CN110939076B - 一种拱桥加固装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拱桥加固装置及方法，包括梯形钢垫板、固定支座、套管和预应力钢绞线，梯形钢垫板设有多个，多个梯形钢垫板固定于拱桥的底面的两端，多个梯形钢垫板之间的拱桥的底面均布多个固定支座，多个固定支座均固定连接拱桥的底面，多个固定支座之间连接有套筒，预应力钢绞线的两端固定于梯形钢垫板，预应力钢绞线穿过多个套筒。本发明同时解决混凝土开裂及跨中下挠问题的，且构件加工简单，施工方便快捷。

Description

一种拱桥加固装置及方法

技术领域

本发明涉及拱桥施工领域，具体的，涉及一种拱桥加固装置及方法。

背景技术

随着拱桥服务年限的不断增加，以及日益增长的桥面交通荷载，这必然导致拱桥混凝土出现跨中下挠、混凝土开裂等病害，从而降低拱桥承载力及桥梁的稳定性，需对其进行加固处理。在现有的拱桥加固技术领域中，主要有以下几种拱桥加固方法：

①增大截面法：该方法是目前应用最广泛的加固方法，虽能够增大截面的抗弯刚度，起到加固作用。但是，发明人认为，该方法的加固层尺寸往往较大，这一方面加大了加固区混凝土自重荷载，损耗了拱桥原有承载力；另一方面，加固区只能被动受力，不能主动承载；且现浇加固区时不环保。

②外贴碳纤维布法：该方法能很好的抑制混凝土裂缝的发展，施工方便快捷，且加固期间不会影响桥面交通。但该方法不能从根本上解决问题，发明人认为，其不能解决跨中下挠问题，且碳纤维布随着时间的增加，容易出现脱落、老化等问题。

③喷锚支护法：借鉴岩土中的喷锚支护方法，对混凝土开裂部位喷射高强混凝土。该方法早期强度大，粘结性能好，施工操作方便，能够很好的控制开裂问题。但是，发明人认为，该方法在加固后期容易出现强度下降问题，最终还会导致混凝土开裂，不利于拱桥永久使用。

拱桥的其他加固方法，比如粘贴钢板加固法、减载法、改变结构体系法和增加支撑法等，均不能同时解决拱桥混凝土开裂及跨中下挠问题，且存在中断桥面交通、施工复杂困难及经济性差等问题。

发明内容

针对现有的拱桥二次施工加固方法的不足，本发明旨在提供一种可控的且能够同时解决混凝土开裂及跨中下挠问题的，且构件加工简单，施工方便快捷的拱桥加固装置。

本发明的第一目的，是提供一种拱桥加固装置。

本发明的第二目的，是提供一种拱桥加固方法。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

第一方面，本发明公开了一种拱桥加固装置，包括梯形钢垫板、固定支座、套管和预应力钢绞线，梯形钢垫板至少设有两个，拱桥的底面的两端至少分别固定一个梯形钢垫板，拱桥的底面的两端之间均布多个固定支座，多个固定支座均固定连接拱桥的底面，多个固定支座之间连接有套筒，固定支座和梯形钢垫板之间连接有套筒，预应力钢绞线的两端固定于梯形钢垫板，预应力钢绞线穿过多个套筒。

进一步，所述固定支座包括垫板、钢柱和V形连接件，钢柱的两端分别连接垫板和V形连接件。

进一步，所述V形连接件包括第一筒状件和第二筒状件，第一筒状件的一端连接第二筒状件的一端，第一筒状件和第二筒状件之间呈V形。

进一步，所述第一筒状件和所述第二筒状件均通过多个钢柱连接垫板。

进一步，所述梯形钢垫板的外侧连接锚环，锚环具有供预应力钢绞线穿过的孔，所述预应力钢绞线的端部连接夹片，夹片能够阻止预应力钢绞线的端部穿过锚环的孔。

进一步，所述夹片呈圆台形，所述夹片的中心轴处具有用于夹持预应力钢绞线的孔，所述夹片的孔的孔壁具有螺纹。

进一步，所述套筒为钢管套筒。

进一步，所述固定支座和所述梯形钢垫板均具有用于供自锚螺栓穿过的孔。

进一步，所述预应力钢绞线还套接预应力波纹管。

第二方面，本发明公开了一种拱桥加固方法，包括以下步骤：

拱桥的底面的两端均固定连接梯形钢垫板；

拱桥的底面的两端的梯形钢垫板之间的拱桥底面等距固定连接多个固定支座；

多个固定支座之间连接钢管套筒；

将预应力钢绞线的两端固定于梯形钢垫板，且穿过多个钢管套筒。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

1)本发明中，使用的构件均为钢构件，在保留合理的强度的同时可以其体积可以做到相对较小的程度，相较于传统的拱桥加固方法，自重荷载小，对拱桥原有承载力损耗较小，由于本实施例中还通过预应力钢绞线连接多个加固构件，其预应力可调，因此其可以主动承载拱桥的应力和自重力，解决下挠问题，且本实施例中大量使用钢构件，有利于提升施工的效率和最终成品的质量。

2)本发明中，由于使用可调预应力的锚固体系，在加固后期通过对锚固体系的调整，可以有效防范强度下降的问题。

3)本发明中，通过张拉拱底两侧的预紧力可控的锚固体系中的钢绞线，使钢绞线内部产生预紧力，从而对固定支座提供支撑力。该支撑力一方面提供拱底混凝土切向方向的力，该切向力能够抑制混凝土裂缝的发展，且张拉后在裂缝中灌入AB-1灌浆树脂18，该AB-1灌浆树脂18的抗拉强度及粘接强度较高，不会造成二次开裂问题，从而使得混凝土裂缝病害得到解决；另一方面，该支撑力提供法向方向的力，该法向力能够顶起下挠混凝土，使跨中下挠问题得到解决。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1中的拱桥及加固装置主视图，

图2为图1中A-A断面详图，

图3为实施例1中的固定支座详图，

图4为实施例1中的锚固体系图，

图5为实施例1中的自锚螺栓的锚固效果图。

图中，1、待加固拱桥；2、固定支座；3、V形连接件；4、钢管套筒；5、锚固体系；6、自锚螺栓；7、预应力钢绞线；8、预应力金属波纹管；9、垫板；10、短钢管柱；11、梯形钢垫板；12、锚环；13、夹片；14、螺母钢垫圈；15、带有栓塞的螺栓栓杆；16、带有豁口的钢套管；17、螺母；18、AB-1灌浆树脂。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术，针对现有的拱桥二次施工加固方法的不足，本发明旨在提供一种可控的且能够同时解决混凝土开裂及跨中下挠问题的，且构件加工简单，施工方便快捷的拱桥加固装置，现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

本实施例公开了一种拱桥加固装置，其适用于在拱桥的使用周期中对拱桥进行加固，拱桥的使用周期受其使用环境和自身结构的影响往往不同，而本实施例所提供的加固装置能够用于大多数拱桥。

请参考图1，本实施例的具体结构，包括固定支座2、钢管套筒4、锚固体系5、预应力钢绞线7和预应力金属波纹管8，固定支座2具有多个，多个固定支座2均贴于拱桥底面，相邻固定支座2之间连接有钢管套筒4；锚固体系5固定于拱桥的两端，预应力钢绞线7的端部固定于锚固体系5，预应力钢绞线7穿过预应力金属波纹管8和多个钢管套筒4。

具体的，固定支座2包括垫板9、短钢管柱10和V形连接件3，通过自锚螺栓6穿过预留有栓孔的垫板9，将垫板9锚固在待加固拱桥1的拱底混凝土上；固定支座2沿环向均匀布置，在垫板9的两端各焊接有三根短钢管柱10；所述V形连接件3的一端连接短钢管柱10。

本实施例中的V形连接件3包括第一管件和第二管件，第一管件的一端和第二管件的一端连接，第一管件和第二管件之间呈V形。可以理解的是，本实施例中的，第一管件通过三根短钢管柱10连接垫板9，第二管件通过三根短钢管柱10连接垫板9。

本实施例中的垫板9采用的是钢垫板9，垫板9在本实施例中的作用是与拱桥的底面相接触，从而托举拱桥。

可以理解的是，本实施例中的钢管套筒4为一段长度为1米的直钢管，钢管套筒4两端均焊接在V形连接件3上，钢管套筒4外径与V形连接件3中的钢管内径相等，且钢绞线从其内部穿过，钢管套筒4沿着拱桥的环向均匀布置。

因此，本实施例中，由于所有的垫板9均用于托举拱桥，相邻的两个垫板9之间的间距也即钢管套筒4的长度，在三根短钢管柱10长度不变的情况下，本实施例中的钢管套筒4总体几何走向和拱桥的底面相近。本实施例中通过钢管套筒4的设置，使得相邻的垫板9连为一体。

更为具体的，本实施例中的所述预紧力可控的锚固体系5包括梯形钢垫板11、夹片13、锚环12以及保护帽，通过锚固螺栓将梯形钢垫板11固定在拱桥底部混凝土结构的两端，梯形钢垫板11连接锚环12，锚环12为预留有孔的圆柱状钢盘，供钢绞线穿过，且其外壁设有螺纹；预应力钢绞线7穿过梯形钢垫板11和锚环12，预应力钢绞线7的端部连接夹片13，夹片13位于锚环12的外部，夹片13能够组织预应力钢绞线7的端部从锚环12的孔中穿过，从而其端部被锚环12限位；保护帽位于钢绞线的两端，且其内壁设有螺纹，便于其与锚环12拧紧，从而保护锚固体系5以及钢绞线端头；夹片13呈圆台形、三片为一幅，预应力钢绞线7的端部固定连接至少一幅夹片13；预应力钢绞线7从夹片13的中心轴处穿过，夹片13与钢铰线接触面设有倒齿形螺纹，此夹片13对钢铰线损伤小，且锚固效率高，永久性、可靠性均很好。

可以理解的是，本实施例中，固定支座和梯形钢垫板之间连接有钢管套筒。

因此，本实施例的整体锚固体系5为，拱桥的底面的两端均设有梯形钢垫板11，且梯形钢垫板11通过锚固螺栓固定连接于拱桥本体；两个梯形钢垫板11之间的拱桥底面均布多个固定支座2，多个固定支座2之间连接有钢管套筒4；预应力钢绞线7的两端固定于梯形钢垫板11，且穿过多个钢管套筒4。

可以看出，本实施例中，使用的构件均为钢构件，在保留合理的强度的同时可以其体积可以做到相对较小的程度，相较于传统的拱桥加固方法，自重荷载小，对拱桥原有承载力损耗较小，由于本实施例中还通过预应力钢绞线7连接多个加固构件，其预应力可调，因此其可以主动承载拱桥的应力和自重力，解决下挠问题，且本实施例中大量使用钢构件，有利于提升施工的效率和最终成品的质量。

同时，由于本实施例中，由于使用可调预应力的锚固体系5，在加固后期通过对锚固体系5的调整，可以有效防范强度下降的问题。

实施例2

本实施例公开了一种拱桥加固方法，在经过本实施例的加工后，拱桥的底侧能形成如实施例1所示的拱桥加固装置。

本实施例包括以下步骤：

使用自锚螺栓6穿过预留有栓孔的垫板9，随后自锚螺栓6穿入在拱底混凝土预先打好的孔洞之中，并借助工具将带有豁口的钢套管16打入带有栓塞的螺栓栓杆15的锥体内，此时带有豁口的钢套管16的豁口端开始扩张，把自锚螺栓6初步锚固在待加固拱桥1的拱底混凝土上；

然后在自锚螺栓6放上螺母17钢垫圈14，拧紧自锚螺栓6的螺母17，随着螺母17的拧紧，带有栓塞的螺栓栓杆15的螺杆杆体会向待加固拱桥1的拱底混凝土外移动，与此同时栓塞也不断伸入带有豁口的钢套管16，带有栓塞的螺栓栓杆15中的锥体栓塞把套管的豁口进一步扩大，产生的径向挤压力作用于拱底混凝土结构上，最终自锚螺栓6被“胀锚”固定；

将预留有栓孔的垫板9以及梯形钢垫板11、锚环12固定在拱桥的拱底混凝土结构；

将预应力钢绞线7的两端通过三片一幅的圆台形夹片13压紧在锚环12的孔内，钢绞线外套有预应力金属波纹管8，预应力金属波纹管8能够在必要时刻提供支撑力，避免钢绞线受损，且能够使力均匀的传递给固定支座2。

完成上述环向加固装置后，沿着拱桥轴向重复上述内容，直至整桥加固装置施工完毕。

本发明中的拱桥加固装置通过张拉拱底两侧的预紧力可控的锚固体系5中的钢绞线，使钢绞线内部产生预紧力，从而对固定支座2提供支撑力。该支撑力一方面提供拱底混凝土切向方向的力，该切向力能够抑制混凝土裂缝的发展，且张拉后在裂缝中灌入AB-1灌浆树脂18，该AB-1灌浆树脂18的抗拉强度及粘接强度较高，不会造成二次开裂问题，从而使得混凝土裂缝病害得到解决；另一方面，该支撑力提供法向方向的力，该法向力能够顶起下挠混凝土，使跨中下挠问题得到解决。

本实施例中采用的钢绞线为“一股七束，一束七根”的形式。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种拱桥加固装置，其特征在于，包括梯形钢垫板、固定支座、套管和预应力钢绞线，梯形钢垫板至少设有两个，拱桥的底面的两端至少分别固定一个梯形钢垫板，拱桥的底面的两端之间均布多个固定支座，多个固定支座均固定连接拱桥的底面，多个固定支座之间连接有套筒，固定支座和梯形钢垫板之间连接有套筒，预应力钢绞线的两端固定于梯形钢垫板，预应力钢绞线穿过多个套筒；

所述固定支座包括垫板、钢柱和V形连接件，钢柱的两端分别连接垫板和V形连接件；通过张拉拱底两侧的预紧力可控的锚固体系中的钢绞线，使钢绞线内部产生预紧力，从而对固定支座提供支撑力；所述V形连接件包括第一筒状件和第二筒状件，第一筒状件的一端连接第二筒状件的一端，第一筒状件和第二筒状件之间呈V形。

2.如权利要求1所述的拱桥加固装置，其特征在于，所述第一筒状件和所述第二筒状件均通过多个钢柱连接垫板。

3.如权利要求1所述的拱桥加固装置，其特征在于，所述梯形钢垫板的外侧连接锚环，锚环具有供预应力钢绞线穿过的孔，所述预应力钢绞线的端部连接夹片，夹片能够阻止预应力钢绞线的端部穿过锚环的孔。

4.如权利要求3所述的拱桥加固装置，其特征在于，所述夹片呈圆台形，所述夹片的中心轴处具有用于夹持预应力钢绞线的孔，所述夹片的孔的孔壁具有螺纹。

5.如权利要求1所述的拱桥加固装置，其特征在于，所述套筒为钢管套筒。

6.如权利要求1所述的拱桥加固装置，其特征在于，所述固定支座和所述梯形钢垫板均具有用于供自锚螺栓穿过的孔。

7.如权利要求1所述的拱桥加固装置，其特征在于，所述预应力钢绞线还套接预应力波纹管，预应力波纹管套接于套筒内侧。

8.一种基于权利要求1-7任一所述的拱桥加固装置的拱桥加固方法，其特征在于，包括以下步骤：拱桥的底面的两端均固定连接梯形钢垫板；

拱桥的底面的两端的梯形钢垫板之间的拱桥底面等距固定连接多个固定支座；

多个固定支座之间连接钢管套筒；

将预应力钢绞线的两端固定于梯形钢垫板，且穿过多个钢管套筒。

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