CN114319131B - 拱桥顶升装置及其顶升方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拱桥顶升装置及其顶升方法，该装置包括：固设于墩柱上的滑移基座；与拱脚固定连接的托盘梁，托盘梁与滑移基座相对设置；支设于托盘梁下方的顶升千斤顶，通过顶升千斤顶可向上顶推托盘梁；安装于托盘梁上的水平千斤顶，水平千斤顶可顶推滑移基座从而将拱桥的水平推力传递给墩柱并控制托盘梁与滑移基座间的距离。本发明在托盘梁上设置了水平千斤顶，利用水平千斤顶将拱桥的水平推力传递给墩柱，且水平千斤顶顶推滑移基座并支撑在滑移基座和托盘梁之间，利用水平千斤顶能够精确的控制托盘梁与滑移基座间的距离，实现精确控制拱脚的水平位移。且本发明的顶升装置在拱桥下未设置任何结构，能够保证桥下净空，保障桥下正常交通。

Description

拱桥顶升装置及其顶升方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工工程领域，特指一种拱桥顶升装置及其顶升方法。

背景技术

在内河航道升级、铁路电气化改造、高速公路改扩建及城市高架桥改建工程中，桥梁的净空不足及既有桥梁线形等问题是改造中的重点问题。从工期、成本、环保等方面综合对比分析，采用PLC液压整体同步顶升技术进行桥梁的顶升改造是常用的理想方法。

目前顶升改造的桥梁结构多以梁式桥为主，从力学模型角度分析，梁式桥(包括系杆拱桥)的受力特点是通过支座或固端节点将上部梁体的荷载传递至基础，不存在水平推力，根据梁桥的受力特点，顶升多采用在原支座附近设置临时顶升支撑，在满足原桥受力状态要求前提下，将桥梁结构顶升至设计标高。所以梁桥顶升时重点考虑的是其竖向受力传力的合理性及竖向位移的液压同步控制。

有水平推力的拱桥相较梁桥更复杂，从力学模型角度分析，有水平推力的拱桥在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向力，同时产生很大的水平推力，正常使用中，水平推力通过桥台自重以及后部填土平衡，拱桥在顶升状态下关键难题是抵消水平推力及控制水平向的变形及位移。

中国专利CN102704414A公开了一种拱桥顶升的施工方法，通过设置水平预应力钢绞线抵消水平推力，但其存在如下问题：设置预应力钢绞线能够抵消水平推力，但顶升切割后无法精确控制拱脚的水平位移，在顶升后拱跨略有减小；在水平方向设置了预应力钢绞线降低了拱桥的桥下净空，需要中断桥下交通或通航，在保障交通的情况下无法应用。因此，亟需提供一种新的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种拱桥顶升装置及其顶升方法，解决现有的拱桥顶升方法设置水平预应力钢绞线存在无法精确控制拱脚的水平位移而使得拱跨略有减小以及降低桥下净空而需要中断桥下交通或通航的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种拱桥顶升装置，其中拱桥包括桥梁、斜向支撑连接于所述桥梁的拱脚以及竖向支撑连接于所述桥梁的墩柱，所述拱脚的底部与所述墩柱固定连接，所述拱桥顶升装置包括：

固设于所述墩柱上的滑移基座；

与所述拱脚固定连接的托盘梁，所述托盘梁与所述滑移基座相对设置；

支设于所述托盘梁下方的顶升千斤顶，通过所述顶升千斤顶可向上顶推所述托盘梁；以及

安装于所述托盘梁上的水平千斤顶，所述水平千斤顶可顶推所述滑移基座从而将拱桥的水平推力传递给所述墩柱并控制所述托盘梁与所述滑移基座间的距离。

本发明的顶升装置在托盘梁上设置了水平千斤顶，利用水平千斤顶将拱桥的水平推力传递给墩柱，且水平千斤顶顶推滑移基座并支撑在滑移基座和托盘梁之间，利用水平千斤顶能够精确的控制托盘梁与滑移基座间的距离，实现精确控制拱脚的水平位移。且本发明的顶升装置在拱桥下未设置任何结构，能够保证桥下净空，保障桥下正常交通。

本发明拱桥顶升装置的进一步改进在于，还包括垫设于所述托盘梁和所述滑移基座之间的支撑滑块。

本发明拱桥顶升装置的进一步改进在于，还包括粘贴在所述滑移基座上靠近所述托盘梁一侧的滑动板。

本发明拱桥顶升装置的进一步改进在于，还包括浇筑形成于所述墩柱底部并与所述拱脚相对应的顶升基座；

所述顶升千斤顶置于所述顶升基座上。

本发明拱桥顶升装置的进一步改进在于，所述托盘梁上对应所述水平千斤顶设有贯穿孔；

所述托盘梁上还固定连接有安装座，所述安装座与所述贯穿孔相对设置；

所述水平千斤顶安装于所述安装座上且所述水平千斤顶的活塞杆穿过所述贯穿孔并顶靠于所述滑移基座。

本发明拱桥顶升装置的进一步改进在于，还包括支撑连接于所述托盘梁和所述桥梁之间的支柱。

本发明还提供了一种利用拱桥顶升装置顶升拱桥的方法，包括如下步骤：

切断桥梁与墩柱的连接，切断拱脚与墩柱的连接；

利用所述顶升千斤顶向上顶升托盘梁从而带着拱桥向上顶升，在拱桥顶升的过程中，利用所述水平千斤顶顶推所述滑移基座以将拱桥的水平推力传递给所述墩柱并控制所述托盘梁与所述滑移基座间的距离保持不变；

在拱桥顶升到位后，将所述顶升千斤顶和所述水平千斤顶锁紧，从而完成了拱桥的顶升。

本发明的方法的进一步改进在于，还包括：在拱桥顶升到位后，在所述墩柱上施工连接结构以连接所述墩柱与所述桥梁及连接所述墩柱与所述拱脚；

拆除所述顶升千斤顶、所述水平千斤顶、所述托盘梁以及所述滑移基座。

本发明的方法的进一步改进在于，还包括：

于所述托盘梁上安装距离传感器，利用所述距离传感器实时检测所述托盘梁与所述滑移基座间的距离信息，并根据所检测的距离信息控制所述水平千斤顶。

附图说明

图1为本发明拱桥顶升装置设置在拱桥处的结构示意图。

图2为本发明拱桥顶升装置中顶升基座的结构示意图。

图3为本发明拱桥顶升装置中顶升基座的主视图。

图4为本发明拱桥顶升装置中滑移基座的结构示意图。

图5为本发明拱桥顶升装置中托盘梁及支柱的结构示意图。

图6为本发明拱桥顶升装置的结构示意图。

图7为本发明拱桥顶升装置的主视图。

图8为本发明拱桥顶升装置向上顶升拱桥的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种拱桥顶升装置及其顶升方法，用于解决拱桥在顶升状态下无法精确控制拱脚水平位移以及降低桥下净空导致车辆无法正常通行的问题，本发明的拱桥顶升装置设置水平千斤顶，利用水平千斤顶将拱桥的水平推力传递给墩柱并控制托盘梁与滑移基座间的家奴，从而实现精准控制水平力及水平向的位移，保障了桥下正常交通的要求。下面结合附图对本发明拱桥顶升装置及其顶升方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明拱桥顶升装置设置在拱桥处的结构示意图。参阅图6，显示了本发明拱桥顶升装置的结构示意图。下面结合图1和图6，对本发明拱桥顶升装置进行说明。

如图1和图6所示，本发明的拱桥顶升装置用于对拱桥进行顶升作业以实现对拱桥进行改造，该拱桥包括桥梁11、拱脚12以及墩柱13，拱脚12斜向支撑连接在桥梁11上，墩柱13竖向支撑梁连接在桥梁11的两端侧，拱脚12的底部与墩柱13固定连接，拱脚12呈倾斜状，该拱脚12对墩柱13施加的作用力既有水平方向的分力也有竖直方向的分力。本发明的拱桥顶升装置20包括滑移基座22、托盘梁23、顶升千斤顶27以及水平千斤顶25，滑移基座22固设在墩柱13上，该滑移基座22为拱脚12的顶升提供滑移基础；托盘梁23与拱脚12固定连接，该托盘梁23与滑移基座22相对设置；顶升千斤顶27支设在托盘梁23的下方，通过顶升千斤顶27可向下顶推托盘梁23；水平千斤顶25安装在托盘梁23上，该水平千斤顶25可顶推滑移基座22从而将拱桥的水平推力传递给墩柱13并控制托盘梁23与滑移基座22间的距离。

设置水平千斤顶，可通过调节水平千斤顶的压力值大小主动的控制整个顶升过程中水平力和水平向的位移，从而达到不改变拱桥受力状态的目的。

在本发明的一种具体实施方式中，如图4和图5所示，本发明的拱桥顶升装置还包括垫设在托盘梁23和滑移基座22之间的支撑滑块24，较佳地，支撑滑块24有多个，结合图7所示，支撑滑块24为方形结构，垫设在水平千斤顶的上下两侧。通过设置支撑滑块24，方便托盘梁23相对于滑移基座22向上顶升移动。

在本发明的一种具体实施方式中，如图4和图5所示，本发明的拱桥顶升装置还包括粘贴在滑移基座22上靠近托盘梁23一侧的滑动板221，设置滑动板221可减小托盘梁23向上顶升移动时的摩擦阻力。较佳地，滑动板221为四氟乙烯板。

在本发明的一种具体实施方式中，如图2和图3所示，本发明的拱桥顶升装置还包括浇筑形成在墩柱13底部并与拱脚12相对应的顶升基座21，设置顶升千斤顶27时，该顶升千斤顶27置于顶升基座21上。

较佳地，顶升基座21为现浇的钢筋混凝土结构，该顶升基座21能够增大墩柱13底部的受力宽度及受力面积，可提高墩柱的承载能力及整体抗倾覆能力，使墩柱具备足够的局部承压及整体承载力，该顶升基座21为顶升千斤顶27提供顶升支点。

在本发明的一种具体实施方式中，如图6至图8所示，顶升千斤顶27安装固定在托盘梁23的底部，该顶升千斤顶27的活塞杆朝下设置，在顶升拱桥时，顶升千斤顶27可伸出活塞杆并让活塞杆与托盘梁23底部的结构相贴，进而向上顶升拱桥，在拱桥顶升到该顶升千斤顶27的顶升位移处时，可缩回部分顶升千斤顶并在底部垫设垫板，再交替缩回其余的顶升千斤顶并垫设垫板，接着可进行下一次的顶升作业，直至拱桥顶升到位。

在本发明的一种具体实施方式中，如图5至图7所示，托盘梁23上对应水平千斤顶25设有贯穿孔；托盘梁23上还固定连接有安装座231，该安装座231与贯穿孔相对设置；水平千斤顶25安装在该安装座231上且该水平千斤顶25的活塞杆穿过贯穿孔并顶靠于滑移基座22。

进一步地，托盘梁23为钢筋混凝土结构，可在施工现场进行现浇施工，如图5所示，在拱脚12的底部处施工与拱脚12连接在一起的托盘梁23，在该托盘梁23上留设有贯穿孔，且在施工托盘梁23时，在该托盘梁23内埋设连接筋，结合图6所示，连接筋的端部有部分露出在托盘梁23的外侧，将安装座231紧固连接在连接筋上，该安装座231作为水平千斤顶25的支撑后靠，为水平千斤顶25提供支撑基础。

本发明的托盘梁23与拱脚12连接为整体，增强顶升过程中的整体性及协调受力，该托盘梁23能够承担顶升千斤顶的顶升力以及拱桥的竖向荷载，起到竖向托换作用，该托盘梁23还承担水平千斤顶的水平向的顶推力及反向作用力，起到水平向托换作用。

再进一步地，还包括支撑连接在托盘梁23和桥梁11之间的支柱26。通过支柱26将托盘梁23与桥梁11连接为整体，该支柱26在顶升时能够支撑桥梁的端侧，确保顶升时拱桥的整体性。该支柱26可为钢柱，还可以为混凝土柱。

在本发明的一种具体实施方式中，如图3所示，拱桥的拱脚12有三道，沿着墩柱13的表面间隔设置，在拱脚12的上方还设置有斜撑14，该斜撑14的底部与拱脚12的底部连接在一起。结合图5所示，在施工托盘梁23时，让托盘梁23与拱脚12和斜撑14均固定连接，托盘梁23的外轮廓为方形，该托盘梁23埋固了部分拱脚12和部分斜撑14，托盘梁23的长度与墩柱13的长度相一致，托盘梁23将拱桥一侧的三道拱脚及斜撑连接在一起形成整体结构。

结合图6和图7所示，对应一个拱脚12设置有四个水平千斤顶25，该水平千斤顶25分设在拱脚12的两侧；对应一个拱脚12设置有四个顶升千斤顶27。

如图4所示，滑移基座22采用现浇钢筋混凝土结构，其内的钢筋通过植筋与墩柱13固定连接。另一较佳实施方式中，滑移基座22可采用预制结构，通过植筋与墩柱固定连接。滑移基座22的外轮廓呈方形，其长度与墩柱13的长度相一致。

较佳地，滑动板221呈条状，该滑动板221对应设置在拱脚的两侧，在滑动板221的位置处设置支撑滑块24，且水平千斤顶25也对应滑动板221的位置设置。

在本发明的一种具体实施方式中，利用顶升千斤顶向上顶升拱桥时，实时检测拱桥的姿态，在拱桥的姿态发生变化时，及时调整水平千斤顶的控制参数，以达到精确控制。拱桥的姿态可通过桥梁的挠度、应变数据反映出来，在挠度及应变数据的变化接近允许值时，可通过调整顶升千斤顶和水平千斤顶来达到精确控制的目的。

在本发明的一种具体实施方式中，在顶升拱桥时，安装好本发明的拱桥顶升装置后，切割拱脚与墩柱的连接处及桥梁与墩柱的连接处，使得拱桥的拱脚及桥梁能够相对于墩柱向上移动，之后启动顶升千斤顶向上顶升拱桥，同时启动水平千斤顶，根据拱桥的变化情况、托盘梁及滑移基座间的距离变化情况来控制水平千斤顶，使得拱桥在顶升的过程中能够不改变原来的受力状态，实现精确控制水平力及水平向的位移。

本发明还提供了一种利用拱桥顶升装置顶升拱桥的方法，下面对该方法进行说明。

本发明的顶升拱桥的方法包括如下步骤：

在设置好上述的拱桥顶升装置后，切断桥梁与墩柱的连接，切断拱脚与墩柱的连接，使得桥梁及拱脚能够相对于墩柱向上顶升；

结合图8所示，利用顶升千斤顶27向上顶升托盘梁23从而带着拱桥向上顶升，在拱桥顶升的过程中，利用水平千斤顶25顶推滑移基座22以将拱桥的水平推力传递给墩柱13并控制托盘梁23与滑移基座22间的距离保持不变；

在拱桥顶升到位后，将顶升千斤顶27和水平千斤顶25锁紧，从而完成了拱桥的顶升。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：在拱桥顶升到位后，在墩柱上施工连接结构以连接墩柱与桥梁及连接墩柱与拱脚；

拆除顶升千斤顶、水平千斤顶、托盘梁以及滑移基座。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：

于托盘梁23上安装距离传感器，利用距离传感器实时检测托盘梁23与滑移基座22间的距离信息，并根据所检测的距离信息控制水平千斤顶25。

水平千斤顶25以托盘梁23与滑移基座22间的距离保持不变为主要控制指标。

在本发明的一种具体实施方式中，在顶升千斤顶和水平千斤顶安装好后，进行设备调试及充压，调试好后，顶升千斤顶和水平千斤顶采用分级加载的方式进行加载，同时进行切割桥梁与墩柱的连接处及拱脚与墩柱的连接处，在切割好后，顶升千斤顶和水平千斤顶采用位移控制的方式进行试顶升，试顶升结束后进行保压试验。

顶升千斤顶进行加压顶升，该顶升千斤顶需要克服拱脚的重量，还需要克服水平千斤顶的水平推力所带来的摩擦阻力。在顶升的过程中，还需要实时监测桥梁的姿态，具体地，在桥梁上设置静力水准仪和应变片，利用静力水准仪监测桥梁的挠度数据，利用应变片监测桥梁的应变数据，结合桥梁的挠度变化以及应变变化来控制调整顶升千斤顶及水平千斤顶，使得拱桥的桥梁姿态与顶升前的姿态相一致。在测量桥梁的挠度时，还可以通过全站仪、水准仪来进行监测。

在本发明的一种具体实施方式中，为顶升千斤顶和水平千斤顶连接控制泵站，并由主控PLC来控制顶升过程，使得拱桥顶升至设计高度。

本发明的拱桥顶升装置及其顶升方法的有益效果为：

能够不降低桥下净空，能够达到保证桥下通车、通航的目标；

顶升期间克服水平推力的同时能够通过水平千斤顶控制水平向的相对位移，不改变拱桥的受力状态。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种拱桥顶升装置，其中拱桥包括桥梁、斜向支撑连接于所述桥梁的拱脚以及竖向支撑连接于所述桥梁的墩柱，所述拱脚的底部与所述墩柱固定连接，其特征在于，所述拱桥顶升装置包括：

固设于所述墩柱上的滑移基座；

与所述拱脚固定连接的托盘梁，所述托盘梁与所述滑移基座相对设置；

支设于所述托盘梁下方的顶升千斤顶，通过所述顶升千斤顶可向上顶推所述托盘梁；以及

安装于所述托盘梁上的水平千斤顶，所述水平千斤顶可顶推所述滑移基座从而将拱桥的水平推力传递给所述墩柱并控制所述托盘梁与所述滑移基座间的距离；

所述托盘梁上对应所述水平千斤顶设有贯穿孔；

所述托盘梁上还固定连接有安装座，所述安装座与所述贯穿孔相对设置；

所述水平千斤顶安装于所述安装座上且所述水平千斤顶的活塞杆穿过所述贯穿孔并顶靠于所述滑移基座；

还包括支撑连接于所述托盘梁和所述桥梁之间的支柱。

2.如权利要求1所述的拱桥顶升装置，其特征在于，还包括垫设于所述托盘梁和所述滑移基座之间的支撑滑块。

3.如权利要求1所述的拱桥顶升装置，其特征在于，还包括粘贴在所述滑移基座上靠近所述托盘梁一侧的滑动板。

4.如权利要求1所述的拱桥顶升装置，其特征在于，还包括浇筑形成于所述墩柱底部并与所述拱脚相对应的顶升基座；

所述顶升千斤顶置于所述顶升基座上。

5.一种利用如权利要求1至4中任一项所述的拱桥顶升装置顶升拱桥的方法，其特征在于，包括如下步骤：

切断桥梁与墩柱的连接，切断拱脚与墩柱的连接；

利用所述顶升千斤顶向上顶升托盘梁从而带着拱桥向上顶升，在拱桥顶升的过程中，利用所述水平千斤顶顶推所述滑移基座以将拱桥的水平推力传递给所述墩柱并控制所述托盘梁与所述滑移基座间的距离保持不变；

在拱桥顶升到位后，将所述顶升千斤顶和所述水平千斤顶锁紧，从而完成了拱桥的顶升。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：在拱桥顶升到位后，在所述墩柱上施工连接结构以连接所述墩柱与所述桥梁及连接所述墩柱与所述拱脚；

拆除所述顶升千斤顶、所述水平千斤顶、所述托盘梁以及所述滑移基座。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

于所述托盘梁上安装距离传感器，利用所述距离传感器实时检测所述托盘梁与所述滑移基座间的距离信息，并根据所检测的距离信息控制所述水平千斤顶。