CN114370008A - 一种快速提升桥梁承载能力的加固系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种桥梁加固系统及其施工方法。利用一种框架梁结构来加固混凝土板(梁)桥，在原桥梁台帽及墩帽上钻孔植入加固用锚固钢筋，通过锚固钢筋固定牛腿，在牛腿上搁置加固用橡胶支座，在橡胶支座上放置H型钢加固梁，原桥梁横向根据加固要求设置多根加固梁，各排加固梁之间通过横向联系梁连接，增强横向稳定性，这种加固结构称为一个框架梁，在加固梁顶固定加固用枕梁。这种利用框架梁结构加固混凝土板(梁)桥的方法，结构简单，施工方便、快捷；加固装置可以在工厂进行预制，施工时不需要搭设模板；能够极大地提高原桥梁的强度、刚度和稳定性，可做为临时性或永久性加固装置。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种桥梁加固技术，属于桥梁加固工程领域。
背景技术
我国境内的桥梁由于使用年限的增长、维修养护的不足、重载交通频繁运行等原因，普遍老化、衰退严重，绝大多数桥梁处于“带病”坚持工作状态。为确保桥梁的正常营运，保证交通安全，必须对这些桥梁进行维修加固。
目前桥梁加固工程中加固板/梁的方法主要有粘贴碳纤维法、粘贴钢板法、增大截面法、体外预应力法、改变结构体系的方法等。其中粘贴碳纤维法、粘贴钢板法属于被动加固体系，对提高桥梁承载能力有限。增大截面法在加固的同时增加了结构的自重，且需要搭设模板，进行混凝土养护，施工工期长。体外预应力法受施工条件的限制，存在施工难度大，内力变化较大且不容易控制等缺点。
现状已建成的部分桥梁墩台位于常水位以下，且桥下水位较深，在桥下无法搭设支架和模板，桥下无桥台基础或无法提供有效竖向支撑。
还有部分桥梁需要进行应急性维修处治，当所加固梁体承载能力不满足要求，但换梁成本较大，且消耗时间较长。在梁底无法搭设支架及模板，对加固工期要求短。采用传统材料如钢筋混凝土结构进行加固存在需要养生支模等弊端。
发明内容
本发明专利要解决的技术问题是提供一种结构简单，施工方便、快捷；能在工厂进行预制，施工时不需要搭设支架及模板；能够极大地提高被加固混凝土板梁/桥的强度、刚度和稳定性，加固效率高，可做为临时性或永久性加固装置的加固混凝土板(梁)桥的装置。
本发明采用如下技术方案解决以上技术问题：
一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，包括枕梁、加固梁、牛腿、锚固螺栓。锚固钢筋植入桥梁台帽或墩帽，加固用牛腿用锚固用钢筋固定在台帽或墩帽上。加固梁两端用板式支座支承于牛腿上，加固梁横向用横向联系梁固定，加固梁顶固定枕梁并支承于梁底，由此组成的结构成为框架梁结构。
进一步地，所述锚固钢筋用植筋胶锚固于桥梁台帽或墩帽顶。
进一步地，所述牛腿利用螺栓固定于台帽及墩帽上。牛腿在工厂用钢板焊接成型。
进一步地，所述加固梁在两端用板式橡胶支座支承于牛腿之上。
进一步地，所述加固梁横向用横向联系槽钢锚固，增强横向稳定性。
进一步地，所述横向联系槽钢与加固梁之间用螺栓连接。
进一步地，所述利用框架梁结构加固混凝土板(梁)桥的方法中，所需钢板、 H型钢、槽钢、枕梁采用Q235或Q345钢材。
一种快速提升桥梁承载能力的加固系统的施工方法，包括以下步骤：
A在工厂加工锚固用钢筋及牛腿；
B在工厂加工加固梁；
C在工厂加工横向联系梁；
D对加固所用牛腿、加固梁、横向联系梁、枕梁等外露钢结构进行防腐涂装处理；
E施工现场在台帽及墩帽上钻孔并清孔；
F在台帽及墩帽上灌入植筋胶并植入钢筋；
G在台帽及墩帽上安装牛腿并用螺栓固定；
H在牛腿上安装板式橡胶支座并在支座上放置加固梁；
I现场安装横向联系梁将加固梁固定；
J使用千斤顶将被加固梁体顶升，在加固梁顶嵌入枕梁。移除千斤顶，施工完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、加固效果方面：是一种高效加固混凝土梁(板)桥的方法。通过调整H 型钢的数量、截面尺寸、刚度可以得到不同的加固效果。
2、加固使用条件方面：不需要搭设支架和模板，可以解决桥下常水位较深、桥下无桥台基础、桥下地质状况较差无法提供竖向支撑的桥梁加固需求，可用于整桥或单片梁的加固处治，适用范围较广。
3、加固所用时间方面：加固所用材料均可以在工程预制加固，现场组装，没有用到混凝土结构，不需要养生，加固所用时间短。
4、加固体系制作难易度：加固体系简单，便于成批量制作安装。
5、材料利用方面：全部采用钢结构，材料加工方便，后期加固所用材料可以回收。
附图说明
图1是本发明专利实施例中进行加固后的简支梁桥立面图；
图2是本发明专利实施例中进行加固后的H型钢构造平面图；
图3是本发明专利实施例中进行加固后的简支梁桥跨中横断面图；
图4是本发明专利实施例中进行加固时H型钢横向连接示意图；
图5是本发明专利实施例中进行加固时支座支承示意图；
图6是本发明专利加固效果计算的加固前主梁受力简图；
图7是本发明专利加固效果计算的加固前主梁弯矩图；
图8是本发明专利加固效果计算的加固后主梁弯矩图；
附图标记：1—被加固桥梁台帽、2—被加固桥梁墩帽、3—桥墩(桩基)、 4—锚固钢筋、5—牛腿、6—支座垫板、7—加固梁、8—枕梁、9—被加固桥梁主梁、10—桥面铺装、11—横向联系槽钢、12—加劲板、13—螺栓。
具体实施方式
下面结合附图及附图说明介绍本发明具体实施方式。
一种快速提升桥梁承载能力的加固系统主要由锚固钢筋4、牛腿5、支座垫板6、加固梁7、枕梁8、横向联系槽钢11、加劲板12、螺栓13构成；
所述锚固钢筋4通过锚固胶黏剂植入被加固桥梁台帽及墩帽；
所述牛腿5通过螺栓及锚固钢筋4固定于被加固桥梁台帽及墩帽上；
所述加固梁7通过支座垫板6支撑于牛腿5上；
所述加固梁7之间通过横向联系槽钢11采用焊接或螺栓连接，增强横向稳定性及整体性；
所述枕梁8固定于加固梁7上并支承于梁底。
一种快速提升桥梁承载能力的加固系统的施工步骤如下：
A在工厂加工锚固用钢筋4及牛腿5；
锚固钢筋4长度根据需要锚入深度和外露长度计算确定，锚固钢筋数量及直径通过计算确定。
B在工厂加工加固梁7；
加固梁7长度根据被加固桥跨径确定，加固梁的数量及尺寸可根据桥梁宽度及提升承载能力的需求确定。
C在工厂加工横向联系梁11；
横向联系梁11采用槽钢，尺寸根据桥梁宽度及两片加固梁间距确定。
D对加固所用牛腿5、加固梁7、横向联系梁11、枕梁8等外露钢结构进行防腐涂装处理；
根据被加固桥梁所处环境条件，根据相关规范选取防腐涂装工艺及参数。
E施工现场在台帽1及墩帽2上钻孔并清孔；
确定锚固钢筋4数量后，在桥梁台帽1及墩帽2上对钻孔位置进行放样，通过检测避开原桥梁台帽及墩帽钢筋。
F在台帽1及墩帽2上灌入植筋胶并植入钢筋；
钻孔后进行清孔，钻孔深度应符合设计要求。
G在台帽1及墩帽2上安装牛腿4并用螺母固定；
牛腿5数量与加固梁7数量相等，位置根据加固梁的位置确定并安装。
H在牛腿5上安装板式橡胶支座6并在其上放置加固梁7；
按照附图5所示安装支座并固定。
I现场安装横向联系梁将加固梁固定；
横向联系梁与加固梁通过螺栓连接，形成框架梁结构。
J使用千斤顶将被加固梁体顶升，在加固梁顶嵌入枕梁。移除千斤顶，施工完成。以单片梁为例，运用本加固系统，采用简化的方法，用理论的方法对其进行加固计算：假设原简支梁在均布荷载及集中力作用下，其受力简图如附图6 所示：
以A点为坐标原点，沿原梁上各点的弯矩图计算如公式(1)，加固前主梁弯矩图如附图7所示：
由上式可知，加固前主梁最大弯矩位于跨中，其值为
采用本专利所述加固系统后，原简支梁在均布荷载及集中力作用下，沿着梁上各点的弯矩计算如公式(2),加固后主梁弯矩图如附图8所示：
式中：M(前)为被加固梁加固前主梁弯矩，M(后)为被加固梁加固后主梁弯矩， q为均布荷载大小，P为集中力大小，L为简支梁计算跨径，N为跨中枕梁对被加固主梁提供的竖向支承力。
被加固主梁与加固系统H型钢协同受力，共同变形。假设加固梁H型钢跨中位移为Y。则竖向支承力：
式中：E为加固梁H型钢的弹性模量，I为H型钢的截面抗弯惯性矩，l为加固梁计算跨径，q2为加固梁自重均布荷载。
则加固效率
则由公式(1)、公式(2)、公式(3)分析可知，跨中竖向支承力N越大，则原主梁加固后跨中弯矩越小，加固效率就越大。在跨中允许位移确定的情况下，通过增大H型钢截面抗弯惯性矩I，减小H 型钢自重均布荷载q2可以增大竖向支承力N值。从而保证不同加固效率的实现。
下面通过Midas Civil 2019有限元软件对本加固系统的加固效果进行计算验证。主梁采用C30混凝土空心板，空心板高度42cm，宽度99cm，长度8m，计算跨径7.6m。加固梁采用H型钢截面，材料Q345，长度6.1m，计算跨径5.86m，通过H型钢截面尺寸的变化提供不同的加固效率。加固系统受自重、二期恒载 6.3kN/m、集中力15kN，距跨中各1.0m，型钢截面尺寸如表1，计算结果如表2 所示：
表1 H型钢尺寸表
| 截面编号 | 截面尺寸(单位mm) |
| 1 | 250x255x14/14 |
| 2 | 300x305x15/15 |
| 3 | 350x357x19/19 |
| 4 | 400x408x21/21 |
| 5 | 458x417x30/50 |
表2加固效果计算表
由表2计算结果可知：随着加固梁H型钢截面尺寸变化，抗弯刚度的不断增大，其对被加固梁体的支承力则愈大，从而有效减小被加固梁体最大弯矩，提高了被加固梁体承载能力。通过改变加固梁H型钢的材料、截面尺寸、数量就可以实现不同的加固效率。
Claims (8)
1.一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，其特征在于：在在被加固梁体底部台帽及墩帽上预埋加固用锚固钢筋，利用高强螺栓将加固用牛腿固定；在牛腿上搁置加固用橡胶支座，利用加固用橡胶支座支撑加固梁。加固梁上跨中放置枕梁，加固梁之间通过横向联系梁连接，增强横向稳定性及整体性。加固梁数量可根据加固计算确定。由锚固钢筋、牛腿、加固梁、横向联系梁组合形成的加固结构称为框架梁结构，在桥梁横向可以设置多排加固梁，各加固梁之间通过横向联系梁连接，横向联系梁和各加固梁之间焊接或通过螺栓连接。
2.如权利要求1所述一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，其特征在于：加固梁采用H型钢，长度根据所加固的梁体跨径确定。
3.如权利要求1所述一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，其特征在于：牛腿用钢板焊接成型，并与加固梁配套使用。
4.如权利要求1所述一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，其特征在于：锚固钢筋通过在台帽及墩帽顶钻孔灌注胶固定，锚入深度及数量根据计算确定。
5.如权利要求1所述一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，其特征在于：加固梁之间通过横向联系梁连接固定，增强横向稳定性及整体性。
6.如权利要求1所述一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，其特征在于：横向联系梁采用槽形截面，横向联系梁和各个加固梁之间通过螺栓连接。
7.如权利要求1所述一种快速提升桥梁承载能力的加固系统，其特征在于：所需H型钢、钢板、槽钢采用Q235或Q355钢材。
8.如权利要求1-7所述一种快速提升桥梁承载能力的加固系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A在工厂加工锚固用钢筋及牛腿；
B在工厂加工加固梁；
C在工厂加工横向联系梁；
D对加固所用牛腿、加固梁、横向联系梁、枕梁等外露钢结构进行防腐涂装处理；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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