CN113389143B - 一种曲线梁桥防爬移倾覆装置及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种曲线梁桥防爬移倾覆装置及施工方法，曲线梁桥梁体内设置有梁体内预埋钢板，所述曲线梁桥梁体下端设置有上部钢板组构件，所述预埋钢板与上部钢板组构件通过预埋螺栓及螺母固定，所述活塞组件与第三钢板组、第一钢板、第四钢板粘结连接；所述曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽内设置有桥墩内预埋钢板，所述曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽的上部设置有下部钢板组构件；所述上部钢板组构件与下部钢板组构件通过楔形块连接。用本发明安装的装置可有效减小曲线梁桥在发生水平侧移时积累的残余位移，预防曲线梁桥“爬移”灾害的发生，同时可以提高曲线梁桥抗倾覆能力，有效降低曲线梁桥发生倾覆破坏的可能性。

Description

一种曲线梁桥防爬移倾覆装置及施工方法
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，特别涉及一种曲线梁桥防爬移倾覆装置及施工方法。
背景技术
随着我国综合实力不断增强和经济水平的不断提高，交通运输业得到了蓬勃发展，公路桥梁建设的发展进入了一个崭新高度，同时交通需求量也随着人民生活水平 的提高得到极大的提升。为了满足日益增长的交通量，近年来我国新修了许多高速公 路和城市桥梁，特别是新建了许多城市立交桥和高架桥，使得城市交通状况得到了极 大的改善，也使得城市交通系统朝着立体化不断发展。
曲线梁桥以其对地物地形的良好适应性，结构线性的随意和流畅给人以一种优美的视觉冲击等特点，受到了许多城市交通设计者的青睐，从而实现环境效益和经济效 益的统一。如今，曲线梁桥已经广泛应用于城市立交桥和高速公路匝道桥中。
曲线梁桥相对于直线梁桥，具有“弯-扭耦合”、支反力不均匀等复杂受力特点， 其设计、施工和研究也比直线梁桥复杂的多。曲线梁桥运营阶段在内外因素的作用下， 由于在支座与梁体底部的支座摩擦力和自重作用下所产生的横向位移在外力消失后 无法全部恢复，形成残余变形，在周而复始的荷载作用下，残余变形不断积累，最后 导致“爬移”灾害的发生。病害较严重时，还会发生主梁向曲线外侧横向移动，导致伸 缩缝和支座剪切破坏、抗震挡块被推翻、墩柱受弯开裂等次生病害，给国家和人民带 来了巨大的经济损失和安全危害。
因此，结合曲线梁桥的受力特点和结构形式，设计曲线梁桥防爬移倾覆装置是必不可缺的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种曲线梁桥防爬移倾覆装置及施工方法，旨在限制曲线梁桥横向爬移和防止曲线梁桥发生倾覆。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种曲线梁桥防爬移倾覆装置，包括曲线梁桥，其特征在于：所述曲线梁桥梁体内设置有梁体内预埋钢板，所述曲线梁桥梁体下端设置有上部钢板组构件，所述预埋 钢板与上部钢板组构件通过预埋螺栓及螺母固定，所述上部钢板组构件由呈L形的第 一钢板、第三钢板组、第四钢板及活塞组件组成，所述活塞组件与第三钢板组、第一 钢板、第四钢板粘结连接；所述曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽内设置有桥墩内预埋钢板， 所述曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽的上部设置有下部钢板组构件，所述下部钢板组构件 由第二钢板及第五钢板组构成；所述上部钢板组构件与下部钢板组构件通过楔形块连 接，所述楔形块的一端与所述活塞组件连接，另一端与所述第五钢板组连接。
而且，所述第一钢板包括第一钢板平面连接板及第一钢板竖直支撑板，所述第一钢板平面连接板固定在曲线梁桥梁体底部，第一钢板竖直支撑板下端面与墩台或墩帽 贴合连接，第三钢板组与第一钢板竖直支撑板焊接连接，第四钢板与第三钢板组焊接 连接。
而且，所述第二钢板包括第二钢板水平连接板及第二钢板竖直支撑板，所述第二钢板平面连接板固定在墩台或墩帽上面，第二钢板竖直支撑板上端面与曲线梁桥梁体 下部贴合连接，第五钢板组与第二钢板竖直支撑板焊接连接，第五钢板上钢板与曲线 梁桥梁体贴合连接，下钢板与墩台或墩帽贴合连接。
而且，所述第五钢板组上钢板右端面与第一钢板竖直支撑板设置有位移感应器，位移感应器发射端安装于第一钢板竖直支撑板，接收端安装于第五钢板组上钢板右端 面。
而且，所述第四钢板与第二钢板竖直支撑面之间设置橡胶填充层。
而且，所述橡胶填充层与第四钢板预留一定的空隙L1，所述第五钢板组上钢板 右端面与第一钢板竖直支撑板之间预留有一定的空隙L2，所述L2为曲线梁桥最大安 全爬移量，L1的距离小于L2。
而且，所述楔形块与所述第五钢板组之间设置有摩擦片，所述摩擦片镶嵌在楔形块内，所述摩擦片与第五钢板组贴合连接。
而且，所述楔形块与第四钢板由限位螺杆相连，限位螺杆穿过第四钢板设置有外侧限位螺母，外侧限位螺母与第四钢板存在一定的距离L3，限位螺杆在第四钢板与 楔形块之间设有内侧限位螺母，内侧限位螺母紧贴限位螺杆。
而且，所述上部钢板组构件处于曲线梁桥内侧，所述下部钢板组构件处于曲线梁桥外侧，所述上部钢板组构件及下部钢板组构件设置于曲线梁桥梁体中心位置处。
一种曲线梁桥防爬移倾覆装置的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算曲线梁桥在外荷载下产生的水平侧移值和水平剪切力值，计算曲线梁桥最大安全爬移量，并依据上述值分别确定桥墩内预埋钢板、预埋螺栓、螺母、上 部钢板组构件、梁内预埋钢板、预埋螺栓、螺母、下部钢板组构件所用的材料牌号、 规格型号、设计尺寸和数量；
步骤2：计算楔形块所能承受的最大竖向正压力和摩擦片所承受的最大静摩擦，并依据上述值计算限位螺杆与内外限位螺母的距离，分别确定楔形块、摩擦片、活塞 组件、限位螺杆、限位螺母所用的材料牌号、规格型号、设计尺寸和数量；
步骤3：依据步骤1、步骤2的计算结果，确定橡胶填充层的材料牌号、规格型 号、设计尺寸；
步骤4：依据步骤1、步骤2、步骤3的计算结果，设计制作梁内预埋钢板、预 埋螺栓、螺母、上部钢板组构件、下部钢板组构件、桥墩预埋钢板、楔形块、摩擦片、 活塞组件、限位螺杆、限位螺母；
步骤5：曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽施工时，将桥墩内预埋钢板、预埋螺栓、螺 母组合在一起并预埋在桥墩墩台或墩帽内，之后用预埋螺栓和螺母通过第二钢板平面 连接板将预制的下部钢板组构件连接在桥墩内预埋钢板上；曲线梁桥梁体施工时，将 梁体内预埋钢板、预埋螺栓、螺母组合在一起并预埋在曲线梁桥梁体内，之后用预埋 螺栓和螺母通过第一钢板平面连接板将预制的上部钢板组构件连接在梁体预埋钢板 上；施工完成后，将摩擦片镶嵌于楔形块上，放置楔形块于活塞组件表面，通过限位 螺杆和限位螺母与第四钢板相连；
步骤6：在第二钢板竖直支撑板与第四钢板之间按规定制作放置橡胶填充层；在第五钢板组上钢板右端面与第一钢板竖直支撑板之间按规定安装位移感应器。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的曲线梁桥防爬移倾覆装置，在曲线梁桥向外发生位移时增大竖向正压力从而增加摩擦限制曲线梁桥向外位移，而在曲线梁桥复位过程中减小竖向正压力 从而减小摩擦不对曲线梁桥向内位移进行限制，较大程度上减小了曲线梁桥在发生水 平侧移时积累的残余位移，减小了曲线梁桥不可恢复的位移，有利于曲线梁桥的复位。
2、本发明的曲线梁桥防爬移倾覆装置，在曲线梁桥发生倾覆时，与梁体相连的 上部体系和与墩台、帽相连的下部体系存在楔形块，通过挤压楔形块在一定程度上可 以减轻曲线梁桥的倾覆程度，有效抵抗偏载对桥梁产生的不利扭矩。
3、本发明的曲线梁桥防爬移倾覆装置，通过设置橡胶填充层对曲线梁桥水平侧移起一定的限位缓冲功能，通过设置位移感应器对曲线梁桥水平侧移量起健康监测和 预警提示的作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的A-A横截面剖切图；
图3为本发明上部钢板组构件结构示意图；
图4为本发明下部钢板组构件结构示意图；
图5为本发明上部体系与下部体系连接部分上午局部构造图。
图中：1为第一钢板，2为第二钢板，3为第三钢板组，4为第四钢板，5为第五 钢板组，6为梁体内预埋钢板，7为桥墩内预埋钢板，8为螺母，9为预埋螺栓，10 为曲线梁桥梁体，11为墩台或墩帽，12为活塞组件，13为橡胶填充层，14为楔形块， 15为楔形块与第五钢板组之间的摩擦片，16为限位螺杆，17为限位螺母，18为位移 感应器。
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。
一种曲线梁桥防爬移倾覆装置，包括第一钢板(1)，第二钢板(2)，第三钢板组(3)，第四钢板(4)，第五钢板组(5)，梁体内预埋钢板(6)，桥墩内预埋钢板(7)， 螺母(8)，预埋螺栓(9)，曲线梁桥梁体(10)，墩台或墩帽(11)，活塞组件(12)， 橡胶层(13)，楔形块(14)，楔形块与第五钢板组之间的摩擦片(15)，限位螺杆(16)， 限位螺母(17)，传感器(18)。
在曲线梁桥梁体(10)内有一个预埋钢板(6)，通过预埋螺栓(9-1)由螺母(8-1) 在梁体外部连接上部钢板组构件，上部钢板组构件由呈L形的第一钢板(1)、竖直固 定的第三钢板组(3)、第四钢板(4)、活塞组件(12)组成，所述预埋钢板(6)、预 埋螺栓(9-1)、螺母(8-1)与上部钢板组组成上部体系。
曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽(11)内部固定有一个预埋钢板(7)，预埋钢板(7) 通过预埋螺栓(9-2)由螺母(8-2)连接下部构件，下部钢板组构件由呈L形的第二 钢板(2)、竖直固定的第五钢板组(5)构成，所述预埋钢板(7)、预埋螺栓(9-2)、 螺母(8-2)与下部构件组成下部体系。
上部体系中活塞组件(12)与下部体系中第五钢板组(5)之间有楔形块，楔形 块与第五钢板组之间设置摩擦片(15)；上部体系第四钢板(4)与下部体系中第二钢 板竖直支撑面(2-2)之间设置橡胶填充层(13)。
如图3所示，所述第一钢板平面连接板(1-1)固定在梁体(10)底部，第一钢 板竖直支撑板(1-2)下端面与墩台或墩帽(11)贴合连接，第三钢板组(3-1,3-2) 与第一钢板竖直支撑板(1-2)焊接连接，第四钢板(4)与第三钢板组(3-1，3-2) 焊接连接。
如图4所示，所述第二钢板平面连接板(2-1)固定在墩台或墩帽(11)上面， 第二钢板竖直支撑板(1-2)上端面与梁体(10)下部贴合连接，第五钢板组(5-1， 5-2)与第二钢板竖直支撑板(1-2)焊接连接，第五钢板上钢板(5-1)与梁体(10) 贴合连接，下钢板(5-2)与墩台或墩帽(11)贴合连接。
如图5所示，所述橡胶填充层(13)与第四钢板(4)预留一定的空隙L1，第五 钢板组上钢板(5-1)右端面与第一钢板竖直支撑板(1-2)设置有位移感应器(18)， 位移感应器发射端(18-1)安装于第一钢板竖直支撑板(1-2)，接收端(18-2)安装 于第五钢板组上钢板(5-1)右端面，中间留有一定的空隙L2，所述L2为曲线梁桥 最大安全爬移量，L1的距离小于L2。
摩擦片(15)镶嵌在楔形块(14)内，摩擦片(15)与第五钢板组(5-1，5-2) 贴合连接。
楔形块(14)放置在活塞组件(12)表面上，活塞组件(12)与第三钢板组(3-1,3-2)、第一钢板竖直支撑板(1-2)、第四钢板(4)粘结连接。
楔形块(14)与第四钢板(4)由限位螺杆(16)相连，限位螺杆(16)穿过第 四钢板(4)设置有外侧限位螺母(17-1)，外侧限位螺母(17-1)与第四钢板(4) 存在一定的距离L3，限位螺杆(16)在第四钢板(4)与楔形块(14)之间设有内侧 限位螺母(17-2)，内侧限位螺母(17-2)紧贴限位螺杆(16)。
曲线梁桥梁体(10)的上部体系应处于曲线梁桥内侧，连接桥墩墩台或墩帽(11)的下部体系应处于曲线梁桥外侧，装置整体可设置在梁体中心线附近。
本发明设计的一种曲线梁桥防爬移倾覆的装置，在车辆荷载和温差变化下，曲线梁桥(10)发生向外的位移时，与梁体(10)相连的上部体系中的活塞组件(12)向 外移动挤压楔形块(14)，楔形块(14)上的摩擦片(15)与第五钢板组(5)的竖向 正压力不断增大，在限位螺杆移动到外侧限位螺母(17-1)位置时，楔形块上的摩擦 片(15)与第五钢板组(5)的竖向正压力达到最大值，此后上部体系随楔形块(14) 与摩擦片(15)一起移动，在移动一定距离(L1-L3)后，限位螺杆中的第四钢板(4) 与橡胶填充层(13)接触，橡胶填充层(13)对曲线梁桥位移起一定的缓冲限位功能。 在达到最大向外位移后，曲线梁桥发生向内的位移时，楔形块(14)上的摩擦片(15) 与第五钢板组(5)的竖向正压力不断减小，在上部体系移动到内侧限位螺母(17-2) 位置时，上部体系随楔形块(14)与摩擦片(15)一起移动，此时上部体系与下部体 系之间几乎不存在摩擦力。
一种曲线梁桥防爬移倾覆装置的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：计算曲线梁桥在外荷载下产生的水平侧移值和水平剪切力值，计算曲线梁桥最大安全爬移量L2，并依据上述值分别确定桥墩预埋钢板(7)、预埋螺栓(9-2)、 螺母(8-2)、上部钢板组结构与梁内预埋钢板(6)、预埋螺栓(9-1)、螺母(8-1)、 下部钢板组构件所用的材料牌号、规格型号、设计尺寸和数量；
步骤2：计算楔形块(14)所能承受的最大竖向正压力和摩擦片(15)所承受的 最大静摩擦，并依据上述值计算限位螺杆(16)与内外限位螺母(17)的距离L3， 分别确定楔形块(14)、摩擦片(15)、活塞组件(12)、限位螺杆(16)、限位螺母(17) 所用的材料牌号、规格型号、设计尺寸和数量；
步骤3：依据步骤1、步骤2的计算结果，确定橡胶填充层(13)的材料牌号、 规格型号、设计尺寸；
步骤4：依据步骤1、步骤2、步骤3的计算结果，设计制作梁内预埋钢板(6)、 预埋螺栓(9)、螺母(8)、上部钢板组构件、下部钢板组构件、桥墩预埋钢板(7)、 楔形块(14)、摩擦片(15)、活塞组件(12)、限位螺杆(16)、限位螺母(17)；
步骤5：曲线梁桥桥墩墩台(11)施工时，将桥墩预埋钢板(7)、预埋螺栓(9-2)、 螺母(8-2)组合在一起并预埋在桥墩墩台或墩帽(11)内，之后用预埋螺栓(9-2) 和螺母(8-2)通过第二钢板平面连接板(2-2)将下部钢板组(预制)连接在桥墩预 埋钢板(7)上构成下部体系；曲线梁桥梁体(10)施工时，将梁体预埋钢板(6)、 预埋螺栓(9-1)、螺母(8-1)组合在一起并预埋在梁体(10)内，之后用预埋螺栓 (9-1)和螺母(8-1)通过第一钢板平面连接板(1-1)将上部钢板组(预制)连接在 梁体预埋钢板上构成上部体系；上部体系与下部体系施工完成后，将摩擦片(15)镶 嵌于楔形块(14)上，放置楔形块(14)于活塞组件(12)表面，通过限位螺杆(16) 和限位螺母(17)与第四钢板(4)相连；
步骤6：在第二钢板竖直支撑板(2-2)与第四钢板(4)之间按规定制作放置橡 胶填充层(13)；在第五钢板组上钢板(5-1)右端面与第一钢板竖直支撑板(1-2) 之间按规定安装位移感应器(18)。
尽管为说明目的公开了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)

1.一种曲线梁桥防爬移倾覆装置，包括曲线梁桥，其特征在于：所述曲线梁桥梁体(10)内设置有梁体内预埋钢板(6)，所述曲线梁桥梁体下端设置有上部钢板组构件，所述预埋钢板与上部钢板组构件通过预埋螺栓(9)及螺母(8)固定，所述上部钢板组构件由呈L形的第一钢板(1)、第三钢板组(3)、第四钢板(4)及活塞组件(12)组成，所述活塞组件(12)与第三钢板组(3)、第一钢板(1)、第四钢板(4)粘结连接；所述曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽(11)内设置有桥墩内预埋钢板(7)，所述曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽的上部设置有下部钢板组构件，所述下部钢板组构件由第二钢板(2)及第五钢板组(5)构成；所述上部钢板组构件与下部钢板组构件通过楔形块(14)连接，所述楔形块的一端与所述活塞组件连接，另一端与所述第五钢板组连接；
所述第一钢板包括第一钢板平面连接板(1-1)及第一钢板竖直支撑板(1-2)，所述第一钢板平面连接板(1-1)固定在曲线梁桥梁体(10)底部，第一钢板竖直支撑板(1-2)下端面与墩台或墩帽(11)贴合连接，第三钢板组(3-1，3-2)与第一钢板竖直支撑板(1-2)焊接连接，第四钢板(4)与第三钢板组(3-1，3-2)焊接连接；
所述第四钢板(4)与第二钢板竖直支撑面(2-2)之间设置橡胶填充层(13)；
所述橡胶填充层(13)与第四钢板(4)预留一定的空隙L1，所述第五钢板组上钢板(5-1)右端面与第一钢板竖直支撑板(1-2)之间预留有一定的空隙L2，所述L2为曲线梁桥最大安全爬移量，L1的距离小于L2；
所述楔形块(14)与第四钢板(4)由限位螺杆(16)相连，限位螺杆(16)穿过第四钢板(4)设置有外侧限位螺母(17-1)，外侧限位螺母(17-1)与第四钢板(4)存在一定的距离L3，限位螺杆(16)在第四钢板(4)与楔形块(14)之间设有内侧限位螺母(17-2)，内侧限位螺母(17-2)紧贴限位螺杆(16)。
2.根据权利要求1所述的曲线梁桥防爬移倾覆装置，其特征在于：所述第二钢板包括第二钢板水平连接板及第二钢板竖直支撑板，所述第二钢板平面连接板(2-1)固定在墩台或墩帽(11)上面，第二钢板竖直支撑板(1-2)上端面与曲线梁桥梁体(10)下部贴合连接，第五钢板组(5-1，5-2)与第二钢板竖直支撑板(1-2)焊接连接，第五钢板上钢板(5-1)与曲线梁桥梁体(10)贴合连接，下钢板(5-2)与墩台或墩帽(11)贴合连接。
3.根据权利要求1所述的曲线梁桥防爬移倾覆装置，其特征在于：所述第五钢板组上钢板(5-1)右端面与第一钢板竖直支撑板(1-2)设置有位移感应器(18)，位移感应器发射端(18-1)安装于第一钢板竖直支撑板，接收端(18-2)安装于第五钢板组上钢板(5-1)右端面。
4.根据权利要求1所述的曲线梁桥防爬移倾覆装置，其特征在于：所述楔形块与所述第五钢板组之间设置有摩擦片，所述摩擦片(15)镶嵌在楔形块(14)内，所述摩擦片(15)与第五钢板组(5-1，5-2)贴合连接。
5.根据权利要求1所述的曲线梁桥防爬移倾覆装置，其特征在于：所述上部钢板组构件处于曲线梁桥内侧，所述下部钢板组构件处于曲线梁桥外侧，所述上部钢板组构件及下部钢板组构件设置于曲线梁桥梁体中心位置处。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的曲线梁桥防爬移倾覆装置的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算曲线梁桥在外荷载下产生的水平侧移值和水平剪切力值，计算曲线梁桥最大安全爬移量，并依据上述值分别确定桥墩内预埋钢板(7)、预埋螺栓(9-2)、螺母(8-2)、上部钢板组构件、梁内预埋钢板(6)、预埋螺栓(9-1)、螺母(8-1)、下部钢板组构件所用的材料牌号、规格型号、设计尺寸和数量；
步骤2：计算楔形块(14)所能承受的最大竖向正压力和摩擦片(15)所承受的最大静摩擦，并依据上述值计算限位螺杆(16)与内外限位螺母(17)的距离，分别确定楔形块(14)、摩擦片(15)、活塞组件(12)、限位螺杆(16)、限位螺母(17)所用的材料牌号、规格型号、设计尺寸和数量；
步骤3：依据步骤1、步骤2的计算结果，确定橡胶填充层(13)的材料牌号、规格型号、设计尺寸；
步骤4：依据步骤1、步骤2、步骤3的计算结果，设计制作梁内预埋钢板(6)、预埋螺栓(9)、螺母(8)、上部钢板组构件、下部钢板组构件、桥墩预埋钢板(7)、楔形块(14)、摩擦片(15)、活塞组件(12)、限位螺杆(16)、限位螺母(17)；
步骤5：曲线梁桥桥墩的墩台或墩帽(11)施工时，将桥墩内预埋钢板(7)、预埋螺栓(9-2)、螺母(8-2)组合在一起并预埋在桥墩墩台或墩帽(11)内，之后用预埋螺栓(9-2)和螺母(8-2)通过第二钢板平面连接板(2-2)将预制的下部钢板组构件连接在桥墩内预埋钢板(7)上；曲线梁桥梁体(10)施工时，将梁体内预埋钢板(6)、预埋螺栓(9-1)、螺母(8-1)组合在一起并预埋在曲线梁桥梁体(10)内，之后用预埋螺栓(9-1)和螺母(8-1)通过第一钢板平面连接板(1-1)将预制的上部钢板组构件连接在梁体预埋钢板上；施工完成后，将摩擦片(15)镶嵌于楔形块(14)上，放置楔形块(14)于活塞组件(12)表面，通过限位螺杆(16)和限位螺母(17)与第四钢板(4)相连；
步骤6：在第二钢板竖直支撑板(2-2)与第四钢板(4)之间按规定制作放置橡胶填充层(13)；在第五钢板组上钢板(5-1)右端面与第一钢板竖直支撑板(1-2)之间按规定安装位移感应器(18)。
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