CN116122184A - 一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁加固领域，公开了一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法及结构，包括位于0#号块箱梁两侧的腹板、底板上的牛腿支撑，所述牛腿支撑与所述0#号块箱梁之间通过预应力钢束、剪力销、精轧螺纹钢筋与锚锥连接固定，所述牛腿支撑支撑塔柱的底部，本发明通过精轧螺纹钢筋、牛腿支撑升塔，克服了传统升塔方式占用桥面空间、减少行车道宽度、材料用量大、对承台有一定要求等缺点，且与重新增加独立的塔柱结构相比，具有不改变原有连续梁桥的支撑约束条件，结构受力清晰、施工简便、工期短、对交通影响小、设计灵活、经济适用等优点。

Description

一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法及结构

技术领域

本发明属于桥梁加固领域，具体涉及一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法及结构。

背景技术

连续梁桥由于过去设计、施工和运营管理等方面存在不足和缺陷，随着运营时间及交通运输量的日益增长，此类桥梁大都出现了不同程度的开裂、下挠等病害，对旧桥、危桥的改造是未来行业发展的重点和热点。变体系加固作为一主动控制变形和减小结构内力的方法，能够较大幅度地提高结构的承载能力、改善梁体的应力和线形状况，具有构造简单、受力明确、加固效率高等诸多优点，因此，近年来变体系加固在桥梁加固领域逐渐被关注并实践，成为该领域的一大热点。

近年来，变体系加固领域虽得以发展，但相对发展时间较短，技术体系尚未成熟，在设计计算、施工过程中仍有诸多问题有待解决。

针对选择矮塔斜拉体系或自锚式悬索体系对旧桥、病桥进行加固时桥塔的布置方式，既有升塔方式为：

1)将新增桥塔布置在主梁截面中央，与主梁固结，缺点是占用桥面空间，影响行车道布置。

2)在原桥承台上的中跨桥墩两侧加设桥塔。缺点是材料用量大、且要求承台有足够空间。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法及结构，以解决现有技术中的问题，为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法，包括以下步骤：

步骤一，勘测得到预加固桥梁需要提高的承载力大小，根据待加固桥梁评估结果及加固目标，确定各部件的所需个数、尺寸、钢材等级及具体布置情况；

步骤二，预制牛腿支撑；

步骤三，搭设施工平台，处理混凝土表面，增大混凝土表面粗糙程度，对0#号块箱梁两侧的腹板、以及底部的底板侧面钻孔；

步骤四，使预应力钢束、剪力销、精轧螺纹钢筋、锚锥穿过对应孔洞，并连接牛腿支撑，张拉并锚固预应力钢束、精轧螺纹钢筋、锚固剪力销以及锚锥，使牛腿支撑与0#号块箱梁锚固为一体，0#号块箱梁两侧的腹板上均安装牛腿支撑；

步骤五，在牛腿支撑外侧支模，浇筑混凝土，养护，塔柱布置在牛腿支撑外裹混凝土形成的平台上；

步骤六，按以上步骤完成数个桥塔支撑平台，完成升塔。

一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，包括位于0#号块箱梁两侧的腹板上的牛腿支撑，所述牛腿支撑与所述0#号块箱梁之间通过预应力钢束、剪力销、精轧螺纹钢筋与锚锥连接固定，所述牛腿支撑支撑塔柱的底部。

进一步的，所述牛腿支撑包括水平设置的上弦杆、倾斜设置的下斜杆和竖直设置的连接竖杆，所述连接竖杆顶部固定连接与所述上弦杆下表面，且共同形成“L”形结构，所述连接竖杆位于靠近所述腹板的一侧。

进一步的，若干所述精轧螺纹钢筋的一端通过锚固螺栓连接所述连接竖杆，其另外一端穿过所述腹板且连接所述腹板内侧。

进一步的，所述下斜杆的底部固定连接水平设置的下横杆，所述下横杆上表面固定连接所述连接竖杆底部。

进一步的，所述下横杆端部固定连接下垫板，所述下垫板与所述0#号块箱梁底部的底板之间通过锚锥连接。

进一步的，所述上弦杆端部固定连接上垫板，所述上垫板间隔设置有承压板，所述承压板固定连接所述上弦杆，所述承压板与所述上垫板之间通过加劲板固定连接，所述预应力钢束一端锚固在所述承压板上，所述预应力钢束另外一端锚固在另外一侧的所述牛腿支撑的承压板上，所述预应力钢束横穿所述上垫板、以及所述0#号块箱梁两侧的腹板，所述预应力钢束设置多个。

进一步的，所述剪力销穿过上垫板，且插入到所述腹板内，所述剪力销设置多个。

进一步的，所述牛腿支撑的结构满足以下公式：

其中L为索塔竖向荷载N受力点至下横杆与底板侧面连接节点的水平距离，H为上弦杆到下横杆轴线的距离，μ为钢板与混凝土间的静摩擦系数。

进一步的，所述预应力钢束的结构满足以下公式：

其中f_pd为预应力筋抗拉设计强度，A_p为单根预应力筋束截面积，n为预应力钢束根数，G为牛腿支撑自重，N为塔柱传递的竖向力。

本发明具有以下有益效果：通过精轧螺纹钢筋、牛腿支撑升塔，克服了传统升塔方式占用桥面空间、减少行车道宽度、材料用量大、对承台有一定要求等缺点，且与重新增加独立的塔柱结构相比，具有不改变原有连续梁桥的支撑约束条件，结构受力清晰、施工简便、工期短、对交通影响小、设计灵活、经济适用等优点。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是预应力钢束连接关系局部放大示意图；

图3是连接竖杆上的孔位局部放大示意图；

图4是单个横隔板时的实施方式示意图；

图5是两个横隔板时的实施方式示意图；

图6是上垫板连接关系示意图；

图7是牛腿支撑放大示意图；

图8是牛腿支撑计算参数示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的图1-图8，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法，包括以下步骤：

步骤一：查阅设计资料并实测得到桥梁构造、病害状况，勘测得到预加固桥梁需要提高的承载力大小，根据待加固桥梁评估结果及加固目标,用来得到桥塔、拉索、组合型钢、连接装置的受力情况，由此确定各部件的所需个数、尺寸、钢材等级及具体布置情况；

步骤二:根据步骤一并考虑施工现场机械作业能力，若选用钢塔施工，则由工厂加工桥塔、牛腿支撑9，由连接部件的尺寸确定钻孔大小、数量，若选用钢筋混凝土桥塔施工，则由工厂预制牛腿支撑9；

步骤三：搭设施工平台，采用对箱梁侧面进行凿毛或设置键槽等方式处理混凝土表面，增大混凝土表面粗糙程度；根据设计图纸及现场实测，使用机械，避开箱内原始钢筋，对0#号块箱梁2两侧的腹板4、以及底部的底板5侧面钻孔；

步骤四：吊装提前预制的牛腿支撑9，两侧对称吊装到指定位置，并使预应力钢束23、剪力销24、精轧螺纹钢筋26、锚锥29穿过对应孔洞，张拉并锚固预应力钢束23、精轧螺纹钢筋26，锚固剪力销24、锚锥29，将牛腿支撑9与0#号块箱梁2锚固为一体，并对牛腿支撑9进行试压重；

步骤五：试压重合格后，若使用钢塔，使用螺栓将钢塔下节段与牛腿支撑9连接，在牛腿支撑9外侧支模，浇筑混凝土，养护，拆模；若使用钢筋混凝土桥塔，在牛腿支撑9上预埋桥塔钢筋，在牛腿支撑9外侧支模，浇筑混凝土，养护，拆模，塔柱8布置在牛腿支撑9外裹混凝土形成的平台上。

步骤六：按以上步骤完成数个桥塔支撑平台，待混凝土强度合格后，若使用钢塔，逐节段安装、焊接桥塔节段，则升塔完成，施工中严格控制拼装精度和焊接质量，为减小温度对拼装、焊接质量的不良影响，应选择温度适中的时间段进行施工；若使用钢筋混凝土桥塔，支模，布置钢筋，浇筑桥塔混凝土，养护，拆模，则升塔完成。

一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，采用上述方法，包括位于0#号块箱梁2两侧的腹板4上的牛腿支撑9，所述牛腿支撑9与所述0#号块箱梁2之间通过预应力钢束23、剪力销24、精轧螺纹钢筋26与锚锥29连接固定，所述牛腿支撑9支撑塔柱8的底部。

在加固前，连续箱梁1上的0#号块箱梁2中设置有横隔板3，连续箱梁1通过支座6作用在桥墩7上，桥墩7作用于基础上，基础作用于地基上，连续箱梁1、支座6、桥墩7和基础形成连续箱梁桥，塔柱8为桥梁上的桥塔两侧的索塔塔柱

0#号块箱梁2包括位于两侧的腹板4、位于底部的底板5，位于顶部的顶板、位于顶板两侧的翼缘板，且共同形成中空结构。

具体地实施时，避开横隔板3段及腹板4、底板5内的钢筋，在腹板4和底板5侧面打出钻孔，两侧腹板4对称钻孔，使预应力钢束23横穿过0#号块箱梁2，预应力钢束23两端分别连接两侧牛腿支撑9，至少使用两个预应力钢束23，使得左侧牛腿支撑9的上弦杆10与右侧牛腿支撑9的上弦杆10连接，在牛腿支撑9的上弦杆10与箱梁腹板4间设置至少两个剪力销24，在牛腿支撑9的连接竖杆11与箱梁腹板4之间呈矩阵式布置数个精轧螺纹钢筋26，在牛腿支撑9的下横杆14与底板5之间布置数道锚锥29，精轧螺纹钢筋26与锚锥29布置数量由具体计算结果决定，预应力钢束23、剪力销24、精轧螺纹钢筋26与锚锥29使得牛腿与箱梁锚固为一体，预应力钢束23承受由于牛腿支撑9自重以及桥塔荷载在牛腿支撑9安装及使用过程中产生的拉力，剪力销24、精轧螺纹钢筋26与锚锥29用于承受牛腿支撑与箱梁间的剪力。

在具体实施时，对于0#号块箱梁2内设有一个横隔板3的，纵桥向在横隔板3两侧对称布置四片牛腿支撑9，每侧两片，架设后将两片牛腿支撑9共同使用混凝土浇筑包裹形成立塔平台。

对于0#号块箱梁2内设有两个横隔板3的，纵桥向避开横隔板3，间隔布置三片牛腿支撑9，牛腿支撑9外分别包裹混凝土形成立塔平台，塔柱8布置在牛腿支撑9外裹混凝土形成的平台上，根据计算结果可增加牛腿支撑布置片数。

进一步的，所述牛腿支撑9包括水平设置的上弦杆10、倾斜设置的下斜杆15和竖直设置的连接竖杆11，所述连接竖杆11顶部固定连接与所述上弦杆10下表面，且共同形成“L”形结构，所述连接竖杆11位于靠近所述腹板4的一侧。

进一步的，若干所述精轧螺纹钢筋26的一端通过锚固螺栓27连接所述连接竖杆11，其另外一端穿过所述腹板4且连接所述腹板4内侧。

进一步的，所述下斜杆15的底部固定连接水平设置的下横杆14，所述下横杆14上表面固定连接所述连接竖杆11底部。

进一步的，所述下横杆14端部固定连接下垫板22，所述下垫板22与所述0#号块箱梁2底部的底板5之间通过锚锥29连接。

具体实施时，在连接竖杆11、腹板4上钻孔，精轧螺纹钢筋26穿过腹板4，并使用锚固螺栓27将一端锚固于连接竖杆11的翼缘板上，另一端锚固与腹板4上，在腹板4、底板5布置锚锥处钻孔并放置锥形锚具28，锚锥29穿过连接竖杆11与锥形锚具28锚固在腹板4上，在下横杆14与底板5连接处焊接下垫板22，使用机械钻孔并放置锥形锚具28，锚锥29穿过下垫板22上的锚锥孔32打入箱梁。

进一步的，所述上弦杆10端部固定连接上垫板21，所述上垫板21间隔设置有承压板20，所述承压板20固定连接所述上弦杆10，所述承压板20与所述上垫板21之间通过加劲板25固定连接，所述预应力钢束23一端锚固在所述承压板20上，所述预应力钢束23另外一端锚固在另外一侧的所述牛腿支撑9的承压板20上，所述预应力钢束23横穿所述上垫板21、以及所述0#号块箱梁2两侧的腹板4，所述预应力钢束23设置多个。

进一步的，所述剪力销24穿过上垫板21，且插入到所述腹板4内，所述剪力销24设置多个。

具体实施时，连接竖杆11正上方、上弦杆10上焊接承压板20、上垫板21、加劲板25，上垫板21位于在杆件与腹板4接触面，穿过上垫板21上的剪力销孔31布置剪力销24，预应力钢束23穿过上垫板21上的预应力钢束孔30，锚固于承压板20上，上垫板21与承压板20间焊接数个加劲板25。

此外，牛腿支撑9的外轮廓通过上弦杆10、传力竖杆12、下斜杆15、下横杆14和连接竖杆11依次首尾焊接而成，在上弦杆10下表面与下斜杆15上表面之间还可以焊接上斜杆13，各个杆件均为工字钢或双拼工字钢，也可根据计算结果选取具体地钢型，其中承压板20、上垫板21、下垫板22、加劲板25、第二加劲板19位于其工字钢结构的侧面凹槽内。

上弦杆10与传力竖杆12节点处承受主塔传递的压力，因此在此段的上弦杆10布置数道第二加劲板19，下横杆14与下斜杆15连接处设置下节点板16进行节点加强，传力竖杆12与下斜杆15连接处设置上节点板17进行节点加强，在上斜杆13与下斜杆15连接处设置防滑钢板18，防止焊缝开裂产生滑动，加固节点连接。

进一步的，所述牛腿支撑9的结构满足以下公式：

其中各个参数可以参考图8，L为索塔竖向荷载N受力点至下横杆14与底板5侧面连接节点的水平距离，也就是图7中下横杆14左端的下垫板22与底板5连接的部分至上弦杆10右端承受索塔竖向荷载N的受力点之间的水平距离，H为上弦杆到下横杆轴线的距离，μ为钢板与混凝土间的静摩擦系数。

进一步的，所述预应力钢束23的结构满足以下公式：

其中f_pd为预应力筋抗拉设计强度，A_p为单根预应力筋束截面积，n为预应力钢束根数，G为牛腿支撑9自重，N为塔柱传递的竖向力。

本发明的加固原理为：

斜拉索分担梁的部分荷载，传递至桥塔。塔柱塔柱8布置在牛腿支撑9外裹混凝土形成的平台上。桥塔自重及其所受荷载通过混凝土传递至牛腿支撑9上，牛腿杆件传力至0#号块箱梁2的腹板4及底板5，腹板4传力至底板5，最终通过支座6、桥墩7、基础作用于地基。

牛腿支撑9受桥塔塔柱传递的竖向向下的力由下横杆14与0#号块箱梁2侧面压紧产生的向上摩擦力平衡，上斜杆13受预应力钢束23的拉力与下横杆14压紧时受箱梁侧面的压力平衡，剪力销24、精轧螺纹钢筋26、锚锥29辅助承担牛腿支撑自重及安装过程、使用过程中可能产生的竖向力。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，勘测得到预加固桥梁需要提高的承载力大小，根据待加固桥梁评估结果及加固目标，确定各部件的所需个数、尺寸、钢材等级及具体布置情况；

步骤二，预制牛腿支撑(9)；

步骤三，搭设施工平台，处理混凝土表面，增大混凝土表面粗糙程度，对0#号块箱梁(2)两侧的腹板(4)、以及底部的底板(5)侧面钻孔；

步骤四，使预应力钢束(23)、剪力销(24)、精轧螺纹钢筋(26)、锚锥(29)穿过对应孔洞，并连接牛腿支撑(9)，张拉并锚固预应力钢束(23)、精轧螺纹钢筋(26)、锚固剪力销(24)以及锚锥(29)，使牛腿支撑(9)与0#号块箱梁(2)锚固为一体，0#号块箱梁(2)两侧的腹板(4)上均安装牛腿支撑(9)；

步骤五，在牛腿支撑(9)外侧支模，浇筑混凝土，养护，塔柱(8)布置在牛腿支撑(9)外裹混凝土形成的平台上；

步骤六，按以上步骤完成数个桥塔支撑平台，完成升塔。

2.一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，采用如权利要求1所述的方法，其特征在于：包括位于0#号块箱梁(2)两侧的腹板(4)上的牛腿支撑(9)，所述牛腿支撑(9)与所述0#号块箱梁(2)之间通过预应力钢束(23)、剪力销(24)、精轧螺纹钢筋(26)与锚锥(29)连接固定，所述牛腿支撑(9)支撑塔柱(8)的底部。

3.根据权利要求2所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：所述牛腿支撑(9)包括水平设置的上弦杆(10)、倾斜设置的下斜杆(15)和竖直设置的连接竖杆(11)，所述连接竖杆(11)顶部固定连接与所述上弦杆(10)下表面，且共同形成“L”形结构，所述连接竖杆(11)位于靠近所述腹板(4)的一侧。

4.根据权利要求3所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：若干所述精轧螺纹钢筋(26)的一端通过锚固螺栓(27)连接所述连接竖杆(11)，其另外一端穿过所述腹板(4)且连接所述腹板(4)内侧。

5.根据权利要求3所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：所述下斜杆(15)的底部固定连接水平设置的下横杆(14)，所述下横杆(14)上表面固定连接所述连接竖杆(11)底部。

6.根据权利要求5所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：所述下横杆(14)端部固定连接下垫板(22)，所述下垫板(22)与所述0#号块箱梁(2)底部的底板(5)之间通过锚锥(29)连接。

7.根据权利要求3所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：所述上弦杆(10)端部固定连接上垫板(21)，所述上垫板(21)间隔设置有承压板(20)，所述承压板(20)固定连接所述上弦杆(10)，所述承压板(20)与所述上垫板(21)之间通过加劲板(25)固定连接，所述预应力钢束(23)一端锚固在所述承压板(20)上，所述预应力钢束(23)另外一端锚固在另外一侧的所述牛腿支撑(9)的承压板(20)上，所述预应力钢束(23)横穿所述上垫板(21)、以及所述0#号块箱梁(2)两侧的腹板(4)，所述预应力钢束(23)设置多个。

8.根据权利要求7所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：所述剪力销(24)穿过上垫板(21)，且插入到所述腹板(4)内，所述剪力销(24)设置多个。

9.根据权利要求2-8任意一项所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：所述牛腿支撑(9)的结构满足以下公式：

其中L为索塔竖向荷载N受力点至下横杆(14)与底板(5)侧面连接节点的水平距离，H为上弦杆(10)到下横杆(14)轴线的距离，μ为钢板与混凝土间的静摩擦系数。

10.根据权利要求2-8任意一项所述的一种变体系加固连续梁桥时的0#号块升塔结构，其特征在于：所述预应力钢束(23)的结构满足以下公式：

其中f_pd为预应力筋抗拉设计强度，A_p为单根预应力筋束截面积，n为预应力钢束根数，G为牛腿支撑(9)自重，N为塔柱传递的竖向力。

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