CN111827140B - 无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的结构，板梁包括中间梁体及边梁，各中间梁体之间及中间梁体与边梁之间均设置有铰缝，板梁底部安装锚固装置，锚固装置结构为：在一侧边梁底面通过螺栓固定安装固定端支座，在固定端支座上安装固定端锚具，在另一侧边梁底面固定安装张拉端支座，张拉端支座上滑动安装对称的拉杆，拉杆一端与张拉端锚具固定，另一端与张拉工装固定，在张拉端支座与张拉工装之间安装张拉千斤顶，固定端锚具与张拉端锚具共同安装预应力碳纤维板的两端。本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的结构及方法，可降低铰缝开裂破损板梁加固的费用，可减轻对桥上交通的影响程度。

Description

无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构及方法

技术领域

本发明属于土木工程维修加固设计领域，特别是一种无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构及方法。

背景技术

装配式混凝土空心板桥是我国桥梁工程中常用的桥型。该桥型结构形式简单，相对于T形梁建筑高度较低、预制方便、用材经济、易于工厂化和标准化施工，且单板在运输和吊装过程中稳定性好，因而在工程中得到大力推广，是我国中、小型桥梁设计普遍采用的结构形式。

20世纪70、80年代所设计的空心板桥，空心板间多采用小企口缝的连接形式，在过去交通量不大和车辆载重量较小的情况下可以满足交通需求。但随着我国经济建设步伐的加快和现代交通量的加大，车辆多出现超载，使得企口缝横向传力过大，导致企口缝混凝土被剪开而出现空心板间横向联系失效和单板受力情况，危及桥梁安全，成为交通隐患。由于目前这类空心板桥数量很大，且经过多年运营己到了维修加固阶段，部分桥梁使用功能已受到影响，行车舒适性、桥梁使用安全性和耐久性已明显降低，若将这些空心板桥拆除重建或将小企口缝全部更换为大企口缝，则费工、费时、耗资较大，同时也要长期中断交通，而中断交通势必造成更大的经济损失，为我国目前的国情与财力所不容。所以，在对这些存在病害的装配式混凝土空心板桥的运营状况、损伤程度、承载能力等正确评价的基础上，如何用简便有效的、不影响正常交通的方法对存在铰缝破坏的装配式混凝土空心板桥进行加固将会产生巨大的经济效益和社会效益，具有广泛的实用价值。

常见的加固技术包括如下几种：

1、桥面补强层加固法

桥面补强层加固法，该方法一般先凿除旧桥面，在梁顶加铺一层钢筋混凝土，即通过加强桥面铺装层结构强度，采取措施使原桥跨结构与铺装层形成整体，增大主梁有效高度及抗弯能力来改善行车条件和桥梁横向分布荷载能力，是处理和防止单板受力的常用加固技术。美国加州大学的F.Seible和C.T.Latham教授进行的在桥面板上加铺混凝土以恢复和提高旧桥面板承载力的研究课题，虽然由于所用构件截面较大导致加铺混凝土层粘结破坏引起构件失效，但研究结论仍证实了加铺混凝土层可提高主梁承载力。其优点为：对改善桥梁荷载横向分布能力效果较好；其缺点为：该方法施工时需要较长时间中断交通，且病害易复发，不能从根本上解决问题。

2、改变结构受力体系加固法

该方法是通过改变桥梁结构受力体系以提高桥梁承载能力，是一种变被动为主动的加固方法，如在简支梁下增设支架或桥墩以减小桥梁跨径；或把简支梁与简支梁纵向加以连接，由简支变连续，以降低跨中弯矩。其优点为：可显著降低跨中的弯矩值，有利于改善结构的整体受力；其缺点为：常受到空间的限制。

3、粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是采用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其它薄弱部位，使钢板与要加固的混凝土结构形成整体，以达到提高结构承载能力的目的。近些年来在桥梁的加固维修中为公路部门所广泛采纳。其优点为：对提高加固处的承载能力效果较好，能有效改善横向联系薄弱的问题；其缺点缺点：不适用于存在较大铰缝错台的梁体。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种梁底锚固的无粘结体外横向预应力碳板加固铰缝开裂破损板梁的维修加固方法，采用碳纤维板作为横向预应力筋，通过张拉预应力碳纤维板增大梁间铰缝摩阻力，提高开裂破损铰缝的抗剪能力，增强桥梁整体性。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的结构，板梁包括中间梁体及边梁，各中间梁体之间及中间梁体与边梁之间均设置有铰缝，其板梁底部安装锚固装置，锚固装置包括固定端支座、固定端锚具、张拉端支座、张拉端锚具、张拉端工装、张拉千斤顶及预应力纤维板；在一侧边梁底面通过螺栓固定安装固定端支座，在固定端支座上安装固定端锚具，在另一侧边梁底面固定安装张拉端支座，张拉端支座上滑动安装对称的拉杆，拉杆一端与张拉端锚具固定，另一端与张拉工装固定，在张拉端支座与张拉工装之间安装张拉千斤顶，固定端锚具与张拉端锚具共同安装预应力碳纤维板的两端，预应力碳纤维板为横向设置于板梁底部。

而且，在所述铰缝内安装有两侧涂加固胶的橡胶板。

而且，在所述铰缝底部灌注工程用加固胶。

而且，在安装所述固定端锚具及张拉锚具的边梁底面粘贴加固钢板。

而且，所述加固钢板所制螺栓孔沿顺桥向设计为2D，D为螺栓直径。

一种无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其包括如下步骤：

1)现场判断板梁各铰缝开裂破坏状态及铰缝间距及错台量：根据现场铰缝渗水情况及板梁桥桥面纵向裂缝情况判断铰缝开裂破损的实际状态，并对各铰缝间距及铰缝两侧梁体的错台数值进行测量；

2)确定碳纤维板预应力的大小及数量：

碳纤维板预应力的大小不超过其抗拉强度设计值的75％；碳纤维板预应力引起边梁铰缝顶部拉应力小于0.5ft，ft为铰缝混凝土的抗拉强度设计值；设计活载下保证跨中铰缝底部受压；且边梁锚固区域不破坏；

3)确定碳纤维板的布置位置：

在桥跨L/4范围内，布置间距为0m+0.5m+1.5m，跨中处为0m；

4)加固边梁梁底并安装锚固装置：

在一侧边梁底面通过螺栓固定安装固定端支座，在固定端支座上安装固定端锚具，在另一侧边梁底面固定安装张拉端支座，张拉端支座上滑动安装对称的拉杆，拉杆一端与张拉端锚具固定，另一端与张拉工装固定，在张拉端支座与张拉工装之间安装张拉千斤顶，固定端锚具与张拉端锚具共同安装预应力碳纤维板的两端，预应力碳纤维板为横向设置于板梁底部；在安装所述固定端锚具及张拉锚具的边梁底面粘贴加固钢板，加固钢板根据步骤1)中错台数值进行进行设置，保证两侧边梁底面齐平；

5)张拉千斤顶张拉预应力碳纤维板：

预张拉检查整个锚固装置，再分级张拉保证施工安全。

而且，还包括如下步骤：

处理铰缝处板梁间隙：

根据铰缝病害情况对其进行处理，基本完好铰缝填充两侧涂抹工程加固胶的橡胶板；开裂、破损的铰缝灌注工程加固胶，底部可填充3cm高的两侧涂胶橡胶板，作为注胶底模板。

而且，所述铰缝混凝土强度为C50，设计活载为55t的桥梁，碳纤维板预应力施加大小为150kN，施加数量为5根。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构，将抗拉强度大、重量轻、耐腐蚀效果好的纤维板材料与横向体外预应力技术相结合，解决了钢筋或钢绞线耐腐蚀效果差的问题。

2、本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构，在铰缝内安装有两侧涂加固胶的橡胶板，在铰缝底部灌注工程用加固胶，对处于不同病害情况的铰缝进行差异化处理，并解决了铰缝间距大及梁间错台对加固效果影响的问题。

3、本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构，在安装所述固定端锚具及张拉锚具的边梁底面粘贴加固钢板，将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其它薄弱部位，使钢板与要加固的混凝土结构形成整体，以达到提高结构承载能力的目的，为保证正常安装，加固钢板所制螺栓孔沿顺桥向设计为2D，D为螺栓直径。

4、本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其针对现有的板梁的铰缝破损，基于加固机理，铰缝破坏目前主要分为两种机理，第一种为铰缝与梁体结合界面的破坏；第二种为铰缝本身的破坏。通过对国内外文献的研究以及天津市的一些工程实例，实际工程中以第一种破坏为主，横向体外预应力加固机理：主要分为两个阶段，第一阶段为铰缝未开裂阶段，横向预应力可平衡部分外荷载横向弯矩，使铰缝下缘混凝土处于受压状态，延缓铰缝开裂，此时荷载产生的剪力仍由铰缝本身承担，此阶段也可看做预养护阶段，第二阶段为铰缝已开裂阶段，铰缝抗剪能力很大程度上取决于铰缝混凝土与梁体混凝土间的摩阻力和粘结力，而混凝土间的摩阻力＝横向水平分力×摩阻系数，可见，在此时施加体外横向预应力可以增大混凝土间的摩阻力，提高开裂铰缝的抗剪能力。

2、本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，可显著提高铰缝开裂破损板梁结构的整体性，从根本上解决铰缝开裂破损问题。

3、本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，可降低铰缝开裂破损板梁加固的费用，具有较好的经济效益；可减轻对桥上交通的影响程度，具有较好的社会效益。

附图说明

图1为本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构的示意图；

图2为本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构的锚固装置的示意图。

图3为本发明的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁结构的锚固装置的布置示意图。

1-边梁、2-加固钢板、3-固定端锚具、4-开裂的铰缝、5-两侧涂加固胶的橡胶板、6-工程用加固胶、7-预应力纤维板、8-铰缝、9-中间梁体、10-固定端支座、11-张拉端锚具、12-拉杆、13-张拉端支座、14-张拉千斤顶、15-张拉端工装。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的结构，板梁包括中间梁体9及边梁1，各中间梁体之间及中间梁体与边梁之间均设置有铰缝8，其板梁底部安装锚固装置，锚固装置包括固定端支座10、固定端锚具3、张拉端支座13、张拉端锚具11、张拉端工装15、张拉千斤顶14及预应力纤维板7；在一侧边梁底面通过螺栓固定安装固定端支座，在固定端支座上安装固定端锚具，在另一侧边梁底面固定安装张拉端支座，张拉端支座上滑动安装对称的拉杆12，拉杆一端与张拉端锚具固定，另一端与张拉工装固定，在张拉端支座与张拉工装之间安装张拉千斤顶，固定端锚具与张拉端锚具共同安装预应力碳纤维板的两端，预应力碳纤维板为横向设置于板梁底部。在开裂的铰缝4内安装有两侧涂加固胶的橡胶板5。在铰缝底部灌注工程用加固胶6。

在安装固定端锚具及张拉锚具的边梁底面粘贴加固钢板2。加固钢板所制螺栓孔沿顺桥向设计为2D，D为螺栓直径。

一种无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其包括如下步骤，以某简支板梁桥第2孔为例说明：

1)现场判断板梁各铰缝开裂破坏状态及铰缝间距及错台量：根据现场铰缝渗水情况及板梁桥桥面纵向裂缝情况判断铰缝开裂破损的实际状态，并对各铰缝间距及铰缝两侧梁体的错台数值进行测量，第2孔2～6号铰缝普遍存在渗水痕迹且铰缝对应位置桥面铺装存在纵向裂缝，说明2～6号铰缝普遍开裂，1、7号铰缝完好，各铰缝间距1～3cm，梁间错台2～3cm；

2)确定碳纤维板预应力的大小及数量：

碳纤维板预应力的大小不超过其抗拉强度设计值的75％；碳纤维板预应力引起边梁铰缝顶部拉应力小于0.5ft，ft为铰缝混凝土的抗拉强度设计值；设计活载下保证跨中铰缝底部受压；且边梁锚固区域不破坏；

3)确定碳纤维板的布置位置：

在桥跨L/4范围内，布置间距为0m+0.5m+1.5m，跨中处为0m，确定纤维板预应力最大张拉值150kN，数量5根。

4)处理铰缝处板梁间隙：

根据铰缝病害情况对其进行处理，基本完好铰缝填充两侧涂抹工程加固胶的橡胶板；开裂、破损的铰缝灌注工程加固胶，底部可填充3cm高的两侧涂胶橡胶板，作为注胶底模板，处理范围为1/8～7/8跨。

5)加固边梁梁底并安装锚固装置：

在一侧边梁底面通过螺栓固定安装固定端支座，在固定端支座上安装固定端锚具，在另一侧边梁底面固定安装张拉端支座，张拉端支座上滑动安装对称的拉杆，拉杆一端与张拉端锚具固定，另一端与张拉工装固定，在张拉端支座与张拉工装之间安装张拉千斤顶，固定端锚具与张拉端锚具共同安装预应力碳纤维板的两端，预应力碳纤维板为横向设置于板梁底部；在安装所述固定端锚具及张拉锚具的边梁底面粘贴加固钢板，加固钢板根据步骤1)中错台数值进行进行设置，保证两侧边梁底面齐平；铰缝混凝土强度为C50，设计活载为55t的桥梁，碳纤维板预应力施加大小为150kN，施加数量为5根。

6)张拉千斤顶张拉预应力碳纤维板：

预张拉检查整个锚固装置，再分级张拉保证施工安全。张拉端千斤顶进行标定，确保千斤顶中心线与碳纤维板中心线重合，用手动油泵给张拉千斤顶加油，为碳纤维板施加10％的应力，使其绷直预紧，然后回油卸力归零，再次检查整个锚固体系的位置及外观情况，记录张拉端锚具、千斤顶活塞等的初始位置。检查正常后开始张拉碳纤维板，按照20％、40％、60％、80％、100％的应力逐级张拉，每级张拉到位后拧紧锁紧螺母，保压2分钟，测量并记录锚具、活塞等位移情况，检查锚固体系各部位受力情况，直至张拉至设计值。为解决板梁间错台问题，除锚固端外碳纤维板不与梁体接触，这也避免了板梁间不均匀下挠对碳纤维板的剪切作用。

尽管为说明目的公开的本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）现场判断板梁各铰缝开裂破坏状态及铰缝间距及错台量：根据现场铰缝渗水情况及板梁桥桥面纵向裂缝情况判断铰缝开裂破损的实际状态，并对各铰缝间距及铰缝两侧梁体的错台数值进行测量；

2）确定碳纤维板预应力的大小及数量：

碳纤维板预应力的大小不超过其抗拉强度设计值的75%；碳纤维板预应力引起边梁铰缝顶部拉应力小于0.5ft，ft为铰缝混凝土的抗拉强度设计值；设计活载下保证跨中铰缝底部受压；且边梁锚固区域不破坏；

3）确定碳纤维板的布置位置：

在桥跨L/4范围内，布置间距为0m+0.5m+1.5m，跨中处为0m；

4）加固边梁梁底并安装锚固装置：

在一侧边梁底面通过螺栓固定安装固定端支座，在固定端支座上安装固定端锚具，在另一侧边梁底面固定安装张拉端支座，张拉端支座上滑动安装对称的拉杆，拉杆一端与张拉端锚具固定，另一端与张拉工装固定，在张拉端支座与张拉工装之间安装张拉千斤顶，固定端锚具与张拉端锚具共同安装预应力碳纤维板的两端，预应力碳纤维板为横向设置于板梁底部；在安装所述固定端锚具及张拉锚具的边梁底面粘贴加固钢板，加固钢板根据步骤1）中错台数值进行进行设置，保证两侧边梁底面齐平；

除锚固端外碳纤维板不与梁体接触，避免板梁间不均匀下挠对碳纤维板的剪切作用；

5）张拉千斤顶张拉预应力碳纤维板：

预张拉检查整个锚固装置，再分级张拉保证施工安全；

张拉端千斤顶进行标定，确保千斤顶中心线与碳纤维板中心线重合，用手动油泵给张拉千斤顶加油，为碳纤维板施加10%的应力，使其绷直预紧，然后回油卸力归零，再次检查整个锚固体系的位置及外观情况，记录张拉端锚具、千斤顶活塞等的初始位置，检查正常后开始张拉碳纤维板，按照20%、40%、60%、80%、100%的应力逐级张拉，每级张拉到位后拧紧锁紧螺母，保压2分钟，测量并记录锚具、活塞等位移情况，检查锚固体系各部位受力情况，直至张拉至设计值；

无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的结构为板梁包括中间梁体及边梁，各中间梁体之间及中间梁体与边梁之间均设置有铰缝，其特征在于：板梁底部安装锚固装置，锚固装置包括固定端支座、固定端锚具、张拉端支座、张拉端锚具、张拉端工装、张拉千斤顶及预应力纤维板；在一侧边梁底面通过螺栓固定安装固定端支座，在固定端支座上安装固定端锚具，在另一侧边梁底面固定安装张拉端支座，张拉端支座上滑动安装对称的拉杆，拉杆一端与张拉端锚具固定，另一端与张拉工装固定，在张拉端支座与张拉工装之间安装张拉千斤顶，固定端锚具与张拉端锚具共同安装预应力碳纤维板的两端，预应力碳纤维板为横向设置于板梁底部。

2.根据权利要求1所述的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其特征在于：在所述铰缝内安装有两侧涂加固胶的橡胶板。

3.根据权利要求1所述的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其特征在于：在所述铰缝底部灌注工程用加固胶。

4.根据权利要求1所述的无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其特征在于：所述加固钢板所制螺栓孔沿顺桥向设计为2D，D为螺栓直径。

5.根据权利要求1所述无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其特征在于：还包括如下步骤：

处理铰缝处板梁间隙：

根据铰缝病害情况对其进行处理，基本完好铰缝填充两侧涂抹工程加固胶的橡胶板；开裂、破损的铰缝灌注工程加固胶，底部可填充3cm高的两侧涂胶橡胶板，作为注胶底模板。

6.根据权利要求5所述无粘结体外横向预应力加固铰缝开裂破损板梁的方法，其特征在于：所述铰缝混凝土强度为C50，设计活载为55t的桥梁，碳纤维板预应力施加大小为150kN，施加数量为5根。

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