张拉夹板与张拉端基座之间的张力提供，对包裹区域施加预应力。

利用上文所说的加固装置的对斜腿钢构桥梁进行加固的方法包括以下步骤：

S1：在进行碳纤维加固前，需对混凝土表面的可见裂缝进行处理：对于裂缝宽度大于2mm的，进行压浆处理；对于裂缝宽度小于2mm，但混凝土较为破碎的，进行封闭处理；

S2：在进行碳纤维加固前，对混凝土缺陷部分进行处理：对于对于锈蚀钢筋应进行除锈，然后利用砂轮、脚磨机等工具对混凝土表面的浮浆及油污等杂质进行打磨处理；

S3：在斜腿钢构桥梁的梁与斜腿连接处的钝角面，使用结构胶将所述固定端基座的底板粘贴在梁打磨过的位置，再用高强度螺栓将所述底板固定；

S4：将固定端基座的底板固定后，依次安装所述连接装置的固定板、张拉端基座的底板；

S5：根据所需长度截取碳纤维布条，将每根碳纤维布条穿过所述夹片底片的固定环后，将每个夹片底片嵌于固定端基座的底板的锚杯槽中；然后依次合上夹片盖板和固定端基座的盖板，使用高强度螺栓将固定端基座固定；

S6：进行张拉作业后，将碳纤维布条的另一端通过张拉端基座固定；

S7：根据需求长度选取合适尺寸的连接杆，将所述连接杆一端连接头与已经固定好的连接装置的固定板通过连接轴连接，另一端与另一空闲连接装置的固定板连接；

S8：在斜腿钢构桥梁的梁与斜腿连接处的钝角面，使用结构胶将所述空闲连接装置的固定板粘贴在斜腿打磨过的位置，保证连接杆与水平面之间的夹角在-45°～-60°之间，最后用高强度螺栓将所述固定板固定；

S9：以斜腿上固定好的连接装置的固定板为起点，重复步骤1S～S7，对斜腿进行碳纤维加固；

S10：碳纤维固定完成后，需要在碳纤维布条外表面涂抹一层胶料，形成表面防护层，防护层可以采用在黏结胶料中加入少量的滑石粉的方法配制。

与现有的斜腿钢构桥梁支顶加固方法相比，本发明的有益效果是：

本发明采用复合加固法对斜腿钢构桥梁的支顶出进行加固后，桥梁承载能力以及变形能力都得到了较大的提升，而且改良了传统碳纤维加固法存在的生效延后缺陷——在碳纤维布使用量较小时，也能帮助钢筋承载应力变化导致的形变，最大程度发挥出碳纤维材料作为高强材料的强度优势。

附图说明

图1是斜腿钢构桥梁支顶裂纹缺陷示意图；

图2是本发明对于斜腿钢构桥梁支顶的加固示意图；

图3是本发明对于梁的加固示意图；

图4是本发明固定端基座(张拉端基座)的结构示意图；

图5是本发明固定端基座(张拉端基座)的侧视图；

图6是本发明夹片锚具的结构示意图；

图7是本发明连接装置的连接示意图。

图中：1-固定端基座、11-底板、111-固定区、112-锚杯区、1121-锚杯槽、12-盖板、113-固定孔、114-连接装置安装槽、13-夹片锚具、131-夹片底片、132-夹片盖片、133-半圆台、134-夹翼、135-固定环、2-张拉端基座、3-连接装置、31-固定板、311-安装榫头、312-连接轴、32-连接杆、321-连接头、4-拉碳纤维布条、5-梁、6-斜腿。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的方式和取得的效果，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述。

实施例

如图1所示，呈现的是目前斜腿钢构桥的支顶处裂缝产生现象，随着使用年限的增加，这种现象会随之恶化，所以应该及时对出现裂缝的桥梁进行修复。

如图2和图3所示的一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置，是由固定端基座1和张拉端基座2之间张拉碳纤维布条4构成；所述固定端基座1和张拉端基座2结构相同，均是由底板11和盖板12夹持夹片锚具13组成。

如图6所示，所述夹片锚具13包括夹片底片131和夹片盖片132；所述夹片盖片132形状为沿轴线切开的半圆台133，且在所述半圆台133与切面相平的两侧位置设置有夹翼134；所述夹片底片131除了在半圆台133底端设置有固定环135外，其余结构均与夹片盖片132相同。

如图4和图5所示，所述盖板12为横截面是长方形的钢条，沿长方形短边方向可将底板分为固定区111和锚杯区112；所述锚杯区112间隔设置有与所述夹片锚具13形状相适配的锚杯槽1121，所述锚杯槽1121之间间隔距离为2cm；所述盖板12沿长方形长边方向间隔设置有成对的固定孔113，每对固定孔113的位置处于所述锚杯槽1121的间隔位置上。

当固定端基座1和张拉端基座2安装完成后，碳纤维布条4会由于回弹现象而收缩，在摩擦力的作用下带动夹片锚具朝向锚杯槽1121运动，由于锚杯槽1121为收口结构，因而夹片锚具会受到更大的压迫力，从而加大对碳纤维布条4的夹持力度。

所述底板11除了在锚杯区112相平位置设置有连接装置安装槽114外，其余结构与所述盖板12结构相同。

如图2和图3所示，所述碳纤维布条4是由多层碳纤维布粘合组成，宽度与所述夹片锚具13的宽度相同。

如图7所示，所述加固装置还包括连接装置3，所述连接装置3包括固定板31和连接杆32；所述固定板31两端设置有与所述底板11的连接装置安装槽114形状相适配的安装榫头311，中心部位设置有连接轴312，在所述连接轴312四周设置有固定孔113；所述连接杆32两端设置有与所述连接轴312相适配的连接头3。连接装置3的作用为分担梁对于节点的剪切力，减缓内应力对于节点处的破坏，增大桥梁的承载力。

所述斜腿钢构桥梁支顶加固装置还包括张拉夹板和千斤顶；所述张拉夹板用于碳纤维布条(4)进行张拉作业时，碳纤维布条(4)张拉端的夹持；所述千斤顶用于张拉作业时，张拉夹板与张拉端基座之间的张力提供，对包裹区域施加预应力。

利用上述加固装置对斜腿钢构桥梁进行加固的方法包括以下步骤：

S1：在进行碳纤维加固前，需对混凝土表面的可见裂缝进行处理：对于裂缝宽度大于2mm的，进行压浆处理；对于裂缝宽度小于2mm，但混凝土较为破碎的，进行封闭处理；

S2：在进行碳纤维加固前，对混凝土缺陷部分进行处理：对于对于锈蚀钢筋应进行除锈，然后利用砂轮、脚磨机等工具对混凝土表面的浮浆及油污等杂质进行打磨处理；

S3：在斜腿钢构桥梁的梁5与斜腿6连接处的钝角面，使用结构胶将所述固定端基座1的底板11粘贴在梁5打磨过的位置，再用高强度螺栓将所述底板11固定；

S4：将固定端基座1的底板11固定后，依次安装所述连接装置3的固定板31、张拉端基座2的底板；

S5：根据所需长度截取碳纤维布条4，将每根碳纤维布4条穿过所述夹片底片131的固定环135后，将每个夹片底片131嵌于固定端基座1的底板11的锚杯槽1121中；然后依次合上夹片盖板132和固定端基座1的盖板12，使用高强度螺栓将固定端基座1固定；

S6：进行张拉作业后，将碳纤维布条4的另一端通过张拉端基座2固定；

S7：根据需求长度选取合适尺寸的连接杆32，将所述连接杆32一端连接头321与已经固定好的连接装置3的固定板31通过连接轴312连接，另一端与另一空闲连接装置3的固定板31连接；

S8：在斜腿钢构桥梁的梁5与斜腿6连接处的钝角面，使用结构胶将所述空闲连接装置3的固定板31粘贴在斜腿6打磨过的位置，保证连接杆32与水平面之间的夹角在-45°，最后用高强度螺栓将所述固定板31固定；

S9：以斜腿6上固定好的连接装置3的固定板31为起点，重复步骤S1～S7，对斜腿6进行碳纤维加固；

S10：碳纤维固定完成后，需要在碳纤维布条4外表面涂抹一层胶料，形成表面防护层，防护层可以采用在黏结胶料中加入少量的滑石粉的方法配制。

实验例

针对本发明所设计的斜腿钢构桥梁支顶加固装置，进行模拟测试，实验模型取梁截面尺寸为150mm×450mm，斜腿截面尺寸为150mm×250mm，梁、斜腿轴线之间的夹角为45°。

所采用的碳纤维布料性能如表1所示；

表1碳纤维材料性能

表2实验模型极限载荷以及节点核心区最大扰度

极限载荷/kN	极限载荷提高程度	核心区最大挠度/mm
			456	40.95	13.96

通过表3可以看出，经过加固后的实验模型的极限荷载比提高了40％以上，加固效果明显。核心区位移计测出的最大挠度也比未加固前提高许多，体现出较好的变形能力。因此可以得出本发明对于斜腿钢构桥梁支顶裂缝处具有很好地加固作用。

Claims (1)

1.一种斜腿钢构桥梁支顶加固装置的加固方法，所述斜腿钢构桥梁支顶加固装置是由固定端基座(1)和张拉端基座(2)之间张拉碳纤维布条(4)构成；所述固定端基座(1)和张拉端基座(2)结构相同，均是由底板(11)和盖板(12)夹持夹片锚具(13)组成；所述夹片锚具(13)包括夹片底片(131)和夹片盖片(132)；所述夹片盖片(132)形状为沿轴线切开的半圆台(133)，且在所述半圆台(133)与切面相平的两侧位置设置有夹翼(134)；所述夹片底片(131)除了在半圆台(133)底端设置有固定环(135)外，其余结构均与夹片盖片(132)相同；所述盖板(12)为横截面是长方形的钢条，沿长方形短边方向可将底板分为固定区(111)和锚杯区(112)；所述锚杯区(112)间隔设置有与所述夹片锚具(13)形状相适配的锚杯槽(1121)，所述锚杯槽(1121)之间间隔距离为1.5cm～2cm；所述盖板(12)沿长方形长边方向间隔设置有成对的固定孔(113)，每对固定孔(113)的位置处于所述锚杯槽(1121)的间隔位置上；所述底板(11)除了在锚杯区(112)相平位置设置有连接装置安装槽(114)外，其余结构与所述盖板(12)结构相同；所述碳纤维布条(4)是由多层碳纤维布粘合组成，宽度与所述夹片锚具(13)的宽度相同；还包括连接装置(3)，所述连接装置(3)包括固定板(31)和连接杆(32)；所述固定板(31)两端设置有与所述底板(11)的连接装置安装槽(114)形状相适配的安装榫头(311)，中心部位设置有连接轴(312)，在所述连接轴(312)四周设置有固定孔(113)；所述连接杆(32)两端设置有与所述连接轴(312)相适配的连接头(321)；还包括张拉夹板和千斤顶；所述张拉夹板用于碳纤维布条(4)进行张拉作业时，碳纤维布条(4)张拉端的夹持；所述千斤顶用于张拉作业时，张拉夹板与张拉端基座之间的张力提供；其特征在于，加固方法包括以下步骤：

S1：在进行碳纤维加固前，需对混凝土表面的可见裂缝进行处理：对于裂缝宽度大于2mm的，进行压浆处理；对于裂缝宽度小于2mm，但混凝土较为破碎的，进行封闭处理；

S2：在进行碳纤维加固前，对混凝土缺陷部分进行处理：对于锈蚀钢筋应进行除锈，然后利用砂轮、脚磨机对混凝土表面的浮浆及油污杂质进行打磨处理；

S3：在斜腿钢构桥梁的梁(5)与斜腿(6)连接处的钝角面，使用结构胶将所述固定端基座(1)的底板(11)粘贴在梁(5)打磨过的位置，再用高强度螺栓将所述底板(11)固定；

S4：将固定端基座(1)的底板(11)固定后，依次安装所述连接装置(3)的固定板(31)、张拉端基座(2)的底板；

S5：根据所需长度截取碳纤维布条(4)，将每根碳纤维布(4)条穿过所述夹片底片(131)的固定环(135)后，将每个夹片底片(131)嵌于固定端基座(1)的底板(11)的锚杯槽(1121)中；然后依次合上夹片盖板(132)和固定端基座(1)的盖板(12)，使用高强度螺栓将固定端基座(1)固定；

S6：进行张拉作业后，将碳纤维布条(4)的另一端通过张拉端基座(2)固定；

S7：根据需求长度选取合适尺寸的连接杆(32)，将所述连接杆(32)一端连接头(321)与已经固定好的连接装置(3)的固定板(31)通过连接轴(312)连接，另一端与另一空闲连接装置(3)的固定板(31)连接；

S8：在斜腿钢构桥梁的梁(5)与斜腿(6)连接处的钝角面，使用结构胶将所述空闲连接装置(3)的固定板(31)粘贴在斜腿(6)打磨过的位置，保证连接杆(32)与水平面之间的夹角在-45°～-60°之间，最后用高强度螺栓将所述固定板(31)固定；

S9：以斜腿(6)上固定好的连接装置(3)的固定板(31)为起点，重复步骤S1～S7，对斜腿(6)进行碳纤维加固；

S10：碳纤维固定完成后，需要在碳纤维布条(4)外表面涂抹一层胶料，形成表面防护层。

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