CN114293479A - 一种混凝土跨线桥梁防护装置及其防撞加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土跨线桥梁防护装置及其防撞加固方法,所述混凝土跨线桥梁防护装置的结构组成包括栓钉、防撞层;所述的栓钉采用植筋的方式固定在混凝土跨线桥梁侧面与底面,栓钉连接所述防撞层和混凝土跨线桥梁;所述防撞加固方法工艺简便,对跨线桥梁破损小,避免影响跨线桥梁原有的承载能力,可在不封闭桥下交通的情况下开展工作,施工快捷;且可以避免防撞层与跨线桥梁之间出现脱空,在相同强度的条件下,防撞层的厚度更小、自重更轻,对跨线桥梁上的荷载增幅很小。当发生撞击时,超高性能混凝土防撞层首先受到撞击,可以增大冲击动能的耗散,有效缓冲撞击力,即使在极端撞击下,可保证破损部分不坠落、跨线桥梁不垮塌,避免二次事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土跨线桥梁防护装置及其防撞加固方法,用于超高性能混凝土跨线桥梁最外侧及底部的防撞加固,防止桥梁遭受超高超限车辆撞击破坏。属于土木工程领域。
背景技术
超高性能混凝土是以极低水胶比、多元微细颗粒紧密堆积和微细钢纤维增韧等为主要制备技术特点的水泥基复合材料,并以其超高力学性能和出众耐久性能被认为是推进建筑行业可持续发展的超级材料之一。与传统混凝土相比,超高性能混凝土在承载能力、结构设计优化、施工与安装速度、综合造价成本等方面具有巨大优势,能满足土木工程轻量化、高层化、大跨化和高耐久化的要求,是重大基础工程和国防安全设施的首选材料,在大跨度桥梁工程、高腐蚀海洋工程、抗强动载军事防护工程、轻巧建筑装饰构件等领城已彰显广阔应用前景。
跨线桥是大跨度桥梁中的一种;通常由桥墩和梁组成,其中桥墩、最外侧梁的侧面和底面较易受到超高超限车辆的撞击,产生严重危害人民群众生命财产安全的事故。目前,对于跨线桥梁自身基本不作防护,而是采取防撞架。出于经济性的考虑,防撞架不可能设置在每一座跨线桥的两侧,使得大部分跨线桥梁暴露在撞击风险之中。
公告号为CN 104831641 A的专利文献公开了基于超高性能混凝土的桥墩加固修复结构及其施工方法;公告号为CN 210031478 U公开了一种基于超高性能混凝土的防撞公路桥墩。
桥墩防撞加固通常采用在桥墩外侧先附加钢筋后浇筑混凝土的处理方式,这种处理方式下,为了保证附加钢筋的保护层有足够的厚度,整个加固层的厚度通常较大;加固层的重量直接传导到地面,不需要对加固层的重量进行严格限制。但是,跨线桥梁防撞加固要求加固层必须超薄,以减小对车辆通行净高的影响;由于加固层重量全部由既有桥梁承担,要求加固层必须超轻,以减小防撞加固改造引起的既有结构承载负担;由于加固层位于通行车辆上方,要求加固层有很强的粘附力和延性变形性能,确保撞击后不掉落砸伤通行车辆。
综上,现有防撞架方式或桥墩防撞加固方式不适用于跨线桥梁。
发明内容
本发明给出的是一种混凝土跨线桥梁防护装置及其防撞加固方法,旨在对混凝土跨线桥梁最外侧及底部进行防撞加固,利用特制的超高性能混凝土和结构设置,在不显著增大结构自重的条件下,显著提升跨线桥梁最外侧和底部的强度,提升跨线桥梁的抗冲击性能,利用超高性能混凝土超高的韧性与延性,实现桥梁在冲击破坏后不破碎且可修复。
本发明所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其固定在跨线桥梁侧面和底面的外表面;用于跨线桥梁侧面和底面的防撞加固;所述混凝土跨线桥梁防护装置的结构组成包括栓钉、超高性能混凝土防撞层。
所述的栓钉采用植筋的方式固定在混凝土跨线桥梁侧面与底面,栓钉连接超高性能混凝土防撞层和混凝土跨线桥梁;
所述栓钉与混凝土跨线桥梁的侧面和底面的连接处用结构胶粘结。
所述栓钉由栓钉杆、栓钉帽构成,栓钉帽直径大于栓钉杆直径2~4mm,栓钉帽厚度6~8mm。
所述栓钉杆全长经喷砂处理,增加粗糙度。
栓钉间距100~150mm,植筋深度不小于栓钉杆直径的5倍,栓钉高出跨线桥梁表面不大于25mm,栓钉帽直径外边缘距离跨线桥梁表面外边缘不小于50mm。
所述在超高性能混凝土防撞层采用现场浇筑的方式制作,在跨线桥梁侧面和底面的外侧浇筑入模板,覆盖栓钉成型成防撞层形状。
所述超高性能混凝土防撞层在跨线桥梁侧面和底面的厚度范围为30~50mm,内部不设置任何钢筋。
所述超高性能混凝土防撞层的模板由斜溜板、纵向侧板、纵向底板、纵向封板、横向封板组成,斜溜板与水平面的夹角30~60°。
所述的超高性能混凝土防撞层的新拌的超高性能混凝土浆料沿着斜溜板浇筑到由纵向侧板、纵向底板、纵向封板、横向封板与跨线桥梁构成的空间,混凝土养护完成后拆除模板;形成超高性能混凝土防撞层。
所述斜溜板的外边缘超出跨线桥梁顶部外边缘200mm,纵向侧板、纵向底板与跨线桥梁的净距为30~50mm,纵向封板、横向封板与跨线桥梁紧密接触。
所述的超高性能混凝土防撞层在硬化后的密度为1800~2200kg/m3,抗压强度为100~150MPa,抗拉强度为8~15MPa,与既有混凝土的粘结强度不小于6MPa,弹性模量为30~45GPa,极限拉伸应变为2000~10000με,抗落锤冲击次数不小于跨线桥梁普通混凝土的15倍,总收缩小于200με。
所述超高性能混凝土防撞层,其浆料由下述组分以下述质量份数比组成:
所述的硅灰中SiO2含量不小于95%;砂为1~4.75mm连续级配的石英砂;橡胶颗粒最大粒径不超过4.75mm,使用硅烷偶联剂进行表面处理,以提高其与水泥浆体的粘结性能;钢纤维具有端钩,长度不大于13mm,长径比50-65。
所述防撞加固方法,包括如下步骤:
1)对栓钉杆全长进行喷砂处理。
2)在跨线桥梁的底面和侧面钻孔,钻孔深度不小于栓钉杆直径的5倍,在孔内注入结构胶,随后插入栓钉,结构胶固化后,栓钉与跨线桥梁形成整体。
3)通过钉连接将横向封板固定在跨线桥梁的两个端面上,随后通过钉连接模板的各组成板块。
4)注水检查由模板各组成板块与跨线桥梁构成的空间密封性,如果密封性不佳,则采用密封胶进行封堵。
5)在施工现场搅拌超高性能混凝土,施工人员在跨线桥梁的顶面进行浇筑施工,新拌的超高性能混凝土缓慢浇筑,利用超高性能混凝土大流动性的特点,排出跨线桥梁与纵向底板之间的空气,确保超高性能混凝土防撞层底部的密实度,当浇筑到跨线桥梁侧面时,浇筑速度可加快,当达到设计浇筑高度后,浇筑完成。
6)超高性能混凝土浇筑完成后天内硬化,此时不拆除模板,采用土工布覆盖和洒水的方式进行养护,避免过早拆模造成超高性能混凝土龟裂,浇筑完成后28天拆除模板,形成超高性能混凝土防撞层。
本发明的优点:
1)本发明工艺简便,通过植筋的方式设置栓钉,对跨线桥梁破损小,避免影响跨线桥梁原有的承载能力,通过斜溜板进行超高性能混凝土浇筑,可在不封闭桥下交通的情况下开展工作,施工快捷;2)采用超高性能混凝土作为防撞加固材料,施工时超高性能混凝土大流动性的特点可以避免防撞层与跨线桥梁之间出现脱空,在相同强度的条件下,超高性能混凝土防撞层的厚度更小、自重更轻,对跨线桥梁上的荷载增幅很小。3)当发生撞击时,超高性能混凝土防撞层首先受到撞击,吸收大部分的冲击动能,之后冲击动能才传递给跨线桥梁,由于超高性能混凝土的超高的强度、断裂韧性、抗冲击性、抗爆性,可以增大冲击动能的耗散,有效缓冲撞击力,即使在极端撞击下,跨线桥梁侧面和底面发生破损,超高性能混凝土防撞层的延性也可保证破损部分不坠落、跨线桥梁不垮塌,避免二次事故。
附图说明
图1是一种超高性能混凝土防撞加固示意图
图2是跨线桥梁与栓钉组装示意图
图3是栓钉结构示意图
图4是跨线桥梁与模板组装示意图
图5是模板结构示意图
图中:1跨线桥梁、2栓钉、21栓钉杆、21栓钉帽、3超高性能混凝土防撞层、4模板、41斜溜板、42纵向侧板、43纵向底板、44纵向封板、45横向封板。
具体实施方式
对照附图,一种超高性能混凝土防撞加固方法,其结构是包括跨线桥梁1、栓钉2、超高性能混凝土防撞层3、模板4。其中栓钉2通过植筋的方式固定在跨线桥梁1上,新拌的超高性能混凝土通过斜溜板41浇筑到模板4中,待超高性能混凝土养护完成后,拆除模板4,形成超高性能混凝土防撞层3。
所述的一种超高性能混凝土防撞加固方法可用于跨线桥梁1侧面和底面的防撞加固。
所述的栓钉2由栓钉杆21、栓钉帽22构成,栓钉杆21全长经喷砂处理,栓钉帽22直径大于栓钉杆21直径2~4mm,栓钉帽22厚度6~8mm。
所述的栓钉2采用植筋的方式固定在跨线桥梁1侧面与底面,栓钉2间距100~150mm,植筋深度不小于栓钉杆21直径的5倍,栓钉2高出跨线桥梁1表面不大于25mm,栓钉帽直径外边缘距离跨线桥梁1表面外边缘不小于50mm。
所述的模板4由斜溜板41、纵向侧板42、纵向底板43、纵向封板44、横向封板45组成,斜溜板41与水平面的夹角30~60°。
所述的模板4固定在跨线桥梁1上,斜溜板41的外边缘超出跨线桥梁1顶部外边缘200mm,纵向侧板42、纵向底板43与跨线桥梁1的净距为30~50mm,纵向封板44、横向封板45与跨线桥梁1紧密接触。
所述的超高性能混凝土防撞层3采用现场浇筑的方式制作,新拌的超高性能混凝土沿着斜溜板41浇筑到由纵向侧板42、纵向底板43、纵向封板44、横向封板45与跨线桥梁1构成的空间,混凝土养护完成后拆除模板4。
实施方法,包括,
1)对栓钉杆21全长进行喷砂处理。
2)在跨线桥梁1的底面和侧面钻孔,钻孔深度不小于栓钉杆21直径的5倍,在孔内注入结构胶,随后插入栓钉2,结构胶固化后,栓钉2与跨线桥梁1形成整体。
3)通过钉连接将横向封板45固定在跨线桥梁1的两个端面上,随后通过钉连接依次固定纵向封板44、纵向底板43、纵向侧板42、斜溜板41。
4)注水检查由纵向侧板42、纵向底板43、纵向封板44、横向封板45与跨线桥梁1构成的空间密封性,如果密封性不佳,则采用密封胶进行封堵。
5)在施工现场搅拌超高性能混凝土,配比为
超高性能混凝土防撞层在硬化后,依据《GB/T 50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准》,密度为2112kg/m3,抗压强度为115MPa,抗拉强度为9.6MPa,粘结强度6.2MPa,弹性模量为32GPa,极限拉伸应变为7800με,依据《CECS 13-2009纤维混凝土试验方法标准》,抗落锤冲击次数为普通混凝土的17倍,依据《GB/T50082-2009普通土凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》,总收缩为180με。
6)施工人员在跨线桥梁1的顶面进行浇筑施工,新拌的超高性能混凝土沿斜溜板41缓慢浇筑,利用超高性能混凝土大流动性的特点,排出跨线桥梁1与纵向底板43之间的空气,确保超高性能混凝土防撞层3底部的密实度,当浇筑到跨线桥梁1侧面时,浇筑速度可加快,当达到设计浇筑高度后,浇筑完成。
7)超高性能混凝土浇筑完成后1天内硬化,此时不拆除模板4,采用土工布覆盖和洒水的方式进行养护,避免过早拆模造成超高性能混凝土龟裂,浇筑完成后28天拆除模板4,形成超高性能混凝土防撞层3。
Claims (11)
1.一种混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述混凝土跨线桥梁防护装置的结构组成包括栓钉、超高性能混凝土防撞层;
所述的栓钉采用植筋的方式固定在混凝土跨线桥梁侧面与底面,栓钉连接超高性能混凝土防撞层和混凝土跨线桥梁;
所述的超高性能混凝土防撞层在硬化后的密度为1800~2200kg/m3,抗压强度为100~150MPa,抗拉强度为8~15MPa,与既有混凝土的粘结强度不小于6MPa,弹性模量为30~45GPa,极限拉伸应变为2000~10000με,抗落锤冲击次数不小于跨线桥梁普通混凝土的15倍,总收缩小于200με。
2.根据权利要求1所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述栓钉与混凝土跨线桥梁的侧面和底面的连接处用结构胶粘结。
3.根据权利要求1所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述栓钉由栓钉杆、栓钉帽构成,栓钉帽直径大于栓钉杆直径2~4mm,栓钉帽厚度6~8mm。
4.根据权利要求3所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述栓钉杆全长经喷砂处理。
5.根据权利要求1所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,栓钉间距100~150mm,植筋深度不小于栓钉杆直径的5倍,栓钉高出跨线桥梁表面不大于25mm,栓钉帽直径外边缘距离跨线桥梁表面外边缘不小于50mm。
6.根据权利要求1所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述超高性能混凝土防撞层在跨线桥梁侧面和底面的厚度范围为30~50mm,内部不设置任何钢筋。
7.根据权利要求1所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述在超高性能混凝土防撞层采用现场浇筑的方式制作,在跨线桥梁侧面和底面的外侧浇筑入模板,覆盖栓钉成型成防撞层形状。
8.根据权利要求7所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述超高性能混凝土防撞层的模板由斜溜板、纵向侧板、纵向底板、纵向封板、横向封板组成,斜溜板与水平面的夹角30~60°;
所述的超高性能混凝土防撞层的新拌的超高性能混凝土浆料沿着斜溜板浇筑到由模板与跨线桥梁构成的空间,混凝土养护完成后拆除模板;形成超高性能混凝土防撞层。
9.根据权利要求7所述的混凝土跨线桥梁防护装置,其特征在于,所述斜溜板的外边缘超出跨线桥梁顶部外边缘200mm,纵向侧板、纵向底板与跨线桥梁的净距为30~50mm,纵向封板、横向封板与跨线桥梁紧密接触。
11.权利要求1所述混凝土跨线桥梁防护装置的防撞加固方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)对栓钉杆全长进行喷砂处理;
2)在跨线桥梁的底面和侧面钻孔,钻孔深度不小于栓钉杆直径的5倍,在孔内注入结构胶,随后插入栓钉,结构胶固化后,栓钉与跨线桥梁形成整体;
3)通过钉连接将横向封板固定在跨线桥梁的两个端面上,随后通过钉连接模板的各组成板块;
4)注水检查由模板各组成板块与跨线桥梁构成的空间密封性,如果密封性不佳,则采用密封胶进行封堵;
5)在施工现场搅拌超高性能混凝土,施工人员在跨线桥梁的顶面进行浇筑施工,新拌的超高性能混凝土缓慢浇筑,当浇筑到跨线桥梁侧面时,浇筑速度可加快,当达到设计浇筑高度后,浇筑完成;
6)超高性能混凝土浇筑完成后,硬化时不拆除模板,采用土工布覆盖和洒水的方式进行养护,避免过早拆模造成超高性能混凝土龟裂,浇筑完成后28天拆除模板,形成超高性能混凝土防撞层。
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