CN113089507B - 受损桥涵的双层波纹钢加固结构及其加固方法 - Google Patents

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Abstract

受损桥涵的双层波纹钢加固结构及其加固方法，本发明属于桥涵加固领域，它要解决目前波纹钢加固既有受损桥涵中的加固跨度受到限制、加固后结构承载力不足、波纹钢局部失稳等问题。本发明受损桥涵的双层波纹钢加固结构包括两层波纹钢板件、内部灌注物和外部灌注物，外层波纹钢板件和内层波纹钢板件间隔叠层方式设置，外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间设置有支撑件，在外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间浇筑有内部灌注物形成组合结构，组合结构位于桥涵受损结构的下方，在桥涵受损结构与组合结构之间浇筑有外部灌注物。本发明由于波纹钢板的存在，使得结构抗渗性，抗地基不均匀沉降的性能有显著提高，结构不易出现开裂、漏水现象。

Description

受损桥涵的双层波纹钢加固结构及其加固方法
技术领域
本发明属于桥涵加固领域，具体涉及一种既有受损桥涵的双层波纹钢加固结构及其加固方法。
背景技术
桥梁作为国家基础设施的重要组成部分，在促进国民经济发展和经济文化交流方面做出了巨大贡献。然而桥梁在服役期间，往往受到了各种复杂因素的影响。这些因素会对桥梁结构造成损伤，使得桥梁结构在达到设计使用寿命之前就丧失了承载力。如何更有效地对既有桥梁结构进行加固改造显得至关重要。
桥涵加固的方法有许多，传统的桥涵加固方法有外包混凝土法、粘贴钢板加固法、施加体外预应力法等。但是许多方法在加固时对于上部交通有极大影响，此外对于承载能力严重下降、整体刚度明显不足的结构，上述常规加固方法并不能真正解决桥涵的安全问题。
波纹钢板结构具有轻质高强、施工运输方便、耐腐蚀性和抗震性能优异等特点。其应用从最初的公路涵管已逐步推广到道路、桥梁、市政管道、工业建筑、民用住宅、旧基础设施修复等各个领域。波纹钢加固既有桥梁结构是其在工程应用中的主要形式，采用波纹钢加固有既有桥梁结构有如下优点：(1)不需要对原桥进行拆除，减小了对上部结构的影响；(2)施工速度快、造价低、结构抗不均匀沉降性能好，尤其适用于箱型、拱形、圆形、梨形等柔性桥涵结构的快速加固修复。但是由于波纹钢是柔性结构，当承受较大荷载时，其容易出现局部屈曲甚至整体失稳，这导致加固跨度受到限制。此外，波纹钢板与波纹钢板采用螺栓拼接，接口处易出现漏水现象。
发明内容
本发明要解决目前波纹钢加固既有受损桥涵中的加固跨度受到限制、加固后结构承载力不足、波纹钢局部失稳等问题，而提供一种受损桥涵的双层波纹钢加固结构及其加固方法。
本发明受损桥涵的双层波纹钢加固结构包括两层波纹钢板件、内部灌注物和外部灌注物，外层波纹钢板件和内层波纹钢板件间隔叠层方式设置，外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间设置有支撑件，在外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间浇筑有内部灌注物形成组合结构，组合结构位于桥涵受损结构的下方，在桥涵受损结构与组合结构之间浇筑有外部灌注物。
本发明当双层波纹钢结构为拱形时，需要在组合结构的拱脚位置重新浇筑基础，基础一般为钢筋混凝土基础。为了保证拱脚的刚性连接，将组合结构的拱脚插入钢筋混凝土基础中。拱脚处两层波纹钢拱外侧焊接栓钉或者角钢，以加强基础连接。
本发明受损桥涵的加固方法按下列步骤实现：
一、将内层波纹钢板件与外层波纹钢板件间隔叠层设置，内层波纹钢板件和外层波纹钢板件之间用支撑件进行支撑，在内层波纹钢板件和外层波纹钢板件之间浇筑有内部灌注物形成组合结构；
二、将桥涵受损结构的混凝土表面进行凿毛处理，得到凿毛处理后的桥涵(已)受损结构；
三、将组合结构推送至凿毛处理后的桥涵受损结构的下方，以组合结构的外层波纹钢板件为底模板，组合结构与桥涵受损结构之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构之间浇筑外部灌注物，最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
本发明步骤一所述的组合结构可以工厂预制。
本发明受损桥涵的加固方法按下列步骤实现：
一、将桥涵受损结构的混凝土表面进行凿毛处理，得到凿毛处理后的桥涵(已)受损结构；
二、将外层波纹钢板件推送至凿毛处理后的桥涵受损结构的下方，然后把内层波纹钢板件推送到与外层波纹钢板件间隔叠层设置的位置，内层波纹钢板件和外层波纹钢板件之间用支撑件进行支撑，在内层波纹钢板件和外层波纹钢板件之间浇筑有内部灌注物形成组合结构；
三、以组合结构的外层波纹钢板件为底模板，组合结构与桥涵受损结构之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构之间浇筑外部灌注物，最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
本发明的加固方法只需要顶推波纹钢板件，减小了顶推难度，适用于大跨度或者灌注物较厚。
本发明提供了一种双层波纹钢组合结构加固既有受损桥涵结构，该加固方法由于波纹板的存在，使得结构的抗地基沉降性能有了显著提高，此外镀锌波纹钢对于内部混凝土起到了防腐效果，保证了结构的使用年限；反过来由于混凝土的存在，使得波纹钢局部屈曲的可能性大幅度降低，大幅度提高了结构的承载力，从而可以对较高跨度的桥涵进行加固；此外，两层波纹钢和混凝土三层受力以及三道防水，保证了结构再加固后的可靠性，相对于平钢板，波纹钢板抗弯能力更高，减小了波纹钢板作为模板时局部屈曲的可能性。该加固形式可广泛适用于桥涵加固中，特别适用于荷载水平有明显提升、加固桥涵跨度较大的结构中。
本发明提出的双层波纹钢组合结构制作方案如下：将波纹钢板片拼装成拱形或者圆形，波纹钢与波纹钢之间的连接需满足《公路涵洞通道用波纹钢管(板)》(JTT791-2010)的要求。将两层波纹钢上按一定间距焊接抗剪栓钉，打完栓钉后即可浇筑混凝土。由于波纹钢本身起到了模板作用，在浇筑时大幅度减小了施工时间。
与波纹钢加固相比，本发明受损桥涵的双层波纹钢加固结构的承载力更高，提高了加固跨度，大大减小了局部屈曲的可能性，此外在螺栓连接处，也不易产生波纹钢结构的漏水现象；与传统混凝土加固相比，其不需要搭设模板，缩短了施工时间，而且解决了混凝土易腐蚀、易开裂的问题。
本发明受损桥涵的双层波纹钢加固结构及其加固方法包括以下有益效果：
1、双层波纹钢组合结构加固由于波纹钢板的存在，使得结构抗渗性，抗地基不均匀沉降的性能有显著提高，结构不易出现开裂、漏水现象，并且外层波纹钢板与周围土体咬合，使得结构的受力性能更加优秀；
2、双层波纹钢组合结构加固对于现浇施工由于波纹钢板可以作为模板，加快了施工进度，同时减少了模板的使用量；
3、双层波纹钢结构形式对于预制施工，施工速度快，连接方便，且连接处结构的抗渗性能和抗不均匀沉降性能都十分优秀。
4、双层波纹钢结构形式由于混凝土的存在，整体结构的承载力和稳定性都远远高于波纹钢结构，加大了加固跨度。
附图说明
图1是具体实施方式三所述的受损拱涵的双层波纹钢加固结构的示意图；
图2是具体实施方式四所述的受损圆管涵的双层波纹钢加固结构的示意图；
图3是外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间支撑件的结构示意图；
图4是支撑件设置在外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间的结构示意图；
图5是支撑件的结构示意图；
图6是实施例中波纹钢拱与双层波纹钢组合拱在跨中线荷载作用下的极限承载力测试图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式受损桥涵的双层波纹钢加固结构包括两层波纹钢板件、内部灌注物3和外部灌注物4，外层波纹钢板件2-2和内层波纹钢板件2-1间隔叠层(或者间隔内套)方式设置，外层波纹钢板件2-2和内层波纹钢板件2-1之间设置有支撑件5，在外层波纹钢板件2-2和内层波纹钢板件2-1之间浇筑有内部灌注物3形成组合结构，组合结构位于桥涵受损结构1的下方，在桥涵受损结构1与组合结构之间浇筑有外部灌注物4。
本实施方式两层波纹钢板之间的内部灌注物的厚度保持一致。
本实施方式双层波纹钢组合结构可在工厂预制，也可在现场浇筑。桥涵受损结构1为素混凝土桥涵、钢筋混凝土桥涵或石桥。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是桥涵受损结构1的涵洞为圆管涵、拱涵、盖板涵或箱涵。
本实施方式组合结构中的外层波纹钢板件的外部轮廓形状适应桥涵涵洞的形状即可。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是当受损桥涵的涵洞为拱涵时，外层波纹钢板件2-2和内层波纹钢板件2-1均为拱形。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是当受损桥涵的涵洞为圆管涵时，外层波纹钢板件2-2和内层波纹钢板件2-1均为圆管件。
本实施方式外层波纹钢板件置于涵洞底部的圆弧槽中。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是内部灌注物3和外部灌注物4为混凝土或灌浆料。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所述的支撑件5包括多根支撑杆5-1和多个连接板5-2，多根支撑杆5-1平行间隔设置，多根支撑杆5-1之间设置有连接板5-2，多个连接板5-2沿支撑杆5-1的高度方向设置，支撑杆5-1的上端插入外层波纹钢板件2-2的安装孔中并通过旋紧螺母固定，支撑杆5-1的下端插入内层波纹钢板件2-1的安装孔中并通过旋紧螺母固定。
本实施方式在两个外层波纹钢板件2-2和两个内层波纹钢板件2-1的叠置处，支撑杆5-1的上端插入两片外层波纹钢板件2-2的叠置处并通过螺母压紧，支撑杆5-1的下端插入两片内层波纹钢板件2-1的叠置处并通过螺母压紧，结构示意图如图4所示。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是组合结构中内部灌注物3的厚度为桥涵涵洞跨度的1/30～1/15。
具体实施方式八：本实施方式受损桥涵的加固方法按下列步骤实施：
一、将内层波纹钢板件2-1与外层波纹钢板件2-2间隔叠层设置，内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间用支撑件5进行支撑，在内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间浇筑有内部灌注物3形成组合结构；
二、将桥涵受损结构1的混凝土表面进行凿毛处理，得到凿毛处理后的桥涵(已)受损结构1；
三、将组合结构推送至凿毛处理后的桥涵受损结构1的下方，以组合结构的外层波纹钢板件2-2为底模板，组合结构与桥涵受损结构1之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构1之间浇筑外部灌注物4，最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
本实施方式步骤一中所述的支撑件可为木棍，支撑件沿径向设置在两层波纹钢板件之间，支撑内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2。
具体实施方式九：本实施方式受损桥涵的加固方法按下列步骤实施：
一、将桥涵受损结构1的混凝土表面进行凿毛处理，得到凿毛处理后的桥涵(已)受损结构1；
二、将外层波纹钢板件2-2推送至凿毛处理后的桥涵受损结构1的下方，然后把内层波纹钢板件2-1推送到与外层波纹钢板件2-2间隔叠层设置的位置，内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间用支撑件进行支撑，支撑件的上下两端分别通过螺栓与内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2相连，在内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间浇筑有内部灌注物3形成组合结构；
三、以组合结构的外层波纹钢板件2-2为底模板，组合结构与桥涵受损结构1之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构1之间浇筑外部灌注物4，最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
具体实施方式八和九不需要重新浇筑基础，在加固修建于过水桥涵的结构中更为适用。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九不同的是在外层波纹钢板件2-2的内外两侧钢板面上分别设置有抗剪栓钉，在内层波纹钢板件2-1相对外层波纹钢板件2-2的钢板面上设置有抗剪栓钉。
实施例一：本实施例受损桥涵的加固方法按下列步骤实施：
一、将内层波纹钢板件2-1与外层波纹钢板件2-2间隔叠层设置，在外层波纹钢板件2-2的内外两侧钢板面上分别设置有抗剪栓钉，在内层波纹钢板件2-1相对外层波纹钢板件2-2的钢板面上设置有抗剪栓钉，内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间用支撑件5进行支撑，支撑件5包括多根支撑杆5-1和多个连接板5-2，多根支撑杆5-1平行间隔设置，多根支撑杆5-1之间设置有连接板5-2，多个连接板5-2沿支撑杆5-1的高度方向设置，支撑杆5-1的上端插入外层波纹钢板件2-2的安装孔中并通过旋紧螺母固定，支撑杆5-1的下端插入内层波纹钢板件2-1的安装孔中并通过旋紧螺母固定，在内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间浇筑有内部灌注物3形成组合结构；
二、桥涵受损结构1的涵洞为拱涵，将桥涵受损结构1的混凝土表面进行凿毛处理，在涵洞的底部横向左右两侧分别开有槽沟6，得到凿毛处理后的桥涵受损结构1；
三、将组合结构推送至凿毛处理后的桥涵受损结构1的下方，组合结构的拱脚处设置有栓钉，组合结构的拱脚插入槽沟6中，在槽沟6中后浇有拱脚混凝土，以组合结构的外层波纹钢板件2-2为底模板，组合结构与桥涵受损结构1之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构1之间浇筑外部灌注物4，最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
本实施例受损桥涵的加固示意图如图1所示。
实施例二：本实施例受损桥涵的加固方法按下列步骤实施：
一、将桥涵受损结构1的混凝土表面进行凿毛处理，得到凿毛处理后的桥涵受损结构1；
二、将外层波纹钢板件2-2推送至凿毛处理后的桥涵受损结构1的下方，然后把内层波纹钢板件2-1推送到外层波纹钢板件2-2的内部，内层波纹钢板件2-1与外层波纹钢板件2-2间隔套设，内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间用支撑件进行支撑，在外层波纹钢板件2-2的内外两侧钢板面上分别设置有抗剪栓钉，在内层波纹钢板件2-1相对外层波纹钢板件2-2的钢板面上设置有抗剪栓钉，在内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2之间浇筑有内部灌注物3形成组合结构；
三、以组合结构的外层波纹钢板件2-2为底模板，组合结构与桥涵受损结构1之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构1之间浇筑外部灌注物4，最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
本实施例受损桥涵的加固示意图如图2所示。
本实施例内层波纹钢板件2-1和外层波纹钢板件2-2的形状为圆管状。
实施例一和实施例二采用双层波纹钢组合结构加固既有受损桥涵，能够使加固后结构承载力更高、加固受损桥涵的跨度更大，并且解决了漏水问题，此外，该加固方法降低了波纹钢局部屈曲对于结构整体的影响。
为了进一步证明此加固方法的高效性，对实施例一的受损桥涵的加固方法进行模拟实验，其中双层波纹钢拱设为跨度3m，矢高1.5m的半圆，混凝土厚度150mm，宽度600mm。波纹钢参数与其一致。不设置外部灌注物，只对双层波纹钢拱和单纯的波纹钢拱进行对比，图6给出了波纹钢拱与双层波纹钢组合拱在跨中线荷载作用下的极限承载力试验对比结果。从图中可以看出，双层波纹钢组合拱极限承载力是波纹钢拱的9.0倍，结构初始刚度是波纹钢拱的28.0倍。

Claims (9)

1.受损桥涵的双层波纹钢加固结构，其特征在于该受损桥涵的双层波纹钢加固结构包括两层波纹钢板件、内部灌注物（3）和外部灌注物（4），外层波纹钢板件（2-2）和内层波纹钢板件（2-1）间隔叠层方式设置，外层波纹钢板件（2-2）和内层波纹钢板件（2-1）之间设置有支撑件（5），在外层波纹钢板件（2-2）和内层波纹钢板件（2-1）之间浇筑有内部灌注物（3）形成组合结构，外层波纹钢板件（2-2）和内层波纹钢板件（2-1）之间的内部灌注物（3）的厚度保持一致，组合结构位于桥涵受损结构（1）的下方，在桥涵受损结构（1）与组合结构之间浇筑有外部灌注物（4）；其中所述的支撑件（5）包括多根支撑杆（5-1）和多个连接板（5-2），多根支撑杆（5-1）平行间隔设置，多根支撑杆（5-1）之间设置有连接板（5-2），多个连接板（5-2）沿支撑杆（5-1）的高度方向设置，支撑杆（5-1）的上端插入外层波纹钢板件（2-2）的安装孔中并通过旋紧螺母固定，支撑杆（5-1）的下端插入内层波纹钢板件（2-1）的安装孔中并通过旋紧螺母固定；在两个外层波纹钢板件（2-2）和两个内层波纹钢板件（2-1）的叠置处，支撑杆（5-1）的上端插入两片外层波纹钢板件（2-2）的叠置处并通过螺母压紧，支撑杆（5-1）的下端插入两片内层波纹钢板件（2-1）的叠置处并通过螺母压紧。
2.根据权利要求1所述的受损桥涵的双层波纹钢加固结构，其特征在于桥涵受损结构（1）的涵洞为圆管涵、拱涵、盖板涵或箱涵。
3.根据权利要求2所述的受损桥涵的双层波纹钢加固结构，其特征在于当受损桥涵的涵洞为拱涵时，外层波纹钢板件（2-2）和内层波纹钢板件（2-1）均为拱形。
4.根据权利要求2所述的受损桥涵的双层波纹钢加固结构，其特征在于当受损桥涵的涵洞为圆管涵时，外层波纹钢板件（2-2）和内层波纹钢板件（2-1）均为圆管件。
5.根据权利要求1所述的受损桥涵的双层波纹钢加固结构，其特征在于内部灌注物（3）和外部灌注物（4）为混凝土或灌浆料。
6.根据权利要求1所述的受损桥涵的双层波纹钢加固结构，其特征在于组合结构中内部灌注物（3）的厚度为桥涵涵洞跨度的1/30～1/15。
7.应用如权利要求1所述的受损桥涵的双层波纹钢加固结构进行受损桥涵的加固方法，其特征在于该加固方法按下列步骤实现：
一、将内层波纹钢板件（2-1）与外层波纹钢板件（2-2）间隔叠层设置，内层波纹钢板件（2-1）和外层波纹钢板件（2-2）之间用支撑件（5）进行支撑，在内层波纹钢板件（2-1）和外层波纹钢板件（2-2）之间浇筑有内部灌注物（3）形成组合结构；
二、将桥涵受损结构（1）的混凝土表面进行凿毛处理，得到凿毛处理后的桥涵受损结构（1）；
三、将组合结构推送至凿毛处理后的桥涵受损结构（1）的下方，以组合结构的外层波纹钢板件（2-2）为底模板，组合结构与桥涵受损结构（1）之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构（1）之间浇筑外部灌注物（4），最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
8.应用如权利要求1所述的受损桥涵的双层波纹钢加固结构进行受损桥涵的加固方法，其特征在于该加固方法按下列步骤实现：
一、将桥涵受损结构（1）的混凝土表面进行凿毛处理，得到凿毛处理后的桥涵受损结构（1）；
二、将外层波纹钢板件（2-2）推送至凿毛处理后的桥涵受损结构（1）的下方，然后把内层波纹钢板件（2-1）推送到与外层波纹钢板件（2-2）间隔叠层设置的位置，内层波纹钢板件（2-1）和外层波纹钢板件（2-2）之间用支撑件进行支撑，在内层波纹钢板件（2-1）和外层波纹钢板件（2-2）之间浇筑有内部灌注物（3）形成组合结构；
三、以组合结构的外层波纹钢板件（2-2）为底模板，组合结构与桥涵受损结构（1）之间的前后端面加设端面模板，向组合结构与桥涵受损结构（1）之间浇筑外部灌注物（4），最后拆去端面模板，完成受损桥涵的加固。
9.根据权利要求7或8所述的受损桥涵的加固方法，其特征在于在外层波纹钢板件（2-2）的内外两侧钢板面上分别设置有抗剪栓钉，在内层波纹钢板件（2-1）相对外层波纹钢板件（2-2）的钢板面上设置有抗剪栓钉。
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