CN111455877B - 一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其包括如下步骤，步骤一，测量空心板桥的跨径x；选择合适截面的钢横梁，钢横梁为工型钢制成，先依据钢横梁抗剪切刚度曲线公式确定钢横梁抗剪切刚度；步骤二，将钢横梁放置到形成空心板桥的空心板梁下表面，相邻的两个空心板梁为铰缝，铰缝内穿设对拉螺杆，对拉螺杆的下端与钢横梁固定连接，对拉螺杆的上端连接有上钢板；步骤三，在设置对拉螺杆的位置处的铰缝内浇注固接材料，在钢横梁端部固定设置有连接装置，连接装置用于将上钢板和钢横梁固定连接。本发明具有使钢横梁对空心板梁加固性能更好的效果。

Description

一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法

技术领域

本发明涉及一种装配式板桥的加固技术领域，尤其是涉及一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法。

背景技术

装配式板桥通过在板与板之间现浇混凝土铰缝或焊接钢板，使空心板横向连接为整体。由于自重轻、施工方便、结构性能好、生产可集中化等而被广泛使用。随着社会的发展，公路上通行的车辆越来越多，超重车辆通行频次越来越高，多数的空心板桥铰缝都存在不同程度的损坏，空心板桥沿铰缝处产生纵向贯通裂缝，铰缝混凝土部分甚至全部剥落，汽车荷载在桥梁上通行时，由于桥道板承受的荷载偏大，严重偏离设计状态，致使桥道板的承载能力不足、挠度增大，与相邻板梁之间存在较大的变形差。

授权公告号为CN102635060B的专利文件中公开了一种用横向钢梁加固的混凝土空心板桥，包括由多根空心板梁并列排布构成的桥面梁和设置于所述桥面梁底面的用于对其横向加固以使各空心板梁所受载荷能够横向传递的至少一个钢横梁，所述钢横梁与空心板梁固接；位于各空心板梁底面与各钢横梁相对应的不平处及相互之间错落处的凹陷位置设置有用于使由各空心板梁构成的桥面梁底面平滑的找平垫板；相邻空心板梁之间形成铰缝并填充介质，所述钢横梁为工型钢梁，工型钢梁上部翼板通过预埋于各铰缝内的连接杆组件固接于空心板梁；所述连接杆组件包括尾部预埋于铰缝内的螺杆和固定设置于螺杆尾部的倒刺。通过横向钢梁加固可避免单板受力，延长桥梁使用寿命。

但是上述结构中，连接杆预埋于铰缝中，在长时间使用后，铰缝内的填充介质发生损坏后，降低了钢横梁对空心板梁的加固性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其具有使钢横梁对空心板梁加固性能更好的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，包括如下步骤，步骤一，测量空心板桥的跨径x；选择合适截面的钢横梁，钢横梁为工型钢制成，先依据钢横梁抗剪切刚度曲线公式y＝0.0015x³-0.028x²+0.2619x+0.067确定钢横梁抗剪切刚度；步骤二，将钢横梁放置到形成空心板桥的空心板梁下表面，相邻的两个空心板梁为铰缝，铰缝内穿设对拉螺杆，对拉螺杆的下端与钢横梁固定连接，对拉螺杆的上端连接有上钢板；步骤三，在设置对拉螺杆的位置处的铰缝内浇注固接材料，在钢横梁端部固定设置有连接装置，连接装置用于将上钢板和钢横梁固定连接。

通过采用上述技术方案，施工时，由钢横梁的抗剪切刚度曲线公式确定钢横梁的尺寸，使钢横梁的选择比较简单，并且减少了对钢横梁的强度过分加大或钢横梁的强度不足的情况，并且在铰缝的内部设置对拉螺杆，对拉螺杆的上端与上钢板连接，对拉螺杆的下端与钢横梁连接，从而即使相邻的两个空心板梁之间的固接材料发生破坏，钢横梁受到上钢板和对拉螺杆的作用能够保持对空心板梁的支撑，从而使钢横梁对空心板梁加固性能更好。

本发明进一步设置为：所述对拉螺杆的两端均螺纹连接有螺母，将对拉螺杆通过螺母连接上钢板和钢横梁，并且螺母施加预紧力。

通过采用上述技术方案，对拉螺杆的两端设置螺母，并且螺母在安装时，通过对螺母施加预紧力，使上钢板、钢横梁和对拉螺杆三者之间连接的更紧密。

本发明进一步设置为：所述步骤一中还包括将铰缝内的旧混凝土进行清除。

通过采用上述技术方案，将铰缝内的旧混凝土进行清除，能够使铰缝内在安装对拉螺杆后再填充固接材料，使固接材料对匀缝整体进行良好连接，提高相邻两个空心板梁之间的连接可靠性。

本发明进一步设置为：所述固接材料为环氧砂浆，所述固接材料填充到钢横梁与空心板梁之间的空隙内。

通过采用上述技术方案，将固接材料填充到钢横梁与空心板梁之间的空隙中，能够使固接材料对空心板梁的下表面进行找平，从而使钢横梁与空心板梁之间通过固接材料进行传递作用力。

本发明进一步设置为：所述空心板桥的跨径为5m-25m。

通过采用上述技术方案，空心板桥在5m-25m之间时，空心板梁中部如果大于25m时，钢横梁所需的抗剪切刚度较大，所以在5m-25m时比较适合钢横梁的选取。

本发明进一步设置为：所述步骤三中包括在钢横梁和连接装置上进行防腐处理。

通过采用上述技术方案，将钢横梁和连接装置进行防腐处理，从而在钢横梁和连接装置暴露在空心板桥的外部时，能够使钢横梁和连接装置使用寿命更长。

本发明进一步设置为：所述连接装置包括竖板，竖板的板面垂直于钢横梁的长度方向，竖板的下端与钢横梁的端部焊接固定，竖板的上端与上钢板焊接固定。

通过采用上述技术方案，竖板与钢横梁和上钢板焊接固定，能够使钢横梁与竖板的连接比较牢固，减小应力集中。

本发明进一步设置为：所述竖板与上钢板之间设置有加强板，所述加强板垂直于上钢板和竖板，并且加强板与上钢板和竖板焊接固定。

通过采用上述技术方案，竖板和上钢板上设置加强板，使竖板与上钢板的连接强度进行加强，使竖板与上钢板和钢横梁的连接强度接近。

本发明进一步设置为：所述上钢板的截面设置成矩形。

通过采用上述技术方案，上钢板的截面设置成矩形，能够使上钢板凸出于空心板梁上表面的高度较低，避免影响空心板梁上表面铺设路面。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过钢横梁的抗剪切刚度曲线公式确定钢横梁的尺寸，使钢横梁的选择比较简单，并且减少了对钢横梁的强度过分加大或钢横梁的强度不足的情况，并且在铰缝的内部设置对拉螺杆，对拉螺杆的上端与上钢板连接，对拉螺杆的下端与钢横梁连接，从而即使相邻的两个空心板梁之间的固接材料发生破坏，钢横梁受到上钢板和对拉螺杆的作用能够保持对空心板梁的支撑，从而使钢横梁对空心板梁加固性能更好；

2.通过对拉螺杆的两端设置螺母，并且螺母在安装时，通过对螺母施加预紧力，使上钢板、钢横梁和对拉螺杆三者之间连接的更紧密；

3.通过将固接材料填充到钢横梁与空心板梁之间的空隙中，能够使固接材料对空心板梁的下表面进行找平，从而使钢横梁与空心板梁之间通过固接材料进行传递作用力。

附图说明

图1是本发明的空心板梁的连接结构示意图；

图2是本发明对接螺杆的连接结构示意图；

图3是本发明连接装置的安装结构示意图。

图中，1、空心板梁；2、对拉螺杆；3、钢横梁；4、上钢板；5、螺母；6、环氧砂浆；7、连接装置；8、竖板；9、加强板；10、支撑板；11、铰缝；12、垫片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参考图1和图2，为本发明公开的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，空心板桥包括多个并列且平行排布的空心板梁1，空心板梁1两端的支点距离为5m-25m，即空心板桥的跨径。相邻的两个空心板梁1之间留有铰缝11，铰缝11内浇注的混凝土，用于将两个空心板梁1相对连接，由于铰缝11内的混凝土在长时间超载使用，使混凝土开裂，从而引起两个相邻的空心板梁1之间的连接脱落。在进行加固时，需要先对铰缝11内的旧混凝土进行清除，使铰缝11的空隙露出，方便在铰缝11内插入对拉螺杆2；通过跨径选择用于加固空心板梁1的钢横梁3尺寸，钢横梁3的横截面设置成工字形，提高钢横梁3的抗剪切力；将钢横梁3放置到空心板梁1的下方，在空心板梁1的上方设置上钢板4，上钢板4设置成矩形的截面，减小凸出在空心板梁1上表面的高度，在上钢板4与钢横梁3之间采用对拉螺杆2连接，对拉螺杆2竖直穿设到铰缝11内；在对拉螺杆2的两端螺纹连接螺母5，通过螺母5将上钢板4和钢横梁3夹着空心板梁1，并且螺母5需要施加预紧力，使上钢板4、钢横梁3和对拉螺杆2三者之间连接更紧密；并且在对拉螺杆2上连接螺母5时，需要在螺母5的下方设置垫片12，减少螺母5与上钢板4或钢横梁3的接触部位产生应力集中；在铰缝11内填充上环氧砂浆6，并且在空心板梁1的下表面涂上环氧砂浆6，并且使环氧砂浆6对空心板梁1的下表面进行找平，使钢横梁3与空心板梁1之间的空隙通过环氧砂浆6进行填充，将上钢板4和钢横梁3的端部设置连接装置7进行连接，并且对钢横梁3和连接装置7进行防腐处理，防腐处理为涂抹环氧树脂。将钢横梁3和上钢板4通过对拉螺杆2连接，施工比较简单，质量易于保证，同时将对拉螺杆2安装在铰缝11中时，不会对空心板造成损伤。

对钢横梁3尺寸的选择时，通过y＝0.0015x³-0.028x²+0.2619x+0.067为钢横梁抗剪切刚度的曲线公式进行确定钢横梁3的抗剪切刚度，其中，y为钢横梁3的抗剪切刚度；x为空心板桥的跨径；在钢横梁3的抗剪切刚度进行确定时，由于上钢板4和钢横梁3的两个翼板的平面平行于空心板梁1的表面，从而在受到竖直的载荷时，上钢板4和钢横梁3的两个翼板所提供的抗剪切作用较小，所以在对钢横梁3抗剪切刚度计算时，根据材料力学可知：对各向同性材料中，钢横梁3受到的剪力V＝τ·A_τ，τ为切应力，而τ＝G·γ，γ为剪切应变，得知V＝G·γ·A_τ，而剪切应变

Δh为接缝11处钢横梁3的竖直形变量，b为接缝11的宽度；可得钢横梁3受到的剪力

求出钢横梁3的抗剪切刚度公式如下式所示：

式中K—抗剪刚度；

G—材料的剪切模量；

A_τ—材料的抗剪切面积(在此为工字钢腹板的面积，上钢板和工字钢翼缘板的抗剪切作用很小，忽略不计)；

b—抗剪切材料的宽度。

从式中可看出钢横梁3抗剪切刚度与钢横梁3的剪切模量和剪切面积成正比关系。在各向同性的材料中，抗剪切模量与弹性模量是成正比关系的，其关系式

ν为泊松比为0.3，

从而可得：

钢材为各向同性材料，所以钢横梁3的抗剪切刚度与钢材的弹性模量和钢横梁3的剪切面积的积成正比关系，与钢横梁3的剪切厚度成反比。

加固不同跨径状态下空心板梁1对钢横梁3的抗剪切刚度进行确定，通过20m跨径的空心板桥来计算铰缝内混凝土完全脱落状态下所需钢横梁3的抗剪刚度K，先用有限元法分析空心板桥成桥铰缝完好下的各板受力情况如表1，以及空心板桥上铰缝处的混凝土全部脱落状态下各板的受力情况如表2。

表1

表2

通过改变钢横梁3的弹性模量调节钢横梁3的抗剪切刚度。当空心板桥的铰缝11处的混凝土全部脱落状态下各板的受力性能状态接近空心板桥的铰缝11良好下的各板状态下的受力性能时，此时的钢横梁3的刚度即为所求的钢横梁3的钢度。当EA_τ＝1.35×10⁹pa·m²时，此时空心板的受力状态和铰缝良好状态时空心板桥的受力状态相差不大。

加固所需的EA_τ＝1.35×10⁹pa·m²，来计算钢横梁3的抗剪切刚度的大小，将铰缝11的宽度b值设定为0.09m；则计算所得的K＝1.35×10⁹/(2×0.09×1.3)＝5.77×10⁹N/m为加固20m空心板桥所需的钢横梁3的抗剪切刚度。

根据20m跨径的空心板桥加固的计算原理，计算8m、10m、13m、16m跨径下空心板桥的钢横梁3的抗剪切刚度如表3。

跨径(m)	8	10	13	16	20
						剪切钢度×10<sup>9</sup>(N/m)	1.11	1.37	1.92	3.08	5.77

表3

根据表3中的计算结果，可以拟合出不同跨径空心板桥所需的钢横梁3的抗剪切刚度曲线，从而得出钢横梁抗剪切刚度的曲线公式。根据钢横梁抗剪切刚度的曲线公式确定随着空心板桥的跨径的变小，加固空心板桥所需钢横梁3的抗剪切刚度也越来越小，当跨径小于8m时，跨径对钢横梁3的抗剪切刚度的影响很小，加固空心板桥所需钢横梁3的抗剪切刚度趋于一个定值。随着跨径的增大，跨径对抗剪切刚度的影响也逐渐增大，加固空心板桥所需钢横梁3的抗剪切刚度也越来越大，从而通过钢横梁3所需要的抗剪切刚度选择合适尺寸的钢横梁3。

参考图1和图3，连接装置7包括竖板8，竖板8位于钢横梁3的端部，竖板8的贴在最外侧的空心板梁1的外侧，竖板8的下端焊接在钢横梁3上，并且竖板8的板面垂直于钢横梁3的长度方向，竖板8的上端焊接在上钢板4的端部，在竖板8和上钢板4之间设置有加强板9，加强板9垂直于竖板8和上钢板4，并且加强板9与竖板8和上钢板4均焊接固定，减少钢横梁3端部的受力集中，应力分布较均匀。在钢横梁3的腹板的两侧设置有支撑板10，支撑板10与钢横梁3的两个翼板焊接固定，并且沿着钢横梁3的长度方向均匀设置有多个。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一，测量空心板桥的跨径x；选择合适截面的钢横梁(3)，钢横梁(3)为工型钢制成，先依据钢横梁抗剪切刚度曲线公式y＝0.0015x³-0.028x²+0.2619x+0.067确定钢横梁(3)抗剪切刚度；

步骤二，将钢横梁(3)放置到形成空心板桥的空心板梁(1)下表面，相邻的两个空心板梁(1)为铰缝(11)，铰缝(11)内穿设对拉螺杆(2)，对拉螺杆(2)的下端与钢横梁(3)固定连接，对拉螺杆(2)的上端连接有上钢板(4)；

步骤三，在设置对拉螺杆(2)的位置处的铰缝(11)内浇注固接材料，在钢横梁(3)端部固定设置有连接装置(7)，连接装置(7)用于将上钢板(4)和钢横梁(3)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述对拉螺杆(2)的两端均螺纹连接有螺母(5)，将对拉螺杆(2)通过螺母(5)连接上钢板(4)和钢横梁(3)，并且螺母(5)施加预紧力。

3.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述步骤一中还包括将铰缝(11)内的旧混凝土进行清除。

4.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述固接材料为环氧砂浆(6)，所述固接材料填充到钢横梁(3)与空心板梁(1)之间的空隙内。

5.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述空心板桥的跨径为5m-25m。

6.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述步骤三中包括在钢横梁(3)和连接装置(7)上进行防腐处理。

7.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述连接装置(7)包括竖板(8)，竖板(8)的板面垂直于钢横梁(3)的长度方向，竖板(8)的下端与钢横梁(3)的端部焊接固定，竖板(8)的上端与上钢板(4)焊接固定。

8.根据权利要求7所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述竖板(8)与上钢板(4)之间设置有加强板(9)，所述加强板(9)垂直于上钢板(4)和竖板(8)，并且加强板(9)与上钢板(4)和竖板(8)焊接固定。

9.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土孔空心板桥的夹联加固方法，其特征在于：所述上钢板(4)的截面设置成矩形。

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