CN111910535B - 一种独柱墩桥梁的无损加固支承系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独柱墩桥梁的无损加固支承系统，包括：钢制桥墩，所述桥墩底部固定设置有法兰盘；加劲板，所述加劲板固定在所述桥墩底部侧面，并与法兰盘顶面固定连接；地脚螺栓，所述地脚螺栓穿过所述法兰盘上的螺孔将所述桥墩与原桥承台连接；限位槽，所述限位槽固定设置在所述桥墩顶面；新增支座，所述新增支座放置在限位槽内，底面通过结构胶与所述桥墩顶面连接，本发明加固原理清晰，结构体系简明，传力清晰，便于运输，不破坏既有桥梁构件，现场施工作业时间短，极大缓解了加固施工对社会交通的影响，有效降低了工程造价，广泛适用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固。

Description

一种独柱墩桥梁的无损加固支承系统及施工方法

技术领域

本发明涉及一种独柱墩桥梁的抗倾覆加固方法，特别是无损加固体系及施工方法。

背景技术

箱梁匝道桥广泛应用于公路互通、城市道路立交枢纽。桥下空间受限时，一般采用独柱式桥墩，呈现节约占地优势。自2007年以来，国内相继发生了多起此类桥梁倾覆垮塌事故。事故桥梁的基本特征为：上部结构采用整体式截面，采用联端横向双支座+联中横向单支座的支承体系；发生倾覆事故的原因为偏心荷载作用，或结构的支承体系失效，或二者同时发生；事故中结构破坏无明显征兆、猝然发生、危害极大。

事故桥梁的破坏过程表现为，单向受压支座脱离正常受压状态，上部结构的支承体系不再提供有效约束，上部结构扭转变形趋于发散、横向失稳垮塌，支座、下部结构连带损坏。根据现行相关标准，倾覆破坏属于承载能力极限状态范畴。因此，2018年颁布的桥梁设计规范明确指出，持久状况下，梁桥不应发生结构体系改变，并应同时满足两种状态：在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态；按作用标准值进行组合时，整体式截面简支梁和连续梁的作用效应应满足横桥向抗倾覆稳定系数不小于2.5的要求。然而，我国早期的独柱墩桥梁设计并未考虑抗倾覆验算，存在不满足现行规范的情况，有一定的安全隐患。因此，我国交通行业已多次开展抗倾覆加固设计。

独柱墩桥梁抗倾覆加固的主要方法有三种：将单支座改造为墩梁固结、增大支座间距或增加支座个数、设置冗余约束。其中第一种方法仅适用于高墩，第三种方法不能提高抗倾覆性能，而第二种方法应用最为广泛。具体做法为：首先，通过在原墩柱顶部增设盖梁、加宽原桥墩、增设新桥墩等方式预留支座安装位置；其次，拆除更换原支座或保留原支座并新增支座。上述做法需要大量的现场作业，包括在原墩柱及承台植筋、绑扎钢筋、浇筑桥墩混凝土及支座垫石、主梁顶升、主梁底面粘接支座钢板并钻孔等，工期较长且严重影响桥下交通。

综上所述，为缩短独柱墩加固的现场作业时间，有必要研究一种新型的加固体系，既满足受力要求，又减少现场作业时间，降低对既有桥梁构件的破坏。

发明内容

鉴于常规独柱墩抗倾覆加固方法施工周期较长的现状，本发明从减少现场作业时间、降低对既有桥梁构件破坏的角度出发，公开了一种独柱墩桥梁的无损加固体系及施工方法，旨在提升抗倾覆加固的效率，进而降低对城市交通的影响，提升工程的社会满意度。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：

一种独柱墩桥梁的无损加固支承系统，包括：

钢制桥墩，所述钢制桥墩底部固定设置有法兰盘；

加劲板，所述加劲板固定在所述钢制桥墩底部侧面，并与法兰盘顶面固定连接；

地脚螺栓，所述地脚螺栓穿过所述法兰盘上的螺孔将所述钢制桥墩与原桥承台连接；

限位槽，所述限位槽固定设置在所述钢制桥墩顶面；

新增支座，所述新增支座放置在限位槽内，底面通过结构胶与所述钢制桥墩顶面连接。

进一步地，所述无损加固支承系统适用于原桥横桥向抗倾覆性能不满足设计规范的情形。

进一步地，所述钢制桥墩与原桥桥墩沿横桥向并排设置，位于有可能发生倾覆破坏的一侧。

进一步地，所述钢制桥墩与所述法兰盘之间、所述钢制桥墩与所述加劲板之间、所述加劲板与所述法兰盘之间、所述限位槽与所述钢制桥墩之间通过焊接固定。

进一步地，所述新增支座采用天然橡胶板、人工橡胶板、普通板式橡胶支座中的一种。

进一步地，所述新增支座顶面与原桥主梁底面之间采用无螺栓连接，不承受恒载，仅用于承受可变荷载。

进一步地，新增支座与原桥中支座的间距根据抗倾覆验算结果确定，在满足构造的前提下应适当增大。

进一步地，所述无损加固支承系统应满足原桥主梁、原桥中支座、原桥边支座、原桥桥墩、原桥承台、原桥桩基的受力要求。

进一步地，所述加劲板围绕所述钢制桥墩均匀分布。

另一方面，根据前述之一的独柱墩桥梁无损加固支承系统的施工方法，所述方法包括下列步骤，

第1步：清理需要加固的独柱墩处原桥承台顶部覆土，并对原桥承台顶面进行凿毛处理；

第2步：在原桥承台顶面确定地脚螺栓位置，按照加固设计文件要求的直径和深度钻孔；

第3步：在原桥承台顶面对应法兰盘位置涂抹砂浆，并避开钻孔位置；

第4步：将法兰盘、加劲板、限位槽与钢制桥墩底面焊接为整体，将新增支座粘接在钢制桥墩顶面，整体吊装到位，使法兰盘的螺栓孔与前述钻孔位置对应；

第5步：安装地脚螺栓，在钻孔中浇筑高性能混凝土，将钢制桥墩与原桥承台连成整体；第6步：回填原桥承台顶部覆土，恢复植被绿化

与常规独柱墩抗倾覆加固方法相比，本发明的优势在于：新建桥墩采用钢结构，无需在原桥墩植筋，也可省去混凝土桥墩与支座垫石现场浇筑的工序；新增支座与原桥主梁采用无螺栓连接，无需在主梁底面粘接支座钢板并钻孔；新增支座与新建桥墩在工厂连接为整体，设计为不承受荷载、仅承受可变荷载的体系，无需对原桥主梁进行顶升。

此外，本发明加固原理清晰，结构体系简明，传力清晰，便于运输，不破坏既有桥梁构件，现场施工作业时间短，极大缓解了加固施工对社会交通的影响，有效降低了工程造价，广泛适用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种独柱墩桥梁无损加固支承系统的断面图。

图2为一种独柱墩桥梁无损加固支承系统的支座平面布置图。

图3为一种独柱墩桥梁无损加固支承系统的新建桥墩顶部局部立面图。

图4为一种独柱墩桥梁无损加固支承系统的新建桥墩顶部局部平面图。

图5为一种独柱墩桥梁无损加固支承系统的新建桥墩底部局部立面图。

图6为一种独柱墩桥梁无损加固支承系统的新建桥墩底部局部平面图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，本申请保护的一种独柱墩桥梁的无损加固支承系统，包括：

钢制桥墩8，所述钢制桥墩8底部固定设置有法兰盘10；

加劲板11，所述加劲板11固定在所述钢制桥墩8底部侧面，并与法兰盘10顶面固定连接；

地脚螺栓12，所述地脚螺栓12穿过所述法兰盘10上的螺孔将所述钢制桥墩8与原桥承台5连接；

限位槽9，所述限位槽9固定设置在所述钢制桥墩8顶面；

新增支座7，所述新增支座7放置在限位槽9内，底面通过结构胶与所述钢制桥墩8顶面连接。本申请的无损加固支承系统，新增支承体系与原桥桥墩分离，与原桥主梁不采用螺栓连接，从而减少了对既有结构的破坏；并且，本申请的无损加固支承系统，选择钢结构墩柱与橡胶支座作为新增支承体系的材料，新增支承体系采用工厂预制、现场吊装的方式施工，从减少了现场施工。

在本申请的实施例中，所述钢制桥墩8与所述法兰盘10之间、所述钢制桥墩8与所述加劲板11之间、所述加劲板11与所述法兰盘10之间、所述限位槽9与所述钢制桥墩8之间通过焊接固定。焊接可在现场快速进行，节省了施工时间，减少了对既有交通的影响。

在本申请的实施例中，所述新增支座7采用天然橡胶板、人工橡胶板、普通板式橡胶支座中的一种。

在本申请的实施例中，所述无损加固支承系统适用于原桥横桥向抗倾覆性能不满足设计规范的情形。

在本申请的实施例中，所述钢制桥墩8与原桥桥墩4沿横桥向并排设置，位于有可能发生倾覆破坏的一侧。

在本申请的实施例中，新增支座7与原桥中支座2的间距根据抗倾覆验算结果确定，在满足构造的前提下应适当增大。

在本申请的实施例中，所述无损加固支承系统应满足原桥主梁1、原桥中支座2、原桥边支座3、原桥桥墩4、原桥承台5、原桥桩基6的受力要求。

以上实施方式，是基于以下设计思路的考虑：

独柱墩桥梁抗倾覆性能差的根本原因是独柱墩顶部仅设置一个支座或两个横向间距较小的支座，无法提供足够的扭转约束。因此，增大支座间距是提升桥梁抗倾覆性能的最有效方法。通过对箱梁匝道桥研究发现，此类桥梁通常位于曲线段，恒载、预应力、汽车荷载、温度等作用均会对主梁产生较大的扭矩，当支座提供的扭转约束不足以抵抗上述扭矩时，主梁便发生倾覆破坏。然而，抗倾覆验算发现，箱梁匝道桥沿曲线内侧与外侧的抗倾覆稳定系数并不相同，通常会出现一侧满足、另一侧不满足的情况。力学分析表明，在不满足侧设置支承后，恒载产生的结构稳定效应将大幅增加，汽车荷载产生的失稳效应将有效减小，稳定效应与失稳效应的比值即抗倾覆稳定性系数将显著增大，独柱墩的抗倾覆性能得到提升。因此，在不满足侧提供有效支承是加固设计的核心，而设置良好传力路径是确保该支承有效工作的前提。

在本申请的实施例中，新建钢制桥墩8与原桥桥墩4的截面形式与外观颜色应统一，满足城市桥梁的景观要求。

在本申请的实施例中，所述新增支座7顶面与原桥主梁1底面之间采用无螺栓连接，不承受恒载，仅用于承受可变荷载。

在本申请的实施例中，所述加劲板11围绕所述钢制桥墩8均匀分布，从而使得新增结构更加稳固。

本申请还保护前述的独柱墩桥梁无损加固支承系统的施工方法，所述方法包括下列步骤：

第1步：清理需要加固的独柱墩处原桥承台5顶部覆土，并对原桥承台5顶面进行凿毛处理；

第2步：在原桥承台5顶面确定地脚螺栓12位置，按照加固设计文件要求的直径和深度钻孔；

第3步：在原桥承台5顶面对应法兰盘10位置涂抹砂浆，并避开钻孔位置；

第4步：将法兰盘10、加劲板11、限位槽9与钢制桥墩8底面焊接为整体，将新增支座7粘接在钢制桥墩8顶面，整体吊装到位，使法兰盘10的螺栓孔与前述钻孔位置对应；

第5步：安装地脚螺栓12，在钻孔中浇筑高性能混凝土，将钢制桥墩8与原桥承台5连成整体；

第6步：回填原桥承台5顶部覆土，恢复植被绿化

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种独柱墩桥梁的无损加固支承系统，其特征在于，包括：

钢制桥墩(8)，所述钢制桥墩(8)底部固定设置有法兰盘(10)；

加劲板(11)，所述加劲板(11)固定在所述钢制桥墩(8)底部侧面，并与法兰盘(10)顶面固定连接；

地脚螺栓(12)，所述地脚螺栓(12)穿过所述法兰盘(10)上的螺孔将所述钢制桥墩(8)与原桥承台(5)连接；

限位槽(9)，所述限位槽(9)固定设置在所述钢制桥墩(8)顶面；

新增支座(7)，所述新增支座(7)放置在限位槽(9)内，底面通过结构胶与所述钢制桥墩(8)顶面连接；

所述无损加固支承系统适用于原桥横桥向抗倾覆性能不满足设计规范的情形；

所述钢制桥墩(8)与原桥桥墩(4)沿横桥向并排设置，位于有可能发生倾覆破坏的一侧；

所述新增支座(7)顶面与原桥主梁(1)底面之间采用无螺栓连接，不承受恒载，仅用于承受可变荷载。

2.根据权利要求1所述的独柱墩桥梁的无损加固支承系统，其特征在于，所述钢制桥墩(8)与所述法兰盘(10)之间、所述钢制桥墩(8)与所述加劲板(11)之间、所述加劲板(11)与所述法兰盘(10)之间、所述限位槽(9)与所述钢制桥墩(8)之间通过焊接固定。

3.根据权利要求1或2所述的独柱墩桥梁的无损加固支承系统，其特征在于，所述新增支座(7)采用天然橡胶板、人工橡胶板、普通板式橡胶支座中的一种。

4.根据权利要求1所述的独柱墩桥梁的无损加固支承系统，其特征在于，新增支座(7)与原桥中支座(2)的间距根据抗倾覆验算结果确定，在满足构造的前提下应适当增大。

5.根据权利要求1或2所述的独柱墩桥梁的无损加固支承系统，其特征在于，所述无损加固支承系统应满足原桥主梁(1)、原桥中支座(2)、原桥边支座(3)、原桥桥墩(4)、原桥承台(5)、原桥桩基(6)的受力要求。

6.根据权利要求1或2所述的独柱墩桥梁的无损加固支承系统，其特征在于，所述加劲板(11)围绕所述钢制桥墩(8)均匀分布。

7.根据权利要求1-6之一所述的独柱墩桥梁的无损加固支承系统的施工方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤，

第1步：清理需要加固的独柱墩处原桥承台(5)顶部覆土，并对原桥承台(5)顶面进行凿毛处理；

第2步：在原桥承台(5)顶面确定地脚螺栓(12)位置，按照加固设计文件要求的直径和深度钻孔；

第3步：在原桥承台(5)顶面对应法兰盘(10)位置涂抹砂浆，并避开钻孔位置；

第4步：将法兰盘(10)、加劲板(11)与钢制桥墩(8)底面焊接为整体，将限位槽(9)焊接在钢制桥墩(8)顶面，将新增支座(7)粘接在钢制桥墩(8)顶面，整体吊装到位，使法兰盘(10)的螺栓孔与前述钻孔位置对应；

第5步：安装地脚螺栓(12)，在钻孔中浇筑高性能混凝土，将钢制桥墩(8)与原桥承台(5)连成整体；

第6步：回填原桥承台(5)顶部覆土，恢复植被绿化。

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