專利名稱：彈簧支頂加固橋梁的結構的制作方法
技術領域：
本發明屬于橋梁加固補強領域，具體涉及一種彈簧支頂加固橋梁的結構。
背景技術：
現有的橋梁加固技術主要分為兩類，一類為改變結構體系，如減小梁的跨度，簡支梁改為連續梁結構，以減輕原梁負擔為目的；另外一類，加大截面尺寸和加強結構配筋等， 目前的加固技術大多采用受拉區粘貼炭纖維、鋼板等加固措施，這些加固方法從原理上屬于被動加固范疇。構件自重與恒載由原梁承擔，活載由加固以后的組合截面承擔，后加補強材料的強度受原梁變形的限制，一般情況下在極限狀態時其應力是達不到抗拉強度設計值的，存在極大的浪費現象，同時加固材料僅解決活載的問題其加固效果十分有限。近年，體現先進設計理念的主動加固措施逐漸得到認可，橋梁結構的主動加固，多采用體外預應力索，或者有粘結預應力鋼束加固的方法，改變內力的分配，其從根本上解決了后補強材料應力滯后的問題，充分發揮材料力學性能，提高了材料的利用效率。上述的預應力主動加固橋梁技術同樣存在一些問題。對于不可中斷交通的橋梁加固，橋下預應力施工工藝復雜，在已經破損的橋梁上設置錨固措施，對待加固的橋梁造成進一步的損害。由于預應力鋼束的損失情況復雜，加固完成后，有效的預加力效應很難監測多采用理論分析計算得到，與實際情況存在一定的偏差，不便于管養單位掌握加固的橋梁受力狀態等。加固施工時，多采用中斷或限制交通措施，或進一步加大預應力效應的措施等， 給工程帶來諸多不便。
發明內容
本發明目的在于為了克服上述的不足，提供一種彈簧支頂加固橋梁的結構，它能夠提高橋梁的抗剪能力，改善被加固橋梁結構的受力條件，保證了橋梁結構的安全。提高橋梁的承載能力和設計承載標準，增大結構剛度。本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的一種彈簧支頂加固橋梁的結構，包括原柱固定在中承臺上，原柱通過支座支撐橋異形板的橫梁，所述的原柱外圍至少設置一個單元彈簧支頂加固結構，所述的單元彈簧支頂加固結構由兩個對稱的鋼墩柱、鋼蓋梁和兩個對稱的測力可調支座構成；所述的兩個對稱的墩柱下部底板與中承臺螺接，鋼蓋梁與鋼墩柱組成一個對稱的“ η ”形結構，鋼蓋梁對稱固定設置在兩個對稱的墩柱頂部，鋼蓋梁上部兩端分別通過兩個對稱的測力可調支座支撐在體板橫梁下部。所述的測力可調支座由設置在中間的測力可調支座本體和周邊對稱設置一對千斤頂；所述的測力可調支座本體的上下分別設置支座墊板，在支座墊板的中間位置設置中凹形的上支座板和下支座板，上下支座板內上部接中間板，下部接測力橡膠板；所述的中間板內設置螺紋鎖死孔，測力橡膠板通過銅管接頭連接控制器，以便隨時監測設置在該支座上的正壓力；所述的上下支座板中間設置開口，在該開口處的中間板內對稱設置旋轉柄插孔，在旋轉柄插孔內安裝測力橡膠板。
所述的π形梁鋼蓋梁由前后對稱的矩形蓋梁與兩側支座橫梁連接構成；所述的蓋梁由內外兩塊腹板、頂板和底板組成，頂板和底板內側設置加勁肋，蓋梁在與鋼墩柱、支座橫梁和高度變化處設置隔板；所述的η形蓋梁支座橫梁為矩形框梁，^形蓋梁支座橫梁由頂板、底板和兩塊側板圍成，頂板、底板內側設置加勁肋，內側支座墊板下設置兩塊隔板， 鋼蓋梁與支座橫梁固接為整體，并通過加腋加強連接強度。所述的墩柱由對稱的側板和側板固定連接為矩形框柱，內側設置加勁肋和隔板； 所述的矩形框柱頂部與η形梁鋼蓋梁頂部平齊，矩形框柱與底部的底板固定連接為整體， 通過加腋加強連接強度，通過地錨螺栓與承臺連接。所述的前后對稱的矩形框梁由上下對稱的頂板和底板與兩側對稱的腹板固定連接為矩形框梁；所述的η形蓋梁支座橫梁由上下對稱的橫梁頂板和底板與兩側對稱的橫梁側板固定連接為矩形框梁。本發明彈簧支頂加固橋梁的結構提高了橋梁異形板橫梁的抗剪能力。在既有橋梁的橋下空間實施本發明結構的支承結構即η形梁鋼蓋梁，在η形梁鋼蓋梁上支頂原橋結構-異形板橫梁，測力可調支座設置于η形梁鋼蓋梁之上，其為既有橋梁與新建的η形梁鋼蓋梁之間的連接構件，橋梁支頂通過他的傳力來實現。其原理是通過對橋梁的支頂在彈 JI形梁鋼蓋梁上產生彈簧變形，同時產生附加力來改善被加固結構橋梁的受力條件。本發明的特點與效果由于本發明均采用鋼結構，其性能穩定，避免了以往混凝土結構加固橋梁時存在收縮徐變因素的影響。采用測力可調支座，其具有調整位移量大，可以反復支頂、隨時測力的功能，可定期檢測復核預頂力，良好的解決材料變形帶來預頂力損失問題。在橋梁加固施工中，實現了帶載、主動加固的設計理念，實施該結構，不影響橋梁正常使用，對現況交通無影響，不傷害原橋梁結構，節省材料消耗，符合環保、低碳的施工要求。
圖1是本發明加固補強橋異形板的實施例平面示意圖；圖2是圖1的B-B剖面示意圖；圖3是圖1的A-A剖面示意圖；圖4是本發明立面結構示意圖；圖5是圖4的俯視示意圖；圖6是圖4的A-A剖面示意圖；圖7是圖6的B-B剖面示意圖；圖8是圖4的E-E剖面示意圖；圖9是圖6的C-C剖面示意圖；圖10是圖8的D-D剖面示意圖；圖11是測力可調支座與π形梁鋼蓋梁支座橫梁、異形板橫梁連接示意圖。編號說明1是π形梁鋼蓋梁；101是蓋梁；1011是腹板；1012是頂板；1013是底板；1014是加勁肋；1015是隔板；102是支座橫梁；1021是頂板；1022是底板；1023是隔板；
1024是加腋；1025是側板；1026是加勁肋。2是測力可調支座；201是測力可調支座；2011是上支座板；2012是中間板；2013是螺紋鎖死孔；2014是旋轉柄插孔；2015是測力橡膠板；2016是銅管接頭；2017是下支座板；202是支座墊板；203是千斤頂。3是π形梁鋼墩柱；301是底板；302是加腋；303是側板；304是側板；305是加勁肋；306是隔板；307是加腋；308是地錨螺栓；309是地錨螺栓孔。4是異形板；401是異形板橫梁。5是現況支座；6是原墩柱；7是承臺；8是鉆孔樁。
具體實施例方式實施例一種彈簧支頂加固補強橋異形板的結構，如圖1-3所示，包括原墩柱6固定在承臺7上，原墩柱6通過現況支座5支承在橋異形板4的異形板橫梁401上，所述的原柱6外圍設置兩個單元彈簧支頂加固結構，所述的單元彈簧支頂加固結構由兩個對稱的η形梁鋼墩柱3、π形梁鋼蓋梁1和兩個對稱的測力可調支座2構成；所述的兩個對稱的π形梁鋼墩柱3下部底板與承臺7螺接，π形梁為一個對稱的“ π ”形結構，Ji形梁鋼蓋梁1對稱固定設置在兩個對稱的η形梁鋼墩柱3頂部，π形梁鋼蓋梁1上部兩端分別通過兩個對稱的測力可調支座2支撐在異形板橫梁401下部。所述的測力可調支座2由設置在中間的測力可調支座本體和周邊對稱設置一對千斤頂203 ；所述的測力可調支座本體的上下分別設置支座墊板202，在支座墊板202的中間位置設置中凹形的上支座板2011和下支座板2017，上下支座板內上部接中間板2012，下部接測力橡膠板2015 ；所述的中間板2012內設置螺紋鎖死孔2013，測力橡膠板2015通過銅管接頭2016連接控制器，以便隨時監測設置在該支座上的正壓力；所述的上下支座板中間設置開口，在該開口處的中間板2012內對稱設置旋轉柄插孔2014，以便方便安裝測力橡膠板2015。所述的π形梁鋼蓋梁1由前后對稱的矩形蓋梁101與兩側支座橫梁102連接構成；所述的蓋梁101由內外兩塊腹板1011、頂板1012和底板1013組成，頂板1012和底板 1013內側設置加勁肋1014 ；蓋梁101在與鋼墩柱3、支座橫梁102和高度變化處設置隔板 1015 ；所述的π形蓋梁支座橫梁102為矩形框梁，π形蓋梁支座橫梁102由頂板1021、底板1022和兩塊側板1025圍成，頂板1021、底板1022內側設置加勁肋1026，內側支座墊板 202下設置兩塊隔板1023，鋼蓋梁101與支座橫梁102焊接為整體，并通過加腋IOM加強連接強度。所述的墩柱3由對稱的側板303和側板304固定連接為矩形框柱，內側設置加勁肋305和隔板306;所述的矩形框柱頂部與π形梁鋼蓋梁1頂部平齊，矩形框柱與底部的底板301焊接為整體，通過加腋302加強連接強度，通過地錨螺栓308與承臺7連接。本發明其工作原理在π形梁鋼蓋梁1頂面(既原柱6兩側各4. 5m)設置測力可調支座2，施工時，通過測力可調支座2對橋異形板4的體板橫梁401進行支頂，達到設計支頂力后鎖定測力可調支座2，測力可調支座2的頂力即為施加于結構上向上的“預加力”；支頂過程中，鋼蓋梁1產生向下的撓度(類似于彈簧的變形)，鎖定測力可調支座2后，鋼蓋梁 1的撓度變化即停止，即達到預“彈簧支頂加固技術”。它不僅用在橋梁加固上，而且對房屋建筑工程加固、混凝土構筑物加固工程等類似工程領域，也具有的推廣應用價值。實驗證明本發明針對異形板的關鍵部位嚴重開裂，承載力不足的狀態，進行加固補強的實驗例如橋北端銜接主路和匝道共設置東西向對稱的兩塊單點支承異形板橋的北京東三環國貿橋于1993年建成通車，近年來，由于國貿橋位于北京CBD核心區，周邊新建許多特大型建筑其反復施工降水、以及新建地鐵區間及車站從橋區通過，降水及地下開挖施工造成了結構的下沉。根據點支承異形板結構本身特有的受力特點，決定其對不均勻沉降比較敏感。2005 2008年，多次對橋區進行了橋梁檢測，發現異形板以及體板橫梁存在大量裂縫，并有繼續發展的趨勢。經檢測、設計單位確定體板橫梁抗剪強度不能滿足設計承載能力的要求，已危及安全，故迫切需要采取加固措施。由于異形板重量較大，原墩柱反力達到15000KN，其中靜載13000KN，占87% ；所以，若按照常規設計采用粘貼鋼板方法加固， 已是無濟于事了，只能采用主動加固，盡可能減少靜載內力的方法，效果才會明顯。鑒于橋下空間有限，加固施工不能中斷交通的要求，若采用預應力鋼束調整異形板橫梁內力的方法，工藝上存在困難。因此，采用原墩柱兩側4. 5m處進行支頂，以減少異形板橫梁剪力的方法，即本發明“彈簧支頂加固橋梁的結構”的加固方案。在原墩柱兩側新建一對異形板橫梁支頂。通過蓋梁的變形，類似于彈簧的體系，對原結構施加預應力也稱預頂力，消減了內力值，異形板橫梁最大剪力7500KN降低了 2500KN，不僅滿足了原橋承載要求，保證了安全，而且抗剪承載標準可滿足現行新橋規的關于“重要大橋”的結構重要性系數的要求。實現了帶載(不影響交通)、主動加固的設計理念。加固措施與橋梁結構為分體構造，對既有橋梁沒有任何影響，施工支頂工藝簡易，從而，避免了復雜預應力鋼束施工工藝與錨固構造，取得了良好的加固實驗效果。本發明的主要特點采用主動加固設計原理，極大地改善了恒載受力狀態，大幅提高了加固效率。由于全部采用鋼結構加固，材料與性能穩定，支頂力長期保持，完全避免了以往砼加固時存在的收縮徐變因素影響，這也是能實現主動加固的關鍵條件。根據頂力和位移曲線可以通過位移觀測，方便檢測、便于長期監控橋梁受力狀態，同時，也便于養護單位管理。橋下施工便利、不影響現況交通，對原橋結構無損傷。發明的效果針對橋異形板橫梁為主要承力構件抗剪能力不足的狀況，采用先進的主動加固理念，提高異形板橫梁的抗剪能力，改善被加固結構的受力條件；其理論上是科學合理的，它為橋梁加固拓寬了新的思路。該技術是先進可行的，它保證了橋梁結構的安全，提高了結構承載能力和橋梁設計承載標準，同時增大結構剛度，改善了行車舒適性及結構使用功能。使用該“結構”加固施工，不影響交通，不傷害原橋梁結構，節省材料消耗，符合環保、低碳的施工要求。發明效益具體有以下兩方面1、社會效益近年來，隨著經濟的發展，城市化進程的加快，很多建于上世紀八、九十年代的城市橋梁和公路橋梁工程，由于疲勞、外力作用或其它多種原因，出現了不同程度的損壞，存在安全隱患，如果拆除重建不僅耗資巨大更是嚴重影響交通，在這種情況下，選擇對其有針對性的進行加固處理為一種佳徑。而目前，較為先進的橋梁主動加固技術在我國尚處于起步階段，可借鑒經驗不多。本發明的實施，在橋梁正常使用狀態下，即不中斷現況交通，消除了橋梁結構的安全隱患、保證了橋梁安全使用，為類似工程積累了寶貴的施工經驗，同時起到了很好的示范和指導意義。本發明將從以下方面產生直接或間接的社會經濟效益極大減小了橋梁結構安全隱患和結構破壞的可能性，降低了生命財產損失的風險。它通過對橋梁結構的主動加固的新技術應用，也可以廣泛為橋梁結構以及或工業民用建筑結構的加固的理論研究和設計方法拓展了新的思路。2經濟效益本發明的主要技術原則、控制標準和工程措施能夠為今后的設計、施工有所借鑒和科學的理論依據。這是一筆無形的巨大財富；同時，本發明的實施，不僅確保了結構安全和周邊環境安全，而且快速優質的完成了橋梁加固工程，延長了橋梁的使用壽命，節省了很多的成本。如果采取以往拆除重建的方案則對于北京市的三環路的交通影響非常巨大，三環路局部斷路3 4個月進行施工，其對城市交通的影響是無法用金錢來衡量的。其它常規的被動加固方案，可能直接威脅橋梁安全，形成對橋梁結構破壞、社會恐慌等災害性事故等等嚴重后果的發生，其補救費用及損失應在千萬元以上。
權利要求
1.一種彈簧支頂加固橋梁的結構，包括原柱(6)固定在中承臺(7)上，原柱(6)通過支座(5)支撐橋異形板的橫梁001)，其特征在于所述的原柱(6)外圍至少設置一個單元彈簧支頂加固結構，所述的單元彈簧支頂加固結構由兩個對稱的鋼墩柱(3)、鋼蓋梁 (1)和兩個對稱的測力可調支座( 構成；所述的兩個對稱的墩柱C3)下部底板與中承臺 (7)螺接，鋼蓋梁⑴與鋼墩柱(3)組成一個對稱的“ η ”形結構，鋼蓋梁⑴對稱固定設置在兩個對稱的墩柱C3)頂部，鋼蓋梁(1)上部兩端分別通過兩個對稱的測力可調支座(2) 支撐在體板橫梁(401)下部。
2.根據權利要求1所述的彈簧支頂加固橋梁的結構，其特征在于所述的測力可調支座O)由設置在中間的測力可調支座本體和周邊對稱設置一對千斤頂O03)；所述的測力可調支座本體的上下分別設置支座墊板002)，在支座墊板Q02)的中間位置設置中凹形的上支座板O011)和下支座板(2017)，上下支座板內上部接中間板(2012)，下部接測力橡膠板(2015)；所述的中間板(2012)內設置螺紋鎖死孔(2013)，測力橡膠板(2015)通過銅管接頭O016)連接控制器，以便隨時監測設置在該支座上的正壓力；所述的上下支座板中間設置開口，在該開口處的中間板O012)內對稱設置旋轉柄插孔(2014)，在旋轉柄插孔 (2014)內安裝測力橡膠板0015)。
3.根據權利要求1所述的彈簧支頂加固橋梁的結構，其特征在于所述的η形梁鋼蓋梁(1)由前后對稱的矩形蓋梁(101)與兩側支座橫梁(10 連接構成；所述的蓋梁(101) 由內外兩塊腹板(1011)、頂板(1012)和底板(1013)組成，頂板(1012)和底板(1013)內側設置加勁肋(1014)，蓋梁(101)在與鋼墩柱(3)、支座橫梁(10 和高度變化處設置隔板 (1015)；所述的π形蓋梁支座橫梁(10 為矩形框梁，π形蓋梁支座橫梁(102)由頂板 (1021)、底板(1022)和兩塊側板(1025)圍成，頂板(1021)、底板(1022)內側設置加勁肋 (1026)，內側支座墊板(202)下設置兩塊隔板(1023)，鋼蓋梁(101)與支座橫梁(102)固接為整體，并通過加腋(1024)加強連接強度。
4.根據權利要求1所述的彈簧支頂加固橋梁的結構，其特征在于所述的墩柱(3) 由對稱的側板(30 和側板(304)固定連接為矩形框柱，內側設置加勁肋(30 和隔板 (306)；所述的矩形框柱頂部與π形梁鋼蓋梁(1)頂部平齊，矩形框柱與底部的底板(301) 固定連接為整體，通過加腋(30 加強連接強度，通過地錨螺栓(308)與承臺(7)連接。
5.根據權利要求3所述的彈簧支頂加固橋梁的結構，其特征在于所述的前后對稱的矩形框梁(101)由上下對稱的頂板(1012)和底板(1013)與兩側對稱的腹板(1011)固定連接為矩形框梁(101)；所述的π形蓋梁支座橫梁(10 由上下對稱的橫梁頂板(1021)和底板(102 與兩側對稱的橫梁側板(102 固定連接為矩形框梁。
全文摘要
本發明一種彈簧支頂加固橋梁的結構，包括原柱固定在中承臺上，原柱通過支座支撐橋異形板的體板橫梁，其特征在于所述的原柱外圍至少設置一個單元彈簧支頂加固結構，所述的單元彈簧支頂加固結構由兩個對稱的墩柱、π形鋼蓋梁和兩個對稱的測力可調支座構成；所述的兩個對稱的墩柱下部底板與中承臺螺接，π形鋼蓋梁為一個對稱的“π”形結構，π形鋼蓋梁對稱固定設置在兩個對稱的墩柱頂部，π形鋼蓋梁上部兩端分別通過兩個對稱的測力可調支座支撐在體板橫梁下部。本發明針對異形板的關鍵部位加勁梁嚴重開裂，承載力不足的狀態，進行加固補強。實現了帶載加固方法。施工工藝簡易，避免了復雜預應力鋼束施工工藝與錨固構造，取得了良好的加固效果。
文檔編號E01D22/00GK102251490SQ20111010516
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者何維利, 楊文忠, 沈中治, 潘可明, 許志宏 申請人:北京市市政工程設計研究總院