連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系及施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系及施工方法，該體系包括加固承臺，設于需加固連續(xù)剛構橋橋墩原有承臺的兩側；以連續(xù)剛構橋順橋向中心線對稱設置的斜索塔，斜索塔底部固定在加固承臺上，頂部通過橫梁相互連接；斜拉索托梁，設于連續(xù)剛構橋箱梁下方；且分兩側設置每根斜拉索的一端與斜索塔固定，另一端與斜拉索托梁固定。本發(fā)明的有益效果是：無背索斜拉體系加固屬于主動加固措施，相對于被動加固可以主動控制拉索拉力調節(jié)箱梁的受力，從而達到最佳加固效果；無背索斜拉體系加固相對于體外預應力加固措施，拉索的傾角更大，同樣的索拉力下對箱梁的提升效果更好。
【專利說明】
連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系及施工方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種橋梁加固結構，尤其是連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系及施工方法。
【背景技術】
[0002]近年來隨著我國經濟的增強以及高速交通的迅速發(fā)展，人們對行車時的平順舒適要求進一步提高。連續(xù)剛構橋型綜合了T型剛構和連續(xù)梁橋二者的特點，具有結構整體性好、抗震能力強、承載力強、橋梁結構簡潔明快、維護方便和便于懸臂施工等優(yōu)點，近年來得到迅速發(fā)展。
[0003]連續(xù)剛構橋的飛速發(fā)展也對應的帶來了橋梁病害問題，主要有下撓和箱梁裂縫兩種病害。
[0004]實踐證明，合適的加固技術和措施，可以恢復和提高舊橋的承載能力和使用能力，延長橋梁的使用壽命，以滿足現代化交通運輸的需要，帶來巨大經濟效益。在國外，舊橋加固所需資金是新建橋的1?30 % ;我國橋梁的加固費用約為新建橋梁的1?20 %，所以，加固舊橋具有重要的現實意義和經濟意義，尤其是造價較高的連續(xù)剛構橋結構?，F有的連續(xù)剛構橋的加固體系分為被動加固與主動加固:被動加固的加固效果有限，宜用于病害輕微的橋梁;主動加固的加固效果較好，其中應用最廣泛的主動加固體系是“體外預應力加固”，而采用體外預應力加固后的橋梁，特別是大跨徑連續(xù)剛構橋，存在變形恢復量偏小、裂縫未閉合以及體外索張拉過程中導致新的裂縫產生等現象，加固效果并不十分理想。分析原因主要是由于體外加固索的布設受到箱梁內凈空的限制，預應力作用效率偏低；另外連續(xù)剛構橋主墩對體外預應力索的約束效應明顯，進一步降低了體外索的加固效果?？紤]到原橋結構安全等因素，體外索用量不可能無限加大。因此，對于連續(xù)剛構橋，采用體外索加固方案無法有效改善原病橋結構的受力狀態(tài)及主梁線形。因此，針對體外預應力加固的預應力索效率低的缺點，本發(fā)明開發(fā)出一種高效簡便受力明確加固效果好的新型主動加固形式。
[0005]與本方案類似的矮塔斜拉加固也屬于一種主動加固中的改變結構體系加固形式，多適用于邊跨比為0.5?0.8的多跨連續(xù)剛構橋。而對于邊跨比過低的橋梁，(如連續(xù)剛構橋跨徑世界排名第二的挪威stolma橋，跨徑布置為94+301+72。邊跨比達到了0.24?0.31)。若要進行改變結構體系加固的話，選擇矮塔斜拉加固第一會造成索塔過高；第二邊跨側主梁必無下撓無需加固，若背索錨固在邊跨會造成邊跨負彎矩過大導致頂板開裂;若錨固在橋臺后路基兩側，需要征地后施工巨大地錨，既費時又浪費材料，非常不經濟。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提出了連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系及施工方法，該體系整體結構簡單，能對連續(xù)剛構橋起到主動加固的目的，可以主動控制并調整拉索索力優(yōu)化箱梁的受力，從而達到最佳加固效果。
[0007]為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]本發(fā)明提供的第一個方案是:連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，包括:
[0009]加固承臺，設于需加固連續(xù)剛構橋橋墩原有承臺的兩側；
[0010]以連續(xù)剛構橋順橋向中心線對稱設置的斜索塔，斜索塔底部固定在加固承臺上，頂部通過橫梁相互連接；
[0011]斜拉索托梁，設于連續(xù)剛構橋箱梁下方；
[0012]且分兩側設置每根斜拉索的一端與斜索塔固定，另一端與斜拉索托梁固定。
[0013]無背索斜拉體系結構新穎，造型獨特。無背索后傾的塔身形狀表現強大穩(wěn)固支撐的力量感，給人醒目深刻的感受，優(yōu)化后的無背索斜拉體系加固相對于矮塔斜拉加固措施來說，具有更加鮮明的景觀效應，更有可能成為城市的標志性結構。
[0014]傾斜設置的斜索塔通過新增承臺與原有承臺固定在一起，斜索塔對拉索施加拉力，拉索對錨固的托梁形成向上的拉力，托梁設于連續(xù)剛構橋主梁箱梁底部，使主梁箱梁得到了向上的提升力，這樣主梁箱梁過大的底板拉力被拉索傳遞至斜索塔，斜索塔傳遞至承臺，承臺通過粧基礎傳遞至大地。讓整個主跨主梁形成類似彈性支承的多跨連續(xù)梁形式，從而徹底地改善原有被加固橋梁結構的加固效果，更加有效地減小整體橋梁結構的內力值，增強了主梁的抗彎、抗剪性能，減小主梁下撓變形，并能抑制主梁裂縫的發(fā)展，恢復或提高原有橋梁結構的承載能力。
[0015]進一步地，所述斜索塔的傾斜方向為順橋向邊跨方向。
[0016]進一步地，為了提升整體支撐效果，所述斜拉索設于斜索塔與連續(xù)剛構橋橋面呈鈍角的一側。
[0017]進一步地，所述斜拉索托梁通過緊固件與連續(xù)剛構橋下表面固定，可以在箱梁的下方設置鋼板，通過鋼板實現斜拉索托梁與連續(xù)剛構橋的連接。
[0018]進一步地，所述斜拉索托梁為一整段或多段拼接。
[0019]進一步地，所述加固承臺與所述原有承臺通過植筋固定。
[0020]本發(fā)明提供的另一技術方案:連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系的施工方法，具體步驟如下:
[0021]I)確定加固承臺、斜索塔、斜拉索托梁和斜拉索的具體布置情況；
[0022]2)在原有承臺的兩側各設置加固承臺；
[0023]3)在步驟2)進行的同時或者之后，固定托梁于連續(xù)剛構橋的箱梁上；
[0024]4)安裝斜索塔，并固定斜拉索。
[0025]進一步地，所述步驟I)中通過實測得到橋梁構造、病害狀況，勘測得到預加固橋梁需要提高的承載力大小，用來得到加固承臺、鋼索塔、拉索、托梁的受力情況，由此確定加固承臺、斜索塔、斜拉索托梁和斜拉索的所需個數、尺寸、鋼材等級及具體布置情況。
[0026]進一步地，所述斜索塔為工廠預制件，運輸至現場分段安裝焊接為整體，在步驟4)中對斜拉索分次張拉。一次張拉索力不易達到精確的設計值，分次張拉更易控制索力達到精確值。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]1.無背索斜拉體系加固屬于主動加固措施，相對于被動加固可以主動控制拉索拉力調節(jié)箱梁的受力，從而達到最佳加固效果。
[0029]2.無背索斜拉體系加固相對于體外預應力加固措施，拉索的傾角更大，同樣的索拉力下對箱梁的提升效果更好，拉索利用效率更高。
[0030]3.無背索斜拉體系加固相對于矮塔斜拉加固措施來說，索塔的數量更少。使用的斜拉索要少，減少了斜拉索、托梁、錨固裝置的數量，節(jié)省了成本同時減少了復雜的錨固施工。
[0031]4.無背索斜拉體系加固相對于矮塔斜拉加固措施來說，拉索錨固位置更靠近跨中區(qū)域，可以用更少的拉索和索力達到更好的效果，提升效率更高，在經濟效益上有顯著優(yōu)勢。
[0032]5.采用無背索斜拉體系加固方案時，從構造上來說，比較簡單，施工方便;從受力上來說，受力明確，不需要復雜的受力分析;還有安全經濟等優(yōu)點，并能主動改善橋梁結構整體受力性能。
[0033]6.無背索斜拉體系加固相對于矮塔斜拉加固措施來說，只需在順橋向一側橋墩矗立索塔，從而可以選擇兩側橋墩中地基承載力較好的一側，比矮塔斜拉加固體系有更好的地基承載適應能力。
[0034]7.本發(fā)明的無背索斜拉加固體系，進行無背索斜拉加固的過程中，不會妨礙交通的正常運行，索塔采用工廠預制現場分段拼裝的鋼索塔，需要的施工周期也較短。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明加固后橋梁側視圖。
[0036]圖2是加固后的承臺平面圖。
[0037]圖3是加固后的主橋主墩橫斷面圖。
[0038]圖4是托梁構造的正視圖。
[0039]圖5是圖1中A處放大圖。
[0040]圖6是圖1部分結構的放大圖。
[0041 ]圖中1.加固承臺、2.原有承臺、3.托梁、4.斜拉索錨具、5.斜索塔、6.鋼橫梁、7、索塔上預埋斜拉索管道、8.斜拉索、9.箱梁。
【具體實施方式】
[0042]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0043]連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，如圖1和圖2所示，在原主橋原有承臺附近兩側使用鉆機或人工挖孔鉆進成孔后，進行鉆孔灌注粧的鋼筋籠制作、下放及混凝土澆筑。鉆孔灌注粧之上為新增加固承臺，新增加固承臺I的寬度和高度與原有承臺2相同，新增加固承臺I與原有承臺2連接方式為植筋，新增加固承臺I之上為無背索斜索塔5，傾斜方向為順橋向邊跨方向。斜索塔5采用鋼結構，斷面為空心長方形結構。斜索塔5內焊接有斜拉索錨固設備。錨固設備一共錨固5根斜拉索8，斜拉索8另一端錨固在連續(xù)剛構橋下的五個托梁3上，托梁3通過斜拉索錨具4與斜拉索8固定。斜索塔5上設鋼橫梁，縱向截面為正方形。托梁3為鋼管桁架結構，在箱梁9底部鉆孔并植筋固定托梁3。斜拉索8采用I X 7-15.20-1860預應力鋼鉸線，標準強度1860MPa，塔端為張拉端，托梁3端為固定端。
[0044]托梁3為鋼梁或混凝土梁。
[0045]托梁3與主梁箱梁9的連接方式為固接或支座連接。
[0046]斜索塔5的構造型式有單柱式、H型、A型、倒Y型或其他適用于連續(xù)剛構橋加固的索塔形式。
[0047]斜索塔的采用混凝土塔或鋼塔形式，斜索塔的斷面形式為空心長方形、工字型、T型、十字型、箱型、格構式或其他適用于連續(xù)剛構橋加固的索塔形式。
[0048]新增加固承臺I與原有承臺2的基礎連接方式為分離式或與原橋橋墩基礎固結式。
[0049]本發(fā)明的無背索斜拉體系加固原理為:斜索塔5通過新增加固承臺I與原有承臺2固定在一起，斜索塔5對斜拉索8施加拉力，斜拉索8對錨固的托梁3形成向上的拉力，使托梁3提升錨固于其頂部的連續(xù)剛構橋主梁箱梁9底部，使主梁箱梁9得到了向上的提升力，這樣主梁箱梁9過大的底板拉力被斜拉索8傳遞至斜索塔5，斜索塔5傳遞至地基。讓整個主跨主梁形成類似彈性支承的多跨連續(xù)梁形式，從而徹底地來改善原有被加固橋梁結構的加固效果，更加有效地減小整體橋梁結構的內力值，增強了主梁的抗彎、抗剪性能，減小主梁下撓變形，并能抑制主梁裂縫的發(fā)展，恢復或提高原有橋梁結構的承載能力。
[0050]無背索斜拉加固體系與無背索橋梁的區(qū)別:
[0051]I)無背索橋梁的拉索多為豎琴形，無背索斜拉加固體系的拉索為半扇形布置。
[0052]2)無背索橋梁的結構體系為塔墩梁固結體系，無背索斜拉加固后的橋梁形成的體系為塔梁分離、墩梁固結體系。因為加固體系中的斜塔不能直接錨固在箱梁或橋墩上，第一會破壞箱梁及橋墩的現有結構造成缺陷及安全隱患;第二原橋梁在設計之初并未預想到承受如此之大的受力，即會超過現有結構的極限承載力而破壞。
[0053]3)無背索橋梁的主要支撐構件為斜拉索與索塔，無背索斜拉體系加固橋梁主要支撐構件為連續(xù)剛構箱梁，斜拉索與斜索塔只起到輔助加固作用。
[0054]連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系的施工方法如下:
[0055]I)查閱資料并實測得到橋梁構造、病害狀況，勘測得到預加固橋梁需要提高的承載力大小，并計算得到承臺、鋼索塔5、斜拉索8、托梁3、主梁箱梁9的受力情況，由此確定各部件的所需個數、尺寸、鋼材等級及具體布置情況。
[0056]2)由I)中得到的受力情況及鋼索塔、拉索、托梁的結構形式確定拉索張拉順序及各次張拉力。
[0057]3)考慮施工現場機械作業(yè)能力，由工廠加工橋塔(節(jié)段)、鋼管桁架托梁、鋼橫梁。由連接裝置尺寸確定鉆孔大小。利用橋梁檢修吊架使施工人員在箱梁底板需安裝托梁處進行粘貼鋼板加固，之后鉆孔至箱梁底板混凝土至少1cm并用鋼結構高強螺栓把托梁錨固種植在鋼板上。
[0058]4)在新增承臺中預留鋼索塔固定孔，鋼索塔分為al，a2，a3三節(jié)安裝，首先用吊車安裝al節(jié)段并錨固在承臺上，之后依次拼接并焊接a2和a3節(jié)段，最后利用卷揚機、滑輪提升各個拉索，牽引至橋塔孔道內就位后，用錨頭固定。
[0059]5)施工中斜拉索的張拉過程會對整個加固結構的變形、受力以及斜拉索張拉后的張拉力產生不同影響。施工中按匕?^的順序對斜拉索進行分次張拉，h?b5表示五條斜拉索，全部張拉完畢之后再進行二次張拉的調索工作。如圖6所示。
[0060]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，包括: 加固承臺，設于需加固連續(xù)剛構橋橋墩原有承臺的兩側； 以連續(xù)剛構橋順橋向中心線對稱設置的斜索塔，斜索塔底部固定在加固承臺上，頂部通過橫梁相互連接； 斜拉索托梁，設于連續(xù)剛構橋箱梁下方； 且分兩側設置每根斜拉索的一端與斜索塔固定，另一端與斜拉索托梁固定。2.如權利要求1所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，所述斜索塔的傾斜方向為順橋向邊跨方向。3.如權利要求1所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，所述斜拉索設于斜索塔與連續(xù)剛構橋橋面呈鈍角的一側。4.如權利要求1所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，所述斜拉索托梁通過緊固件與連續(xù)剛構橋下表面固定。5.如權利要求1所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，所述斜拉索托梁為一整段或多段拼接。6.如權利要求1所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，所述加固承臺與所述原有承臺通過植筋固定。7.如權利要求1-6中任一項所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系的施工方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)確定加固承臺、斜索塔、斜拉索托梁和斜拉索的具體布置情況； 2)在原有承臺的兩側各設置加固承臺； 3)在步驟2)進行的同時或者之后，固定托梁于連續(xù)剛構橋的箱梁上； 4)安裝斜索塔，并固定斜拉索。8.如權利要求7所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，所述步驟I)中通過實測得到橋梁構造、病害狀況，勘測得到預加固橋梁需要提高的承載力大小，用來得到加固承臺、鋼索塔、拉索、托梁的受力情況，由此確定加固承臺、斜索塔、斜拉索托梁和斜拉索的所需個數、尺寸、鋼材等級及具體布置情況。9.如權利要求7所述的連續(xù)剛構橋的無背索斜拉加固體系，其特征在于，所述斜索塔為工廠預制件，在步驟4)中對斜拉索分次張拉。
【文檔編號】E01D22/00GK106012872SQ201610493356
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】席興華, 楊則英, 高攀, 譚婷婷, 孫明皓, 劉陽宇東
【申請人】山東大學