CN114250722B - 一种既有连续刚构桥的顶升装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种既有连续刚构桥的顶升装置，安装在刚构桥的墩柱待开凿截断截面处，墩柱截断后形成上墩柱和下墩柱；包括安装在每个墩柱待开凿截断截面处周向的桁式套筒组件，所述桁式套筒组件与墩柱通过预埋构造组件连接，上墩柱和下墩柱之间沿着墩柱轴向安装有多个同步顶压组件；预埋构造组件包括固定构件和滑动构件，所述固定构件安装在下墩柱与桁式套筒组件之间，所述滑动构件安装在上墩柱与桁式套筒组件之间，实现上墩柱与桁式套筒组件滑动连接；本发明节省了常规桥梁顶升施工中存在的关键结构，将顶升所用的支撑体系与位移约束体系分别交由同步顶升组件与桁式套筒组件承担，进一步明确了传力路径和各部件职能，设计更加科学合理。

Description

一种既有连续刚构桥的顶升装置

技术领域

本发明涉及河道通航技术领域，特别涉及一种既有连续刚构桥的顶升装置。

背景技术

随着黄河水流量日益稳固攀升，水沙关系不协调的关键问题得到缓解，黄河复航的伟大构想已经初步具备了其现实性。然而许多早期兴建的黄河大桥面临着不能满足桥下通航净空要求的严峻问题。黄河流域跨河桥梁结构形式多样、规模各异，其中的连续刚构桥墩柱中存在较高当量的弯矩和剪力，不能采用常规连续梁桥的顶升方法，本发明突破常规桥梁顶升技术只适用于简支梁桥、钢架桥、无推力拱桥等外部静定桥梁体系的局限，能够适应于连续刚构桥体系，助力黄河复航，应用前景广阔，具有巨大的实用价值和现实意义。

发明内容

本发明目的是为解决普通顶升技术不能解决的连续刚构桥顶升问题，本发明提出一种既有连续刚构桥的顶升装置，可突破常规顶升技术局限，且省去了诸如顶升底板结构体系、顶升托盘结构体系、抱柱梁、钢抱箍等相关工程，结构简单，操作方便。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种既有连续刚构桥的顶升装置，安装在刚构桥的墩柱待开凿截断截面处，墩柱截断后形成上墩柱和下墩柱；包括安装在每个墩柱待开凿截断截面处周向的桁式套筒组件，所述桁式套筒组件与墩柱通过预埋构造组件连接，所述上墩柱和下墩柱之间沿着墩柱轴向安装有多个同步顶压组件；所述每个墩柱待开凿截断截面处安装在有金刚石绳锯切割设备，所述金刚石绳锯切割设备的绳锯放置在待切割线附近；

所述预埋构造组件包括固定构件和滑动构件，所述固定构件安装在下墩柱与桁式套筒组件之间，实现下墩柱与桁式套筒组件固定为一体，所述滑动构件安装在上墩柱与桁式套筒组件之间，实现上墩柱与桁式套筒组件滑动连接。

进一步，所述桁式套筒组件包括围合在每个墩柱四周的内定位架和安装在内定位架外的外强化架，所述内定位架和外强化架之间通过多个连接杆连接为一体，所述内定位架和外强化架均由多个方形框架组成，所述连接杆与内定位架、外强化架配合安装形成多个方形框架，所述方形框架任一不相邻顶点上安装有加强筋。

进一步，所述同步顶压组件包括千斤顶和安装在千斤顶上、下两端的顶垫块、底垫块，所述顶垫块与上墩柱下端面配合安装，所述底垫块与下墩柱上端面配合安装。

进一步，所述固定构件包括预埋在下墩柱上的钢板，所述钢板与下墩柱通过紧固螺栓连接为一体，所述钢板通过固定连接件与桁式套筒组件固定连接。

进一步，所述固定连接件为型钢。

进一步，所述滑动构件包括滑动件和滑动连接件，所述滑动件与桁式套筒组件通过滑动连接件连接为一体，所述上墩柱与桁式套筒组件通过滑动件实现滑动配合。

进一步，所述滑动件采用聚四氟乙烯滑板结构。

进一步，所述滑动连接件采用型钢。

本发明所具有的有益效果为：

本发明提出一种既有连续刚构桥的顶升装置，使改建后的刚构桥拥有与改建前相同的边界条件与受力状态，考虑到原墩柱的浇筑过程中，各节段的无应力状态均为节段两端无相对转角和剪切变形的规则柱体，本发明使用桁式套筒组件约束断开后墩柱上下两截面的相对转角、剪切变形以保证待浇筑节段的无应力状态与原墩柱其他节段的无应力状态相同，进而保证桁式套筒拆掉后独立受力的连续刚构桥的边界条件与力学状态与改建前相同；本发明节省了常规桥梁顶升施工中存在的顶升底板结构体系、顶升托盘结构体系、抱柱梁、钢抱箍等关键构造，而在墩柱截断面位置附近，墩柱四周开凿顶升空间槽口用以放置同步顶升组件，此举节约了工作空间，将顶升所用的支撑体系与位移约束体系分别交由顶升系统与桁式套筒承担，进一步明确了传力路径和各部件职能，设计更加科学合理。

附图说明

图1为本发明与墩柱安装状态示意图；

图2为本发明的桁式套筒组件与下墩柱固定安装示意图；

图3为本发明的桁式套筒组件与上墩柱滑动安装示意图；

图4为本发明的同步顶升组件示意图；

图5为本发明的桁式套筒组件结构示意图；

图6为本发明的顶升改建步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1-5所示，一种既有连续刚构桥的顶升装置，安装在刚构桥的墩柱5待开凿截断截面处，墩柱5截断后形成上墩柱51和下墩柱52；包括安装在每个墩柱5待开凿截断截面处周向的桁式套筒组件1，所述桁式套筒组件1与墩柱5通过预埋构造组件连接，所述上墩柱51和下墩柱52之间沿着墩柱5轴向安装有多个同步顶压组件；所述每个墩柱5待开凿截断截面处安装在有金刚石绳锯切割设备6，所述金刚石绳锯切割设备6的绳锯放置在待切割线附近；所述预埋构造组件包括固定构件2和滑动构件3，所述固定构件2安装在下墩柱52与桁式套筒组件1之间，实现下墩柱52与桁式套筒组件1固定为一体，所述滑动构件3安装在上墩柱51与桁式套筒组件1之间，实现上墩柱51与桁式套筒组件1滑动连接。采用桁式套筒组件1约束断开后墩柱5上、下两截面的相对转角、剪切变形以保证待浇筑节段的无应力状态与原墩柱5其他节段的无应力状态相同，进而保证桁式套筒组件1拆掉后独立受力的连续刚构桥的边界条件与力学状态与改建前相同。

如图1-5所示，常规连续梁桥墩柱5截面内几乎不存在除轴力之外的杆件内力，而连续刚构桥则不同，为了承接墩柱5截断后原墩柱5截面转移出的弯矩和剪力，约束墩柱5断开后的截面不发生相对错动；所述桁式套筒组件1包括所述桁式套筒组件1包括围合在每个墩柱5四周的内定位架12和安装在内定位架12外的外强化架11，所述内定位架12和外强化架11之间通过多个连接杆14连接为一体，所述内定位架12和外强化架11均由多个方形框架15组成，所述连接杆14与内定位架12、外强化架11配合安装形成多个方形框架15，所述方形框架15任一不相邻顶点上安装有加强筋13。通过内定位架12用于和预埋构造组件配合安装，用于定位墩柱5，承接墩柱5截断后原墩柱5截面转移出的弯矩和剪力，约束墩柱5断开后的截面不发生相对错动；外强化架11配合内定位架12强化桁式套筒组件1的整体结构的力学性能。

如图1-5所示，为了保证同步顶升组件4对墩柱5的作用力，实现同步顶压组件作用上墩柱51，使得上墩柱51缓慢上升，顶升全桥至改建标高，本实施例中，所述同步顶压组件包括千斤顶42和安装在千斤顶42上、下两端的顶垫块41、底垫块43，所述顶垫块41与上墩柱51下端面配合安装，所述底垫块43与下墩柱52上端面配合安装。安装同步顶压组件工作空间槽口内与同步顶压组件配合的上端面、下端面均做找平与防滑处理，保证同步顶压组件与工作空间槽口的上端面、下端面稳定配合，实现同步顶升。

如图1-5所示，桁式套筒组件1与墩柱5在截断面以下的部分采用绝对刚性约束可靠连接，与墩柱5在截断面以上的部分采取仅允许竖向相对滑动的可靠连接。为了实现桁式套筒组件1与下墩柱52的固定连接，所述固定构件2包括预埋在下墩柱52上的钢板22，所述钢板22与下墩柱52通过紧固螺栓23连接为一体，所述钢板22通过固定连接件21与桁式套筒组件固定连接。 优选地，所述固定连接件21为型钢，固定连接件21与钢板22、桁式套筒组件1之间采用焊接。

如图1-5所示，为了实现桁式套筒组件1与上墩柱51的滑动连接，本实施例中，所述滑动构件3包括滑动件32和滑动连接件31，所述滑动件32与桁式套筒组件通过滑动连接件31连接为一体，所述上墩柱51与桁式套筒组件通过滑动件32实现滑动配合。优选地，所述滑动件32采用聚四氟乙烯滑板结构；所述滑动连接件31采用型钢。

如图6所示，本发明的顶升改建方法为：

a.确定待开凿截断截面的位置；清理与待改造桥跨结构相连接的附属构造物,确定并标注待开凿截断截面的位置；优选地，步骤a中的待开凿截断截面位于墩柱5靠近顶部位置。

b.安装桁式套筒组件1；在全桥的墩柱5四周安装预埋构造组件，在待开凿截断截面四周架设桁式套筒组件1，通过预埋构造组件完成桁式套筒组件1与桥墩连接，实现桁式套筒组件1与截断截面的下墩柱52固定安装，桁式套筒组件1与截断截面的上墩柱51滑动安装；所述预埋构造组件包括固定构件2和滑动构件3，所述固定构件2实现桁式套筒组件1与截断截面的下墩柱52连接，所述滑动构件3实现桁式套筒组件1与截断截面的下墩柱52连接。所述固定构件2包括预埋在下墩柱52上的钢板22，所述钢板22与下墩柱52通过紧固螺栓23连接为一体，所述钢板22通过固定连接件21与桁式套筒组件1固定连接；所述滑动构件3包括滑动件32和滑动连接件31，所述滑动件32与桁式套筒组件1通过滑动连接件31连接为一体，所述上墩柱51与桁式套筒组件1通过滑动件32实现滑动配合。

c.安装金刚石绳锯切割设备6和同步顶升组件4；在标注待开凿截断截面的位置处墩柱5四周开凿工作空间槽口，开凿完毕后，桥墩的墩柱5做好切断位置标记，将金刚石绳锯切割设备6安装于桥墩的墩柱5待切断的部位；将同步顶升组件4安装至工作空间槽口内，调试完成后各同步顶升组件4同步施载荷至额定载荷并自锁；

本实施例中，所述步骤c中所述额定载荷为墩柱5拟截断截面处的计算所得理论轴压力除以同步顶升组件4的数量，然后乘以预顶升折减系数，所述预顶升折减系数的取值为0.9~0.95。

切割墩柱5之前需要进行的计算每个同步顶升组件4的受力，墩柱5内本来存在轴压力，事先需要确定截断界面处的理论轴压力。以某墩柱5为例，假设该墩柱5拟截断截面处的计算所得理论轴压力为P(kN)，该墩拟布置千斤顶42个数为n，预顶升折减系数为η（η取值为0.9~0.95），则该墩单个千斤顶42预顶力=η*(P/n)。

其中η取值范围缘由：若折减系数大于0.95，则切割前、切割过程中，墩柱5本身承受的轴压力过小，当切割过程接近尾声时，先切割一侧千斤顶42持力过大，墩柱5有整体侧向倾覆的风险；若折减系数小于0.9，则切割过程中绳锯被卡的风险加大。

d.根据切断位置标记切断全桥的墩柱5；启动金刚石绳锯切割设备6，根据切断位置标记依次对全桥的墩柱5进行静力切割，墩柱5分割为上墩柱51和下墩柱52；

e.同步顶升组件4顶升全桥至改建标高；同步顶升组件4分级同步缓慢加载作用上墩柱51，上墩柱51与下墩柱52分离且向上移动，上墩柱51相对桁式套筒组件1向上滑动，桁式套筒承接墩柱5截断后原墩柱5截面转移出的弯矩和剪力，上墩柱51慢慢移动，全桥顶升至改建标高；

f.连接上墩柱51与下墩柱52完成墩柱5修复；凿除墩柱5核心混凝土上下接头一定竖向范围内混凝土，采用焊接或者机械连接方式将新钢筋与原墩柱5主筋搭接，支模并浇筑墩柱5核心范围内的混凝土，养生至要求强度，拆除核心截面混凝土模板；

g.拆除同步顶升组件4，修复工作空间槽口处的墩柱5；待全桥断柱处混凝土均养生完毕后，依次缓慢回落并拆离同步顶升组件4，对顶升工作空间槽口上下顶压面与侧面核心混凝土表面凿毛并洒水湿润，依照步骤f中方法修复顶升系统工作空间槽口处墩柱5受损截面；

h.拆除全桥墩柱5的桁式套筒组件1，按照原貌恢复附属构造物。

如图6所示，为了保证施工过程的安全，需要及时监测桥梁以及施工部件的数据，所述步骤d中切断全桥的墩柱5期间严格监控桥梁上部结构位移、桁式套筒组件1关键杆件的内力情况；所述步骤e中同步顶升组件4顶升全桥至改建标高期间，要严格监控桥梁上部结构位移、同步顶升组件4持荷水平变化、桁式套筒组件1关键杆件的内力情况。

如图6所示，为了保证修复效果，本实施例中，所述步骤g中采用比原墩柱5混凝土强度标号高一级的混凝土浇筑工作空间槽口截面并养生。

如图6所示，本实施例中，所述步骤h中拆除全桥墩柱5的桁式套筒组件1后，依次拆除与桁式套筒组件1连接的预埋构造组件，修复美化墩身表面。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

此外，术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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，但这些修改或者替换，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 (5)

1.一种既有连续刚构桥的顶升装置，安装在刚构桥的墩柱待开凿截断截面处，墩柱截断后形成上墩柱和下墩柱；其特征在于，包括安装在每个墩柱待开凿截断截面处周向的桁式套筒组件，所述桁式套筒组件与墩柱通过预埋构造组件连接，所述每个墩柱待开凿截断截面处四周开凿工作空间槽口，所述工作空间槽口内沿着墩柱周向安装有多个同步顶压组件；所述每个墩柱待开凿截断截面处还安装有金刚石绳锯切割设备，所述金刚石绳锯切割设备的绳锯放置在待切割线附近；

所述预埋构造组件包括固定构件和滑动构件，所述固定构件安装在下墩柱与桁式套筒组件之间，实现下墩柱与桁式套筒组件固定为一体，所述滑动构件安装在上墩柱与桁式套筒组件之间，实现上墩柱与桁式套筒组件滑动连接；

所述滑动构件包括滑动件和滑动连接件，所述滑动件与桁式套筒组件通过滑动连接件连接为一体，所述上墩柱与桁式套筒组件通过滑动件实现滑动配合；所述滑动件采用聚四氟乙烯滑板结构，所述滑动连接件采用型钢。

2.根据权利要求1所述的一种既有连续刚构桥的顶升装置，其特征在于，所述桁式套筒组件包括围合在每个墩柱四周的内定位架和安装在内定位架外的外强化架，所述内定位架和外强化架之间通过多个连接杆连接为一体，所述内定位架和外强化架均由多个方形框架组成，所述连接杆与内定位架、外强化架配合安装形成多个方形框架，所述方形框架任一不相邻顶点上安装有加强筋。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种既有连续刚构桥的顶升装置，其特征在于，所述同步顶压组件包括千斤顶和安装在千斤顶上、下两端的顶垫块、底垫块，所述顶垫块与上墩柱下端面配合安装，所述底垫块与下墩柱上端面配合安装。

4.根据权利要求1所述的一种既有连续刚构桥的顶升装置，其特征在于，所述固定构件包括预埋在下墩柱上的钢板，所述钢板与下墩柱通过紧固螺栓连接为一体，所述钢板通过固定连接件与桁式套筒组件固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种既有连续刚构桥的顶升装置，其特征在于，所述固定连接件为型钢。