CN113494056B - 基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统及方法，其包括既有的桥墩、墩帽、支撑加固组件及两组混凝土梁；支撑加固组件包括墩部加固装置、帽部加固装置、支座支撑加固装置和/或梁部加固装置。支座支撑加固装置包括设置在墩帽上的支座底座、设置在支座底座上的支座支撑、设置在混凝土梁与支座底座之间的竖向支撑组件；竖向支撑组件在支座支撑一侧；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

Description

基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统及方法

技术领域

本发明涉及基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统及方法。

背景技术

小跨度梁是我国既有铁路中的一种重要桥型，随着大轴重、高密度、长编组的重载列车常态化开行，小跨度梁振动超限、疲劳断裂、耐久性降低、承载能力不足等病害相继出现并快速发展，刚度、强度和稳定性方面的安全储备大大降低，小跨度梁的安全问题日趋严重。梁跨度小于等于20m的为小跨度梁。

目前，针对重载运输条件下的小跨度梁承载能力不足和使用条件差等问题，增大截面加固、外贴材料加固、体外预应力加固、辅助钢梁加固等各种加固方法得到了广泛应用，其目的在于恢复或提升结构承载能力或使用性能。但这些加固方法大都在中等以上跨度桥梁上应用较好，在小跨度梁中或多或少的具有一定的不适应性和时效性，所以当前迫切需要根据既有铁路小跨度梁的结构特点，设计一种更加科学合理的加固方法并进行实际工程应用。

因此，本发明基于小跨度梁结构特点，设计了一种基于增设竖向支撑改变结构体系的新型加固改造方法，简化了复杂的加固方法，使得加固更简单、效果更显著，也为铁路安全运营提供了保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统及方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统 ，包括既有的桥墩、墩帽、支撑加固组件及两组混凝土梁；

支撑加固组件包括墩部加固装置、帽部加固装置、支座支撑加固装置和/或梁部加固装置。

作为上述技术方案的进一步改进：

支座支撑加固装置包括设置在墩帽上的支座底座、设置在支座底座上的支座支撑、设置在混凝土梁与支座底座之间的竖向支撑组件；

竖向支撑组件在支座支撑一侧；

竖向支撑组件包括并排两个设置在墩帽上表面上的固定支座；在固定支座上竖直设置有钢立柱，在钢立柱上端螺纹部设置有上固定螺母及下固定螺母；

在两个钢立柱之间设置有支撑横梁；支撑横梁下端被下固定螺母托举且上端被上固定螺母下压；在支撑横梁上表面设置有四氟乙烯板以与混凝土梁下表面支撑接触；

在固定支座上分布若干辅助的钢立柱，用于辅助托举支撑横梁。

在墩帽上设置有帽部加固装置；帽部加固装置包括对合设置的加固侧护套；在加固侧护套上方连接有加固顶部套；两个加固顶部套的钢筋及加固侧护套的钢筋通过加强中心工艺连接板拼接为一体；

加固顶部套的钢筋及加固侧护套的钢筋分别与凿毛后的墩帽的钢筋焊接为一体；

加固顶部套与墩帽上部仿形贴合且在两者间隙中浇灌有混凝土，加固侧护套与墩帽下部仿形贴合且在两者间隙中浇灌有混凝土；

墩帽上部设置有工艺凿毛槽，在工艺凿毛槽中设置有工艺凹槽及工艺竖向加强钢筋；加固顶部套下部与工艺凿毛槽对应且与工艺竖向加强钢筋焊接；

在加固顶部套上分布有调整底座的调整固定座；在调整固定座上设置有调整固定斜座，在调整固定斜座一端设置有调整螺杆，在调整螺杆上设置有调整牵拉座，在调整固定座上设置有调整侧向导向槽，在调整侧向导向槽上移动有调整斜面座，在调整斜面座下表面设置有与调整固定斜座斜面配合活动，调整斜面座具有水平设置有且带有调整工艺凸起的调整上端面；在调整斜面座上设置有调整工艺槽，以与调整牵拉座及调整螺杆对应适配；

在墩帽侧壁上锚固有加固钢板。

在桥墩上设置有墩部加固装置的加强立柱；

在墩帽的帽部加固装置下端或加固侧护套下端连接加强立柱，在加强立柱下端垂直设置有加强三角筋，加强立柱在桥墩外侧；在桥墩上分布有凿毛的豁口以外露处钢筋并焊接有横向工艺钢筋杆；在加强立柱上分布有加强侧工艺孔；

横向工艺钢筋杆穿过加强侧工艺孔并与加强立柱的钢筋焊接；在桥墩与加强立柱之间浇筑水泥；

在桥墩根基处通过栓钉侧面加固有加固钢板且底部加固有扁形钢箱梁II。

在混凝土梁底部设置有梁部加固装置；

在混凝土梁中部下端设置有锚固区；在两锚固区之间有预应力碳纤维板；、在混凝土梁根部下端设置有加强锚固区；在加强锚固区设置有扁形钢箱梁I。

支座支撑加固装置包括设置在墩帽上的支座底座、设置在支座底座上的支座支撑；

两组混凝土梁与各自支座底座对应；

支座底座包括成对设置且底部具有第一底部槽的第一底座；第一底部槽用于放置调整底座，进行高度调整；

支座支撑包括在第一底座上设置的液压支撑，在液压支撑上设置有弹性支撑；

液压支撑包括在各自第一底座上方分别设置且结构相同的第二液压调整座I及第二支撑座II；第二液压调整座I具有四条第二支腿；在四条第二支腿之间具有中空的第二下部凹槽；

在第二下部凹槽中设置有第二下部活塞座I，在设定负荷情况下，第二液压调整座I通过第二下部活塞座I与第一底座接触且第二支腿与第一底座分离；当超过设定负荷，第二液压调整座I克服第二下部活塞座I的支撑力且第二支腿与第一底座压力接触；

在第二支撑座II的第二下部凹槽中设置有第二下部活塞座II；第二下部活塞座II的下部无杆腔与第二下部活塞座I的下部无杆腔通过第二连通管连通设置；

在第二下部活塞座II的上部有杆腔与第二下部活塞座I的上部有杆腔分别内置有弹簧；

在第二连通管上分别连接有安全溢流管路、液压补入管路及信号反馈电路；

当第二连通管内压强大于安全压力，安全溢流管路将溢流管内液体到外置存液箱；当第二连通管内压强小于设定压力，通过液压补入管路补入液压油增压；通过第二连通管上的电子温度计、压力表采集第二连通管内液体变化，并转为电信号通过信号反馈电路反馈给上位机，进行实时监测；

弹性支撑包括结构相同且分别设置在第二液压调整座I上的第三组件I及设置在第二支撑座II上的第三组件II；

第三组件I包括设置在第二液压调整座I上的第三下底座；在第三下底座上设置有第三上顶座，在第三下底座上分别设置有第三弹簧及第三导向柱；

第三弹簧对第三上顶座弹性支撑且第三导向柱对第三上顶座进行导向；

在第三上顶座一侧设置有第三侧导向斜面，在第三组件I与第三组件II的第三侧导向斜面之间设置有平衡力组件；

平衡力组件包括水平横向设置的第三连杆；在第三连杆两端分别设置有第三侧推斜座I与第三侧推斜座II，并分别用于与对应的第三侧导向斜面贴合接触；

在第三侧推斜座I下端通过第三连接架I连接有第三下插横向斜楔I，用于插入或离开第三组件I对应的第三弹簧；

在第三侧推斜座II下端通过第三连接架II连接有第三下插横向斜楔II，用于插入或离开第三组件II对应的第三弹簧；

在墩帽中部设置有复位弹簧支点；复位弹簧支点通过复位弹簧II连接第三下插横向斜楔II；复位弹簧支点通过复位弹簧I连接第三下插横向斜楔I；第三上顶座用于承载对应的混凝土梁；

在未过载承载状态下，第三侧推斜座I与第三侧推斜座II在复位弹簧II与复位弹簧I作用下位于中位；

当第三组件I的第三上顶座受力大于未过载承载状态的设定值后而第三组件II的第三上顶座受力小于未过载承载状态的设定值时，第三侧推斜座I与第三侧导向斜面接触，第三侧导向斜面斜向下下压第三侧推斜座I，第三下插横向斜楔I远离第三弹簧，同时，第三侧推斜座II向第三组件II的对应的第三侧导向斜面靠近并直到接触，第三下插横向斜楔II不断插入到对应的第三弹簧中；

当第三组件I的第三上顶座受力小于未过载承载状态的设定值后而第三组件II的第三上顶座受力大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件反向做相同的运行；

当第三组件I的第三上顶座受力且第三组件II的第三上顶座受力均大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件同时受力。

一种基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，借助于加固系统；该方法以下步骤；

S1，施工准备，首先，根据既有桥梁的图纸、实际工况及所需加固数值；然后，预制支撑加固组件；

S2，防护及基础开挖；首先，配套进行断路施工并进行防护；

S3，钻孔桩施工；首先，测量放线；然后，冲击钻孔；其次，桩基浇筑；

S4，承台凿毛并植筋；对既有桥墩的承台、桥墩、墩帽进行凿毛，并露出钢筋；

S5， 基底回填施工；对桥墩的承台，做防腐处理，回填并夯实；

S6， 增大基础施工；首先，桩帽处理；然后，钢筋绑扎；其次，承台浇筑；

S7， 墩身连接施工；首先，确定尺寸；然后，植筋凿毛；其次，连接浇筑；

S8，施工完成。

一种基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，包括以下对桥墩加固墩部加固装置的步骤S6.1和/或对混凝土梁底部加固梁部加固装置步骤S6.4；

在S6.1中， 首先，对桥墩所在位置进行围堰；然后，在桥墩根基处通过栓钉侧面加固加固钢板且底部加固扁形钢箱梁II；其次，对桥墩侧部凿毛豁口并外露处钢筋并焊接有横向工艺钢筋杆；再次，在墩帽下部安装加强立柱，并将横向工艺钢筋杆穿过加强侧工艺孔并与加强立柱的钢筋焊接；之后，在桥墩与加强立柱之间浇筑水泥；

在S6.4中，首先，对混凝土梁根部下端设置有加强锚固区；在加强锚固区设置有扁形钢箱梁I；然后，在混凝土梁中部下端设置有锚固区。

一种基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，包括以下对墩帽加固帽部加固装置的步骤S6.2；

S6.2.1， 首先，对墩帽顶部及两侧凿毛并露出钢筋；然后，在露出钢筋上拼接加长钢筋；其次，将加固侧护套及加固顶部套从侧部对合在墩帽上，并将钢筋焊接为一体并防锈防腐；之后，通过加强中心工艺连接板将两侧加固顶部套连接为一体；再次，在加固侧护套及加固顶部套与墩帽之间、两侧加固顶部套之间浇灌水泥为一体；

S6.2.2， 首先，在调整底座上放置若干调整固定座；然后，驱动调整螺杆使得调整牵拉座驱动调整斜面座沿着调整侧向导向槽在调整固定斜座上升降，以调整调整上端面的高度；

S6.2.3，在墩帽侧壁上锚固加固钢板。

一种基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，包括以下对支座加固支座支撑加固装置的步骤S6.3；

当既有支座底座满足设定要求，仅执行S6.3.1；

当既有支座底座满足不能设定要求，执行S6.3.1至S6.3.6；

S6.3.1，首先，在墩帽放置固定支座；然后，固定支座上插入钢立柱；其次，在钢立柱上放置下固定螺母；再次，在下固定螺母上放置支撑横梁及带有压力传感器的四氟乙烯板；之后，在钢立柱上紧固上固定螺母；之后，根据压力传感器调整下固定螺母及上固定螺母，以调整四氟乙烯板的承载压力；再后，根据需要，安装辅助的钢立柱辅助托举支撑横梁；

S6.3.2，将既有支座底座及支座支撑拆除；

S6.3.3，安装新的支座底座及支座支撑；首先，安装第一底座于调整底座之上；然后，安装液压支撑；其次，安装弹性支撑；

S6.3.3.1，安装液压支撑；首先，将第二下部活塞座I及第二下部活塞座II分别放置到对应的第二支腿的第二下部凹槽中；然后，第二支腿放置到各自第一底座上；其次，将第二下部活塞座I及第二下部活塞座II的各自无杆腔通过第二连通管连通；再次，调定安全溢流管路的安全压力；之后，通过液压补入管路补入液压油增压；通过第二连通管上的电子温度计、压力表采集第二连通管内液体变化，并转为电信号通过信号反馈电路反馈给上位机，进行实时监测；

S6.3.3.2，安装弹性支撑；首先，在第二液压调整座I上安装第三组件I及设置在第二支撑座II上安装第三组件II；然后，放置第三弹簧，将第三上顶座装入第三导向柱；其次，安装并调整平衡力组件；

S6.3.4，放置混凝土梁；

S6.3.5，首先，在安装后，调整液压支撑的压力，使得在设定负荷情况下，第二液压调整座I通过第二下部活塞座I与第一底座接触且第二支腿与第一底座分离；当超过设定负荷，第二液压调整座I克服第二下部活塞座I的支撑力且第二支腿与第一底座压力接触； 然后，调整弹性支撑，使得平衡力组件满足以下目标：

当第三组件I的第三上顶座受力大于未过载承载状态的设定值后而第三组件II的第三上顶座受力小于未过载承载状态的设定值时，第三侧推斜座I与第三侧导向斜面接触，第三侧导向斜面斜向下下压第三侧推斜座I，第三下插横向斜楔I远离第三弹簧，同时，第三侧推斜座II向第三组件II的对应的第三侧导向斜面靠近并直到接触，第三下插横向斜楔II不断插入到对应的第三弹簧中；

当第三组件I的第三上顶座受力小于未过载承载状态的设定值后而第三组件II的第三上顶座受力大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件反向做相同的运行；

当第三组件I的第三上顶座受力且第三组件II的第三上顶座受力均大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件同时受力；

S6.3.6，首先，当第三组件I上方的混凝土梁承载负荷大于设定数值后，通过第二连通管，第二下部活塞座I将压力传递给第二下部活塞座II，实现两侧第一底座承载；当第二支腿与第一底座接触后，液压支撑失效，弹性支撑继续工作，直到第三组件I的第三上顶座受力且第三组件II的第三上顶座受力均大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件同时受力后，弹性支撑失效，检测员对其进行维修。

本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

附图说明

图1是本发明的梁体增设竖向支撑加固示意图。

图2是本发明的梁体增设竖向局部示意图。

图3是本发明的竖向支撑组件结构示意图。

图4是本发明的竖向支撑组件侧向结构示意图。

图5是本发明的桥墩使用结构示意图。

图6是本发明的加强三角筋结构示意图。

图7是本发明的第二支撑座爆炸结构示意图。

图8是本发明的锚固区结构示意图。

图9是本发明的加固钢板使用结构示意图。

图10是本发明的混凝土梁爆炸示意图。

其中：1、桥墩；2、墩帽；3、支座底座；4、支座支撑；5、混凝土梁；6、竖向支撑组件；7、固定支座；8、钢立柱；9、下固定螺母；10、支撑横梁；11、四氟乙烯板；12、上固定螺母；13、加固侧护套；14、加固顶部套；15、调整底座；16、加强立柱；17、加强三角筋；18、加强侧工艺孔；19、加强中心工艺连接板；20、横向工艺钢筋杆；21、工艺凿毛槽；22、工艺凹槽；23、工艺竖向加强钢筋；24、调整固定座；25、调整侧向导向槽；26、调整固定斜座；27、调整螺杆；28、调整牵拉座；29、调整斜面座；30、调整工艺槽；31、调整上端面；32、调整工艺凸起；33、第一底座；34、第一底部槽；35、第二液压调整座I；36、第二支腿；37、第二下部凹槽；38、第二下部活塞座I；39、第二连通管；40、第二支撑座II；41、第二下部活塞座II；42、安全溢流管路；43、液压补入管路；44、信号反馈电路；45、第三组件I；46、第三组件II；47、第三下底座；48、第三弹簧；49、第三上顶座；50、第三导向柱；51、第三侧导向斜面；52、第三侧推斜座I；53、第三连接架I；54、第三下插横向斜楔I；55、第三连杆；56、第三侧推斜座II；57、第三连接架II；58、第三下插横向斜楔II；59、锚固区；60、预应力碳纤维板；61、加固钢板；62、加强锚固区；63、扁形钢箱梁I；64、栓钉；65、加固钢板；66、扁形钢箱梁II；67、复位弹簧支点；68、复位弹簧II；69、复位弹簧I。

具体实施方式

如图1-10所示，本实施例的基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统 ，包括既有的桥墩1、墩帽2、支撑加固组件及两组混凝土梁5；

支撑加固组件包括墩部加固装置、帽部加固装置、支座支撑加固装置和/或梁部加固装置。

支座支撑加固装置包括设置在墩帽2上的支座底座3、设置在支座底座3上的支座支撑4、设置在混凝土梁5与支座底座3之间的竖向支撑组件6；

竖向支撑组件6在支座支撑4一侧；

竖向支撑组件6包括并排两个设置在墩帽2上表面上的固定支座7；在固定支座7上竖直设置有钢立柱8，在钢立柱8上端螺纹部设置有上固定螺母12及下固定螺母9；

在两个钢立柱8之间设置有支撑横梁10；支撑横梁10下端被下固定螺母9托举且上端被上固定螺母12下压；在支撑横梁10上表面设置有四氟乙烯板11以与混凝土梁5下表面支撑接触；

在固定支座7上分布若干辅助的钢立柱，用于辅助托举支撑横梁10。

在墩帽2上设置有帽部加固装置；帽部加固装置包括对合设置的加固侧护套13；在加固侧护套13上方连接有加固顶部套14；两个加固顶部套14的钢筋及加固侧护套13的钢筋通过加强中心工艺连接板19拼接为一体；

加固顶部套14的钢筋及加固侧护套13的钢筋分别与凿毛后的墩帽2的钢筋焊接为一体；

加固顶部套14与墩帽2上部仿形贴合且在两者间隙中浇灌有混凝土，加固侧护套13与墩帽2下部仿形贴合且在两者间隙中浇灌有混凝土；

墩帽2上部设置有工艺凿毛槽21，在工艺凿毛槽21中设置有工艺凹槽22及工艺竖向加强钢筋23；加固顶部套14下部与工艺凿毛槽21对应且与工艺竖向加强钢筋23焊接；

在加固顶部套14上分布有调整底座15的调整固定座24；在调整固定座24上设置有调整固定斜座26，在调整固定斜座26一端设置有调整螺杆27，在调整螺杆27上设置有调整牵拉座28，在调整固定座24上设置有调整侧向导向槽25，在调整侧向导向槽25上移动有调整斜面座29，在调整斜面座29下表面设置有与调整固定斜座26斜面配合活动，调整斜面座29具有水平设置有且带有调整工艺凸起32的调整上端面31；在调整斜面座29上设置有调整工艺槽30，以与调整牵拉座28及调整螺杆27对应适配；

在墩帽2侧壁上锚固有加固钢板61。

在桥墩1上设置有墩部加固装置的加强立柱16；

在墩帽2的帽部加固装置下端或加固侧护套13下端连接加强立柱16，在加强立柱16下端垂直设置有加强三角筋17，加强立柱16在桥墩1外侧；在桥墩1上分布有凿毛的豁口以外露处钢筋并焊接有横向工艺钢筋杆20；在加强立柱16上分布有加强侧工艺孔18；

横向工艺钢筋杆20穿过加强侧工艺孔18并与加强立柱16的钢筋焊接；在桥墩1与加强立柱16之间浇筑水泥；

在桥墩1根基处通过栓钉64侧面加固有加固钢板65且底部加固有扁形钢箱梁II66。

在混凝土梁5底部设置有梁部加固装置；

在混凝土梁5中部下端设置有锚固区59；在两锚固区59之间有预应力碳纤维板60；、在混凝土梁5根部下端设置有加强锚固区62；在加强锚固区62设置有扁形钢箱梁I63。

支座支撑加固装置包括设置在墩帽2上的支座底座3、设置在支座底座3上的支座支撑4；

两组混凝土梁5与各自支座底座3对应；

支座底座3包括成对设置且底部具有第一底部槽34的第一底座33；第一底部槽34用于放置调整底座15，进行高度调整；

支座支撑4包括在第一底座33上设置的液压支撑，在液压支撑上设置有弹性支撑；

液压支撑包括在各自第一底座33上方分别设置且结构相同的第二液压调整座I35及第二支撑座II40；第二液压调整座I35具有四条第二支腿36；在四条第二支腿36之间具有中空的第二下部凹槽37；

在第二下部凹槽37中设置有第二下部活塞座I38，在设定负荷情况下，第二液压调整座I35通过第二下部活塞座I38与第一底座33接触且第二支腿36与第一底座33分离；当超过设定负荷，第二液压调整座I35克服第二下部活塞座I38的支撑力且第二支腿36与第一底座33压力接触；

在第二支撑座II40的第二下部凹槽37中设置有第二下部活塞座II41；第二下部活塞座II41的下部无杆腔与第二下部活塞座I38的下部无杆腔通过第二连通管39连通设置；

在第二下部活塞座II41的上部有杆腔与第二下部活塞座I38的上部有杆腔分别内置有弹簧；

在第二连通管39上分别连接有安全溢流管路42、液压补入管路43及信号反馈电路44；

当第二连通管39内压强大于安全压力，安全溢流管路42将溢流管内液体到外置存液箱；当第二连通管39内压强小于设定压力，通过液压补入管路43补入液压油增压；通过第二连通管39上的电子温度计、压力表采集第二连通管39内液体变化，并转为电信号通过信号反馈电路44反馈给上位机，进行实时监测；

弹性支撑包括结构相同且分别设置在第二液压调整座I35上的第三组件I45及设置在第二支撑座II40上的第三组件II46；

第三组件I45包括设置在第二液压调整座I35上的第三下底座47；在第三下底座47上设置有第三上顶座49，在第三下底座47上分别设置有第三弹簧48及第三导向柱50；

第三弹簧48对第三上顶座49弹性支撑且第三导向柱50对第三上顶座49进行导向；

在第三上顶座49一侧设置有第三侧导向斜面51，在第三组件I45与第三组件II46的第三侧导向斜面51之间设置有平衡力组件；

平衡力组件包括水平横向设置的第三连杆55；在第三连杆55两端分别设置有第三侧推斜座I52与第三侧推斜座II56，并分别用于与对应的第三侧导向斜面51贴合接触；

在第三侧推斜座I52下端通过第三连接架I53连接有第三下插横向斜楔I54，用于插入或离开第三组件I45对应的第三弹簧48；

在第三侧推斜座II56下端通过第三连接架II57连接有第三下插横向斜楔II58，用于插入或离开第三组件II46对应的第三弹簧48；

在墩帽2中部设置有复位弹簧支点67；复位弹簧支点67通过复位弹簧II68连接第三下插横向斜楔II58；复位弹簧支点67通过复位弹簧I69连接第三下插横向斜楔I54；第三上顶座49用于承载对应的混凝土梁5；

在未过载承载状态下，第三侧推斜座I52与第三侧推斜座II56在复位弹簧II68与复位弹簧I69作用下位于中位；

当第三组件I45的第三上顶座49受力大于未过载承载状态的设定值后而第三组件II46的第三上顶座49受力小于未过载承载状态的设定值时，第三侧推斜座I52与第三侧导向斜面51接触，第三侧导向斜面51斜向下下压第三侧推斜座I52，第三下插横向斜楔I54远离第三弹簧48，同时，第三侧推斜座II56向第三组件II46的对应的第三侧导向斜面51靠近并直到接触，第三下插横向斜楔II58不断插入到对应的第三弹簧48中；

当第三组件I45的第三上顶座49受力小于未过载承载状态的设定值后而第三组件II46的第三上顶座49受力大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件反向做相同的运行；

当第三组件I45的第三上顶座49受力且第三组件II46的第三上顶座49受力均大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件同时受力。

本实施例的基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，借助于加固系统；该方法以下步骤；

S1，施工准备，首先，根据既有桥梁的图纸、实际工况及所需加固数值；然后，预制支撑加固组件；

S2，防护及基础开挖；首先，配套进行断路施工并进行防护；

S3，钻孔桩施工；首先，测量放线；然后，冲击钻孔；其次，桩基浇筑；

S4，承台凿毛并植筋；对既有桥墩1的承台、桥墩1、墩帽2进行凿毛，并露出钢筋；

S5， 基底回填施工；对桥墩1的承台，做防腐处理，回填并夯实；

S6， 增大基础施工；首先，桩帽处理；然后，钢筋绑扎；其次，承台浇筑；

S7， 墩身连接施工；首先，确定尺寸；然后，植筋凿毛；其次，连接浇筑；

S8，施工完成。

本实施例的基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，包括以下对桥墩1加固墩部加固装置的步骤S6.1和/或对混凝土梁5底部加固梁部加固装置步骤S6.4；

在S6.1中， 首先，对桥墩1所在位置进行围堰；然后，在桥墩1根基处通过栓钉64侧面加固加固钢板65且底部加固扁形钢箱梁II66；其次，对桥墩1侧部凿毛豁口并外露处钢筋并焊接有横向工艺钢筋杆20；再次，在墩帽2下部安装加强立柱16，并将横向工艺钢筋杆20穿过加强侧工艺孔18并与加强立柱16的钢筋焊接；之后，在桥墩1与加强立柱16之间浇筑水泥；

在S6.4中，首先，对混凝土梁5根部下端设置有加强锚固区62；在加强锚固区62设置有扁形钢箱梁I63；然后，在混凝土梁5中部下端设置有锚固区59。

本实施例的基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，包括以下对墩帽2加固帽部加固装置的步骤S6.2；

S6.2.1， 首先，对墩帽2顶部及两侧凿毛并露出钢筋；然后，在露出钢筋上拼接加长钢筋；其次，将加固侧护套13及加固顶部套14从侧部对合在墩帽2上，并将钢筋焊接为一体并防锈防腐；之后，通过加强中心工艺连接板19将两侧加固顶部套14连接为一体；再次，在加固侧护套13及加固顶部套14与墩帽2之间、两侧加固顶部套14之间浇灌水泥为一体；

S6.2.2， 首先，在调整底座15上放置若干调整固定座24；然后，驱动调整螺杆27使得调整牵拉座28驱动调整斜面座29沿着调整侧向导向槽25在调整固定斜座26上升降，以调整调整上端面31的高度；

S6.2.3，在墩帽2侧壁上锚固加固钢板61。

本实施例的基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固方法，包括以下对支座加固支座支撑加固装置的步骤S6.3；

当既有支座底座3满足设定要求，仅执行S6.3.1；

当既有支座底座3满足不能设定要求，执行S6.3.1至S6.3.6；

S6.3.1，首先，在墩帽2放置固定支座7；然后，固定支座7上插入钢立柱8；其次，在钢立柱8上放置下固定螺母9；再次，在下固定螺母9上放置支撑横梁10及带有压力传感器的四氟乙烯板11；之后，在钢立柱8上紧固上固定螺母12；之后，根据压力传感器调整下固定螺母9及上固定螺母12，以调整四氟乙烯板11的承载压力；再后，根据需要，安装辅助的钢立柱辅助托举支撑横梁10；

S6.3.2，将既有支座底座3及支座支撑4拆除；

S6.3.3，安装新的支座底座3及支座支撑4；首先，安装第一底座33于调整底座15之上；然后，安装液压支撑；其次，安装弹性支撑；

S6.3.3.1，安装液压支撑；首先，将第二下部活塞座I38及第二下部活塞座II41分别放置到对应的第二支腿36的第二下部凹槽37中；然后，第二支腿36放置到各自第一底座33上；其次，将第二下部活塞座I38及第二下部活塞座II41的各自无杆腔通过第二连通管39连通；再次，调定安全溢流管路42的安全压力；之后，通过液压补入管路43补入液压油增压；通过第二连通管39上的电子温度计、压力表采集第二连通管39内液体变化，并转为电信号通过信号反馈电路44反馈给上位机，进行实时监测；

S6.3.3.2，安装弹性支撑；首先，在第二液压调整座I35上安装第三组件I45及设置在第二支撑座II40上安装第三组件II46；然后，放置第三弹簧48，将第三上顶座49装入第三导向柱50；其次，安装并调整平衡力组件；

S6.3.4，放置混凝土梁5；

S6.3.5，首先，在安装后，调整液压支撑的压力，使得在设定负荷情况下，第二液压调整座I35通过第二下部活塞座I38与第一底座33接触且第二支腿36与第一底座33分离；当超过设定负荷，第二液压调整座I35克服第二下部活塞座I38的支撑力且第二支腿36与第一底座33压力接触； 然后，调整弹性支撑，使得平衡力组件满足以下目标：

当第三组件I45的第三上顶座49受力大于未过载承载状态的设定值后而第三组件II46的第三上顶座49受力小于未过载承载状态的设定值时，第三侧推斜座I52与第三侧导向斜面51接触，第三侧导向斜面51斜向下下压第三侧推斜座I52，第三下插横向斜楔I54远离第三弹簧48，同时，第三侧推斜座II56向第三组件II46的对应的第三侧导向斜面51靠近并直到接触，第三下插横向斜楔II58不断插入到对应的第三弹簧48中；

当第三组件I45的第三上顶座49受力小于未过载承载状态的设定值后而第三组件II46的第三上顶座49受力大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件反向做相同的运行；

当第三组件I45的第三上顶座49受力且第三组件II46的第三上顶座49受力均大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件同时受力；

S6.3.6，首先，当第三组件I45上方的混凝土梁5承载负荷大于设定数值后，通过第二连通管39，第二下部活塞座I38将压力传递给第二下部活塞座II41，实现两侧第一底座33承载；当第二支腿36与第一底座33接触后，液压支撑失效，弹性支撑继续工作，直到第三组件I45的第三上顶座49受力且第三组件II46的第三上顶座49受力均大于未过载承载状态的设定值时，平衡力组件同时受力后，弹性支撑失效，检测员对其进行维修。

本发明实现了桥墩1，墩帽2，支座底座3，支座支撑4，混凝土梁5的全面加固可以根据情况单独加固或组合使用，对易损件件支座采用更换等效 平衡的支座，其可以通过两个支座同时承受一侧过载，实现消除谐振吸收振动，设计巧妙，竖向支撑组件6实现了外加支撑，操作方便， 四氟乙烯板11耐磨。

通过加固侧护套13，加固顶部套14，调整底座15，加强立柱16，加强三角筋17，加强侧工艺孔18，加强中心工艺连接板19，横向工艺钢筋杆20，工艺凿毛槽21，工艺凹槽22，工艺竖向加强钢筋23实现了加粗加宽，通过凿毛焊接，从而使得其成为一体，避免分离，调整固定座24，通过调整侧向导向槽25，调整固定斜座26，调整螺杆27，调整牵拉座28，调整斜面座29，调整工艺槽30，调整上端面31实现水平升降微调节，调整工艺凸起32改善受力工艺。针对支座，第一底座33，第一底部槽34，第二液压调整座I35，第二支腿36，第二下部凹槽37，第二下部活塞座I38，第二连通管39，第二支撑座II40，第二下部活塞座II41，安全溢流管路42，液压补入管路43，信号反馈电路44，第三组件I45，第三组件II46，第三下底座47，第三弹簧48，第三上顶座49，第三导向柱50，第三侧导向斜面51，第三侧推斜座I52，第三连接架I53，第三下插横向斜楔I54，第三连杆55，第三侧推斜座II56，第三连接架II57，第三下插横向斜楔II58，实现了巧妙利用两个支座承受一个桥梁的力，（一般不允许两个火车同时上桥），从而实现了力的分解，通过斜楔插入长度实现弹簧系数的调整，从而使得两侧可以均匀受力平衡。通过远程反馈实现后台监控。通过弹性支撑与液压支撑双保险，减少冲量与振动，实现力的多方向传递分散，设计创新。通过锚固区59，预应力碳纤维板60，加固钢板61，加强锚固区62，扁形钢箱梁I63，栓钉64，加固钢板65，扁形钢箱梁II66，实现辅助加强。复位弹簧支点67，复位弹簧II68，复位弹簧I69实现了自动回位。

本发明采用增设竖向支撑加固方法，其基本原理就是在简支梁两侧增设竖向支撑，通过减小桥梁跨度和改变桥梁体系结构来降低梁体内应力，如图1所示。在简支梁下部原支座附近设置竖向支撑，仅提供竖向支撑作用，横向和纵向自由，原简支梁结构体系发生改变，改变为类似简支外伸悬臂结构体系，也表现出连续梁桥的部分受力特性。

增设竖向支撑加固设计有两个关键要点，第一，增设的竖向支撑在布置时尽量靠近既有桥墩墩帽外侧，但与原有支座比较接近，距离一般介于30 cm~80 cm之间，桥上活载由既有支座和增设的支撑结构共同承担；第二，增设的竖向支撑刚度有控制要求，刚度不是越大越好，以能适应活载引起的变形并能承担一定荷载作用为目标，承受荷载不能过大，以免梁体和墩帽局部受损，增设支撑和原有支座共同受力。同时，恒载作用下竖向支撑不起作用，活载作用下竖向支撑才开始工作，同时竖向支撑还具有横向和纵向自由的特点，能够适应梁体横向和纵向变形。

设计方法：

针对小跨度梁和对应桥墩结构的典型特点，进行加固体系、加固装置和加固方法细部设计，见图1~图5所示。

增设竖向支撑的加固方法其基本原理是改变结构体系，增加约束并减小主梁跨度，增设竖向支撑加固方法和装置在设计时考虑了如下问题：

(1) 支撑点位置仅提供竖向支撑，横向和纵向不约束，在梁底面和支撑装置之间设置四氟乙烯板来实现此目的。

(2) 竖向支撑与梁体底面紧密接触，恒载作用下竖向支撑不受力，活载作用下梁体发生竖向变形后竖向支撑开始工作。

(3) 竖向支撑装置为装配式拼装结构，所有构件在工厂内加工制作完成，现场拼装完成。

(4) 竖向支撑装置由底座、钢立柱、横梁和附属配件共同组成，设计时均考虑了结构的科学性和现场安装的便捷性。其中底座通过膨胀螺栓与桥墩墩帽连接，钢立柱为可通过立柱螺栓调整横向上下高度，横梁上方与梁体接触位置设置四氟乙烯板，提供横向和纵向滑动。

(5) 竖向支撑装置两侧钢立柱高度较大，延伸到横梁上方，在一定程度上起到梁体横向限位的功能，中间位置也设置钢立柱，高度较低，仅延伸到横梁内部，以实现提高横梁竖向抗弯性能的目的。

(6) 竖向支撑结构上部横梁的宽度与既有支座宽度一致，长度需大于梁底面宽度，在两侧设置钢支柱伸出孔，钢立柱向上伸出横梁10 cm~20 cm，以起到横向限位作用。

(7) 竖向支撑刚度可以通过在横梁和聚四氟乙烯板之间安装不同厚度和弹性的橡胶支座进行调整，刚度差异会影响结构受力，支撑刚度的选择需要依据计算确定。

(8) 本加固方法仅增设竖向支撑，如支撑位置处梁体存在大面积开裂或其它损伤，可考虑在梁底面、侧面、顶板等位置黏贴一定厚度的钢板，实现局部加强、提高抗剪和抗裂能力的目的。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。

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；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统，其特征在于：包括既有的桥墩（1）、墩帽（2）、支撑加固组件及两组混凝土梁（5）；

支撑加固组件包括墩部加固装置、帽部加固装置、支座支撑加固装置和/或梁部加固装置；

支座支撑加固装置包括设置在墩帽（2）上的支座底座（3）、设置在支座底座（3）上的支座支撑（4）、设置在混凝土梁（5）与支座底座（3）之间的竖向支撑组件（6）；

竖向支撑组件（6）在支座支撑（4）一侧；

竖向支撑组件（6）包括并排两个设置在墩帽（2）上表面上的固定支座（7）；在固定支座（7）上竖直设置有钢立柱（8），在钢立柱（8）上端螺纹部设置有上固定螺母（12）及下固定螺母（9）；

在两个钢立柱（8）之间设置有支撑横梁（10）；支撑横梁（10）下端被下固定螺母（9）托举且上端被上固定螺母（12）下压；在支撑横梁（10）上表面设置有四氟乙烯板（11）以与混凝土梁（5）下表面支撑接触；

在固定支座（7）上分布若干辅助的钢立柱，用于辅助托举支撑横梁（10）；

在墩帽（2）上设置有帽部加固装置；帽部加固装置包括对合设置的加固侧护套（13）；在加固侧护套（13）上方连接有加固顶部套（14）；两个加固顶部套（14）的钢筋及加固侧护套（13）的钢筋通过加强中心工艺连接板（19）拼接为一体；

加固顶部套（14）的钢筋及加固侧护套（13）的钢筋分别与凿毛后的墩帽（2）的钢筋焊接为一体；

加固顶部套（14）与墩帽（2）上部仿形贴合且在两者间隙中浇灌有混凝土，加固侧护套（13）与墩帽（2）下部仿形贴合且在两者间隙中浇灌有混凝土；

墩帽（2）上部设置有工艺凿毛槽（21），在工艺凿毛槽（21）中设置有工艺凹槽（22）及工艺竖向加强钢筋（23）；加固顶部套（14）下部与工艺凿毛槽（21）对应且与工艺竖向加强钢筋（23）焊接；

在加固顶部套（14）上分布有调整底座（15）的调整固定座（24）；在调整固定座（24）上设置有调整固定斜座（26），在调整固定斜座（26）一端设置有调整螺杆（27），在调整螺杆（27）上设置有调整牵拉座（28），在调整固定座（24）上设置有调整侧向导向槽（25），在调整侧向导向槽（25）上移动有调整斜面座（29），在调整斜面座（29）下表面设置有与调整固定斜座（26）斜面配合活动，调整斜面座（29）具有水平设置有且带有调整工艺凸起（32）的调整上端面（31）；在调整斜面座（29）上设置有调整工艺槽（30），以与调整牵拉座（28）及调整螺杆（27）对应适配；

在墩帽（2）侧壁上锚固有加固钢板（61）。

2.根据权利要求1所述的基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统，其特征在于：在桥墩（1）上设置有墩部加固装置的加强立柱（16）；

在墩帽（2）的帽部加固装置下端或加固侧护套（13）下端连接加强立柱（16），在加强立柱（16）下端垂直设置有加强三角筋（17），加强立柱（16）在桥墩（1）外侧；在桥墩（1）上分布有凿毛的豁口以外露钢筋并焊接有横向工艺钢筋杆（20）；在加强立柱（16）上分布有加强侧工艺孔（18）；

横向工艺钢筋杆（20）穿过加强侧工艺孔（18）并与加强立柱（16）的钢筋焊接；在桥墩（1）与加强立柱（16）之间浇筑水泥；

在桥墩（1）根基处通过栓钉（64）侧面加固有加固钢板（65）且底部加固有扁形钢箱梁II（66）。

3.根据权利要求1所述的基于增设支撑的既有铁路小跨度梁加固系统，其特征在于：在混凝土梁（5）底部设置有梁部加固装置；

在混凝土梁（5）中部下端设置有锚固区（59）；在两锚固区（59）之间有预应力碳纤维板（60）；在混凝土梁（5）根部下端设置有加强锚固区（62）；在加强锚固区（62）设置有扁形钢箱梁I（63）。

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