CN114293485B - 一种无需中断交通的拱桥加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无需中断交通的拱桥加固结构及其施工方法，结构包含两端均为铰支座的钢架拱，所述铰支座通过竖向支撑件设于对应的挡墙上，所述挡墙位于对应的既有桥台的前墙处，所述铰支座通过横向支撑件抵接于对应的所述既有桥台的前墙，通过所述竖向支撑件和横向支撑件使所述钢架拱能够抵接所述既有拱圈。采用本结构对拱脚承载力提高明显，更适用于提升幅度较高的需求，加固结构不会对既有拱桥产生损伤，对既有拱桥基础及拱圈的力学性能影响非常小，在拆除时不会降低既有桥梁的原有承载能力，并且所述钢架拱能够单独受力，使得在施工该加固结构的时候对既有拱桥扰动小，因而加固拱桥时无需中断交通，本加固结构广泛适用于各种材料结构的拱桥。

Description

一种无需中断交通的拱桥加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁加固技术领域，特别涉及一种无需中断交通的拱桥加固结构及其施工方法。

背景技术

目前，中西部地区通过公路运输特大、特重型工业大件设备(如大型发电设备、重型装备及工程机械等)已出现常态化的趋势。早期修建的拱桥荷载标准较低，大件设备运输车辆的载重往往都远远超过了桥梁的设计活载，大件荷载效应大于运营桥梁设计效应，为了确保运输设备和桥梁的运营安全，对该类桥梁通常进行拆除重建或加固提升改造。

目前，针对拱桥常用的加固方法主要有增大主拱截面、调整拱上建筑恒载以及增强整体性等三种方法。1)增大主拱截面是指在主拱圈的上面或下面浇一层新混凝土或补加相应的钢筋，以提高构件的承载力。但此方法施工控制要求较高，新旧主拱圈若结合不好，加固效果必将大打折扣；2)调整拱上建筑恒载是通过减轻拱上建筑中的传力圬工（通常为拱上填料），增高立柱或横墙，加设简支板（梁），变传统的拱式拱上建筑为梁拱式拱上建筑，在拱圈上部增设钢筋混凝土或素混凝土以提高拱圈的承载能力。但此方法必须保证原有拱上建筑能够拆除，且新增重量要小于原有重量，导致新旧构件间的应变不一致，即使满足原设计荷载或现行公路桥梁荷载标准，也难以满足大件荷载车辆通行的承载能力；3)增强整体性是通过采用注浆的方法对主拱圈上的裂缝进行修复、对拱上填料进行加强，提高主拱圈的整体性和刚度，从而提高主拱圈的承载能力。但此法提高承载能力的幅度无法明确计算，对于明确需大幅提高承载能力的拱桥无法采用。另外，采用上述方法加固时均需中断交通，且加固施工时间周期较长、对周边唯一交通通道影响较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的加固方法在加固拱桥时均需中断交通，且加固施工时间周期较长、对周边唯一交通通道影响较大、对承载力提升效果不稳定等上述不足，提供一种无需中断交通的拱桥加固结构及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种无需中断交通的拱桥加固结构，包含两端均为铰支座的钢架拱，所述铰支座通过竖向支撑件设于对应的挡墙上，所述挡墙位于对应的既有桥台的前墙处，所述铰支座通过横向支撑件抵接于对应的所述既有桥台的前墙，通过所述竖向支撑件和横向支撑件使所述钢架拱能够抵接所述既有拱圈。

根据承载力的提升要求确定所述钢架拱的结构参数。

采用本发明所述的一种无需中断交通的拱桥加固结构，所述钢架拱即为两铰拱结构，拱脚处只传递力而不传递弯矩，且相较于三铰拱，结构刚度更大，结构更简单，对基础的要求更低，更利于临时加固施工，通过所述竖向支撑件和横向支撑件共同提供沿所述钢架拱轴向的支撑力，使所述钢架拱能够有效支撑所述既有拱圈，所述钢架拱的拱脚设置在挡墙上，而非既有桥台或既有拱圈上，对拱脚承载力提高明显，进而能够更容易实现提升原桥梁设计荷载等级50%～100%的承载力，加固结构无需通过植筋等方式连接既有拱圈从而通过增大截面高度进行加固，不会对既有拱桥产生损伤，也无需对既有桥梁两侧加宽基础或加宽拱座，从而对既有拱桥基础及拱圈的力学性能影响非常小，在拆除时不会降低既有桥梁的原有承载能力，并且所述钢架拱能够单独受力，使得在施工该加固结构的时候对既有拱桥扰动小，因而加固拱桥时无需中断交通，同时施工工期短，安装完毕后即可进行大件运输工作，另外，所述钢架拱还可方便的拆除，便于在大件运输完成后恢复桥下空间，降低对通航的影响，本加固结构广泛适用于各种材料结构的拱桥。

优选的，所述钢架拱包含顶板，所述顶板与既有拱圈之间具有填料。

进一步优选的，所述填料为砂浆，所述顶板周围具有挡板。

采用板结构和增加所述填料，利于增大加固结构与既有拱圈的接触面积，受力更均匀；采用砂浆利于对既有拱圈的底面裂缝进行填充，能够在一定程度上起到修复作用，即使加固结构拆除后，既有桥梁的承载力也能够获得一定改善。

进一步优选的，所述钢架拱包含若干个拱架单元，相邻两个所述拱架单元通过横向连接件连接。

便于运输存放，现场安装快捷，所述横梁连接件可采用现有拱架拼装所用的连接结构，根据承载力的提升需求设置确定拱架单元的片数。

进一步优选的，所有所述拱架单元通过位于拱顶的横梁连接，所述横梁顶面设有若干个槽钢，所述槽钢顶面连接所述顶板。

优选的，所述竖向支撑件从下往上包含轨道、砂筒和型钢支撑件，所述轨道沿横桥向设置，所述钢架拱能够通过所述轨道移动至所述既有拱圈下方。

进一步优选的，所述既有桥台的前墙连接有钢板，所述横向支撑件抵接于所述钢板。

避免所述横向支撑件损伤既有桥台。

一种如上述任一所述的不中断交通的拱桥加固结构的施工方法，包含如下步骤：

a、在既有桥台的前墙处及桥梁侧面开挖基坑，施工挡墙；

b、在所述桥梁侧面吊装钢架拱，将所述钢钢架拱移动至既有拱圈下方预设位置；

c、通过顶升部件竖向顶升所述钢架拱至抵接所述既有拱圈；

d、所述钢架拱切换为通过竖向支撑件和横向支撑件抵接所述既有拱圈，完成拱桥加固结构的施工。

采用本发明所述的一种如上述任一所述的不中断交通的拱桥加固结构的施工方法，在既有桥梁侧面吊装钢架拱，然后移动至既有拱圈下方，然后顶升所述钢架拱至抵接支撑所述既有拱圈并固定所述钢架拱，形成由所述竖向支撑件和横向支撑件支撑的状态，完成加固结构的施工，各环节操作难度低，周期短，施工过程中无需与既有结构连成整体，因而无需中断交通进行施工，施工环节无需混凝土浇筑，不存在养护周期，支撑完成即可开始大件运输，进一步缩短整个工作周期。

优选的，当所述竖向支撑件包含轨道、砂筒和型钢支撑件；

则所述步骤b包含：在所述既有拱圈下方沿横桥向铺设所述轨道，将所述钢架拱通过滚筒构件沿所述轨道移动至所述既有拱圈下方预设位置；

所述步骤d包含：通过对所述砂筒灌砂调节所述竖向支撑件的支撑高度使砂与所述型钢支撑件顶紧，之后拆除所述顶升部件使所述钢架拱切换为通过所述竖向支撑件和横向支撑件抵接所述既有拱圈。

优选的，当所述钢架拱与既有拱圈之间具有填料时，所述填料在步骤d之后进行填充。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用本发明所述的一种无需中断交通的拱桥加固结构，对拱脚承载力提高明显，进而能够更容易实现提升原桥梁设计荷载等级50%～100%的承载力，加固结构无需通过植筋等方式连接既有拱圈从而通过增大截面高度进行加固，不会对既有拱桥产生损伤，也无需对既有桥梁两侧加宽基础或加宽拱座，从而对既有拱桥基础及拱圈的力学性能影响非常小，在拆除时不会降低既有桥梁的原有承载能力，并且所述钢架拱能够单独受力，使得在施工该加固结构的时候对既有拱桥扰动小，因而加固拱桥时无需中断交通，另外，所述钢架拱还可方便的拆除，便于在大件运输完成后恢复桥下空间，降低对通航的影响，本加固结构广泛适用于各种材料结构的拱桥。

2、利于增大加固结构与既有拱圈的接触面积，利于支撑受力均匀；采用砂浆利于对既有拱圈的底面裂缝进行填充，能够在一定程度上起到修复作用，即使加固结构拆除后，既有桥梁的承载力也能够获得一定改善。

3、采用本发明所述的一种无需中断交通的拱桥加固结构的施工方法，各环节操作难度低，周期短，施工过程中无需与既有结构连成整体，因而无需中断交通进行施工，支撑完成后可快速开展大件运输，进一步缩短整个工作周期。

附图说明：

图1为实施例1中的一种无需中断交通的拱桥加固结构的立面示意图；

图2为图1的跨中断面图；

图3为图1中的A处的节点大样图；

图4为实施例1中的钢架拱的拱脚的结构示意图。

图中标记：1-钢架拱，11-顶板，12-拱架单元，2-既有拱圈，3-挡墙，4-桥台，5-填料，61-轨道，62-砂筒，63-型钢支撑件，71-横向连接件，72-横梁，73-槽钢，8-钢板，9-横向支撑件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本发明所述的一种无需中断交通的拱桥加固结构，如图1所示，包含两端均为铰支座的钢架拱1，所述铰支座通过竖向支撑件设于对应的挡墙3上，所述挡墙3位于对应的既有桥台4的前墙处，所述铰支座通过横向支撑件9抵接于对应的所述既有桥台4的前墙，通过所述竖向支撑件和横向支撑件9使所述钢架拱1能够抵接所述既有拱圈2。

具体的，所述钢架拱1即为两铰拱结构，结构刚度较三铰拱更大，且拱脚处只传递力而不传递弯矩，对基础的要求更低，更利于临时加固施工。

根据承载力的提升要求确定所述钢架拱1的结构参数，所述钢架拱1可采用整体结构，也可以包含若干个桁架结构的拱架单元12，所述拱架单元12通过横向连接件71连接，所述横向连接件71可采用槽钢、杆件等形成，所有所述拱架单元通过位于拱顶上下两个横梁72连接，上方的所述横梁72顶面设有若干个槽钢73，所述槽钢73顶面连接所述顶板11，如图2所示，每个所述槽钢73包含若干个槽钢单元，通过以直代曲的方式形成拱形，便于调整所述钢架拱1的顶面线性，以更加贴合既有拱圈2的底面，减小二者之间的缝隙，即便所述顶板11与既有拱圈2之间具有填料5，也能够减少填充量，该填料5并非用于将二者连接成整体结构进行受力，而是用于增大加固结构与既有拱圈2的接触面积，使受力更均匀。所述填料5可以是环氧砂浆或者普通砂浆，也可以是轻质混凝土，所述顶板11周围具有挡板，以便有效填充，采用砂浆利于对既有拱圈2的底面裂缝进行填充，能够在一定程度上起到修复作用，即使加固结构拆除后，既有桥梁的承载力也能够获得一定提升，如图3所示。

如图1、4所示，所述挡墙3位于所述既有桥台4的前墙处，其宽度适配所述钢架拱1的宽度，所述挡墙3的基础伸入基岩中，所述挡墙3上安装有所述竖向支撑件，所述竖向支撑件包含轨道61，所述轨道61上设有砂筒62，所述砂筒62上方还设有型钢支撑件63，所述砂筒62和型钢支撑件63的组合也可以采用其他高度可调节的支撑构件，采用所述轨道61便于在既有桥梁侧面组装所述钢架拱1然后移动至所述既有拱圈2下方；所述横向支撑件9可采用一般的型钢构件，所述既有桥台4的前墙连接有钢板8，如通过粘胶粘接并配合高强螺栓固定，所述横向支撑件9抵接于所述钢板8，避免所述横向支撑件9损伤既有桥台4。

相较于增大截面高度的加固方式，其在施工过程中增加的截面无法自行承力，需依附于原有结构受力，注定了增大的厚度一般在20~30cm左右，对拱桥承载能力的提高一般在30%以内；而调整拱上建筑恒载受限于原有结构重量，对拱桥承载能力的提高难以超过20%；而本加固结构在架设环节即能够有效承担自重，且对薄弱截面拱脚承载力提高明显，进而能够更容易实现提升原桥梁设计荷载等级50%～100%的承载力需求。以某跨径36m石拱桥为例，主拱圈为7.5m×0.7m圬工砌体，原桥设计荷载为汽-20，挂-100，通过本加固结构其设计荷载可通行272吨大件设备。以最大弯矩工况下的拱桥承载能力（轴力）为例，加固前其拱脚承载能力为21377kN，拱顶承载能力为31428 kN，采用本加固结构，拱脚、拱顶承载能力分别提高到45931 kN和43292kN，承载能力分别提高115%和38%。并且本加固结构无需通过植筋等方式连接既有拱圈2从而通过增大截面高度进行加固，不会对既有拱桥产生损伤，也无需对既有桥梁两侧加宽基础或加宽拱座，从而对既有拱桥基础及拱圈的力学性能影响非常小，在拆除时不会降低既有桥梁的原有承载能力，并且所述钢架拱1能够单独受力，使得在施工该加固结构的时候对既有拱桥扰动小，因而加固拱桥时无需中断交通，同时施工工期短，仅需10-15天，安装完毕后即可进行大件运输工作，另外，所述钢架拱1还可方便的拆除，便于在大件运输完成后恢复桥下空间，降低对通航的影响，本加固结构广泛适用于各种材料结构的拱桥。

采用如上述所述的不中断交通的拱桥加固结构的施工方法，包含如下步骤：

a、在既有桥台4的前墙处及桥梁侧面开挖基坑，施工挡墙3；

b、在所述桥梁侧面吊装钢架拱1，将所述钢钢架拱1移动至既有拱圈2下方预设位置；

c、通过顶升部件竖向顶升所述钢架拱1至抵接所述既有拱圈2；

d、所述钢架拱1切换为通过竖向支撑件和横向支撑件9抵接所述既有拱圈2，完成拱桥加固结构的施工。

钢架拱1整体或拱架单元12、横向连接件71、横梁72、槽钢73等在工厂预制。所述竖向支撑件以采用轨道61、砂筒62和型钢支撑件63为例。

首先，在桥台前墙处及桥侧面开挖基坑，施工所述挡墙3及基础。

之后，施工所述轨道61，在其上设置滚筒构件，并进行拱架单元12的拼装，所述拱架单元12与横向连接件71可采用U型螺栓连接，然后焊接所述横梁72，再焊接连接所述槽钢73，最后焊接所述顶板11，然后连接拱脚的铰支座，还可完成钢板8的安装，然后将所述钢架拱1沿轨道61平移至既有拱圈2下方预设位置。

然后通过布设的顶升机构，如横向间隔设置的多个千斤顶，竖向顶升所述钢架拱1至紧贴既有拱圈2，之后拆除滚筒构件，安装砂筒62和型钢支撑件63，通过对所述砂筒62灌砂调节所述竖向支撑件的支撑高度使砂与所述型钢支撑件63顶紧，同时开始安装横向支撑件9，此时钢拱架尚未和原桥共同承担荷载，待横向支撑件9和砂筒62施工完成后，拆除所述顶升部件使所述钢架拱1切换为通过所述竖向支撑件和横向支撑件9抵接所述既有拱圈2，完成拱桥加固结构的施工，使得加固结构即可和原桥共同承担荷载，若具有填料5，则此时进行加装，以砂浆为例，采用压浆设备从拱脚开始灌注以填满所述顶板11与既有拱圈2之间的缝隙，四周用聚氨酯防水发泡材料或堵缝剂封闭。

本施工方法各环节操作难度低，周期短，施工过程中无需与既有结构连成整体，因而无需中断交通进行施工，如无需灌浆，支撑完成后可快速开展大件运输，可进一步缩短整个工作周期，如进行灌浆，但灌浆期间也不影响原有交通通行，无需中断交通，待浆液成型后，即可开展大件运输工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无需中断交通的拱桥加固结构，其特征在于，包含两端均为铰支座的钢架拱(1)，所述铰支座通过竖向支撑件设于对应的挡墙(3)上，所述挡墙(3)位于对应的既有桥台(4)的前墙处，所述铰支座通过横向支撑件(9)抵接于对应的所述既有桥台(4)的前墙，通过所述竖向支撑件和横向支撑件(9)使所述钢架拱(1)能够抵接既有拱圈(2)。

2.根据权利要求1所述的无需中断交通的拱桥加固结构，其特征在于，所述钢架拱(1)包含顶板(11)，所述顶板(11)与既有拱圈(2)之间具有填料(5)。

3.根据权利要求2所述的无需中断交通的拱桥加固结构，其特征在于，所述填料(5)为砂浆，所述顶板(11)周围具有挡板。

4.根据权利要求2所述的无需中断交通的拱桥加固结构，其特征在于，所述钢架拱(1)包含若干个拱架单元(12)，相邻两个所述拱架单元(12)通过横向连接件(71)连接。

5.根据权利要求4所述的无需中断交通的拱桥加固结构，其特征在于，所有所述拱架单元通过位于拱顶的横梁(72)连接，所述横梁(72)顶面设有若干个槽钢(73)，所述槽钢(73)顶面连接所述顶板。

6.根据权利要求1-5任一所述的无需中断交通的拱桥加固结构，其特征在于，所述竖向支撑件从下往上包含轨道(61)、砂筒(62)和型钢支撑件(63)，所述轨道(61)沿横桥向设置，所述钢架拱(1)能够通过所述轨道(61)移动至所述既有拱圈(2)下方。

7.根据权利要求6所述的无需中断交通的拱桥加固结构，其特征在于，所述既有桥台(4)的前墙连接有钢板(8)，所述横向支撑件(9)抵接于所述钢板(8)。

8.一种如权利要求1-7任一所述的无需中断交通的拱桥加固结构的施工方法，其特征在于，包含如下步骤：

a、在既有桥台(4)的前墙处及桥梁侧面开挖基坑，施工挡墙(3)；

b、在所述桥梁侧面吊装钢架拱(1)，将所述钢架拱(1)移动至既有拱圈(2)下方预设位置；

c、通过顶升部件竖向顶升所述钢架拱(1)至抵接所述既有拱圈(2)；

d、所述钢架拱(1)切换为通过竖向支撑件和横向支撑件(9)抵接所述既有拱圈(2)，完成拱桥加固结构的施工。

9.根据权利要求8所述的无需中断交通的拱桥加固结构的施工方法，其特征在于，当所述竖向支撑件包含轨道(61)、砂筒(62)和型钢支撑件(63)；

则所述步骤b包含：在所述既有拱圈(2)下方沿横桥向铺设所述轨道(61)，将所述钢架拱(1)通过滚筒构件沿所述轨道(61)移动至所述既有拱圈(2)下方预设位置；

所述步骤d包含：通过对所述砂筒(62)灌砂调节所述竖向支撑件的支撑高度使砂与所述型钢支撑件(63)顶紧，之后拆除所述顶升部件使所述钢架拱(1)切换为通过所述竖向支撑件和横向支撑件(9)抵接所述既有拱圈(2)。

10.根据权利要求8所述的无需中断交通的拱桥加固结构的施工方法，其特征在于，当所述钢架拱(1)与既有拱圈(2)之间具有填料(5)时，所述填料(5)在步骤d之后进行填充。

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