基于閉口波紋鋼的圬工拱橋無支架加固及效果評價方法與流程

本發明涉及圬工拱橋加固與維修，尤其涉及基于閉口波紋鋼的圬工拱橋無支架加固及效果評價方法。

背景技術：

1、上世紀，我國修建了大批拱橋，隨著長久時期的運營使用，原有結構均產生了不同程度的損壞，需要進行加固與維修來保證結構的安全性。此外，隨著經濟的不斷發展，交通量不斷增大，拱橋原有的設計荷載已無法滿足目前的使用要求。若將舊有拱橋拆除重建，則將花費較高的代價，因此同樣需要一種行之有效的拱橋加固方法來提升舊有拱橋結構的承載力。因此，需要設計基于閉口波紋鋼的圬工拱橋無支架加固及效果評價方法。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供基于閉口波紋鋼的圬工拱橋無支架加固及效果評價方法，解決背景技術中提到的技術問題。不僅能夠實現施工的便利性，還能有效實現拱橋的加固維修及維修效果評價，提高舊有圬工拱橋結構使用壽命。

2、為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

3、基于閉口波紋鋼的圬工拱橋無支架加固及效果評價方法，所述方法包括如下步驟：

4、步驟1：在拱橋橋臺上設置牛腿托架裝置；

5、步驟2：在拱橋梁底設置閉口波形鋼加固結構；

6、步驟3：在閉口波形鋼加固結構上安裝兜吊系統；

7、步驟4：向閉口波形鋼加固結構內進行注漿，完成加固；

8、步驟5：對于加固前的拱橋截面進行受力分析；

9、步驟6：對于加固后的拱橋截面進行受力分析，對比加固前的受力和加固后的受力，完成評價。

10、進一步地，步驟1的具體過程為：

11、根據加固橋梁的設計尺寸，制作牛腿托架，并將牛腿托架預埋在拱橋橋臺上，然后在托架上根據托架與拱肋的高度變化焊上不同長度的剪力釘。

12、進一步地，步驟2的具體過程為：

13、在梁底植入l型鋼筋，在閉口波紋鋼上采用鉆孔后螺栓安裝的方式加裝倒l型鋼筋，鉆孔與螺栓接觸點采用橡膠墊密封，以防止后續壓漿施工時漏漿，梁底l型鋼筋植筋的間距及鋼筋直徑應根據新舊結合面之間的受力大小來確定，閉口波紋鋼上倒l型鋼筋與梁底l型鋼筋植筋保持位置對應匹配，尺寸一致；

14、當加固后截面應力分布不均勻時，會導致新舊結合面之間形成剪力，此時便需要梁底植入l型鋼筋傳遞內力來使得截面協同受力，考慮極端受力情況，舊截面整體受壓且處于極限抗壓強度，新加固截面整體受拉，則有新舊結合面之間總剪力為f：

15、f＝σc·a0

16、其中，σc為舊結構的極限抗壓強度，a0為舊結構截面積，σs為閉口波紋鋼材料的極限抗拉強度，as為閉口波紋鋼401的截面積；

17、閉口波紋鋼在同一斷面波谷的個數決定了梁底植筋的橫向排數，若波谷個數為n，則梁底植筋橫向上為n排，若梁底l型植筋截面積為as1，抗剪極限強度為τs1，則縱橋向上每排梁底l型植筋403數量m為：

18、

19、為了保證梁底l型植筋與高強灌漿料之間的錨固性能，應對l型植筋截面積as1進行限制，同時，降低l型植筋截面積as1，能夠增加縱橋向上l型植筋的個數m，使得植筋分布更密，更加有助于新舊結合面的整體性，對梁底l型植筋403直徑d進行規定：

20、

21、其中，l為波紋鋼401波谷寬度，且d還應滿足大于閉口波紋鋼的厚度，若閉口波紋鋼厚度大于時，d大小取閉口波紋鋼厚度401。

22、進一步地，步驟3的具體過程為：

23、將預制成型的閉口波紋鋼采用整體吊放或現場拼裝的方式通過兜吊系統吊裝于梁底，其中波形鋼與拱肋的每個接觸面之間均填塞橡膠止漿帶，閉口波紋鋼的兩端放置于牛腿托架上，閉口波紋鋼的閉口處在工廠采用焊接手段一次性加工或者通過螺栓加裝鋼板的方式制作，從而降低應力集中與疲勞開裂問題；

24、兜吊系統的龍骨穿過龍骨限位槽，并通過將吊桿下錨固點連接在預應力吊桿上，將閉口波紋鋼吊裝于梁底，并使得梁底l型鋼筋植筋與閉口波紋鋼上倒l型鋼筋大致接觸匹配，然后對預應力吊桿進行逐個張拉，在預應力吊桿張拉后，安裝吊桿上錨固點，將兜吊系統通過預應力吊桿錨固在橋面上，使得閉口波紋鋼與拱肋擠緊，并通過擠壓橡膠止漿帶，使得接觸面密封，以方便后續向閉口波紋鋼內注入高強灌漿料。

25、進一步地，步驟4的具體過程為：

26、從拱腳處通過壓漿口向閉口波紋鋼內壓漿高強灌漿料，壓漿應同步在兩側拱腳對稱進行。待排氣孔內涌出灌漿料后，停止壓漿，分別將壓漿口和排氣孔封堵，待高強灌漿料凝固后，切割掉壓漿口和排氣孔；

27、在牛腿托架上立模，澆筑高性能纖維混凝土，包裹栓釘，形成拱腳加強系統；

28、待閉口波紋鋼內高強灌漿料與高性能纖維混凝土凝固達到設計強度后，拆除模板，依次放松上錨固點，并拆除吊桿下錨固點，然后分別取下預應力吊桿和龍骨。

29、進一步地，步驟5的具體過程為：

30、截面受到舊結構自重作用時，截面所受軸力為n1，所受彎矩為m1，則此時在舊結構自重作用下截面上緣壓應變為：

31、

32、其中，a0為加固前舊結構截面面積，i0為加固前舊結構截面抗彎慣性矩，y0為加固前舊結構截面上緣與中性軸距離，ec為舊結構材料彈性模量；

33、當舊結構受外荷載軸力n和彎矩m作用，截面上緣達到極限應變εc時截面受力有：

34、

35、由于圬工拱橋需要控制截面下緣不出現拉應力，所以需要對受到彎矩m進行限制，即有：

36、

37、其中，σ′0為舊結構自重作用下截面下緣壓應力，y′0為舊結構截面下緣與中性軸距離；

38、則函數與函數圍成的圖形面積即可表征加固前原結構能夠承受活載的能力。

39、進一步地，步驟6的具體過程為：

40、由于采用吊桿施工工藝，所以舊結構同時受到新、舊結構自重作用，即截面受到軸力為n1+n2，受到彎矩為m1+m2，其中n2為新結構自重產生截面軸力，m2為新結構自重產生截面彎矩，則加固后受外荷載前結構的上緣應變為ε1：

41、

42、則當加固后截面受外荷載軸力n′和彎矩m′作用，截面上緣達到極限應變εc時截面受力有：

43、

44、其中，a1為加固后整體截面的面積，i1為加固后整體截面的慣性矩，y1為加固后整體截面上緣與中性軸距離；

45、

46、由于本發明采用閉口波紋鋼進行加固，加固后截面下緣可承受拉應力，但其拉應力應不超過閉口波紋鋼極限應力σs，即有：

47、

48、其中，y′1為加固后截面下緣與中性軸距離；

49、

50、函數與函數圍成的圖形面積即可表征加固后結構能夠承受活載的能力，判斷加固前后結構承載力變化，從而評價加固效果。

51、本發明由于采用了上述技術方案，具有以下有益效果：

52、本發明采用閉口波紋鋼-混凝土鋼混組合結構對危舊圬工拱橋進行加固，整個施工過程中無需搭設支架，無需大量搭設模板，施工成本較低。采用閉口波紋鋼有效提升鋼結構的穩定性，使得結構在吊裝作業施工中更加方便，施工安全性能更高。通過配合兜吊系統以及橡膠止漿帶，使得閉口波紋鋼與舊橋拱肋緊密結合，有效增強了加固結構與舊有結構的整體性，且便于進一步對閉口波紋鋼內進行壓漿施工，操作較為簡便。在拱腳橋臺處預埋牛腿托架，且在牛腿托架上焊接不等高的剪力釘，通過澆筑高強鋼纖維混凝土，使得托架與閉口波紋鋼融為一體，形成拱腳加強系統，有助于提升拱腳薄弱區結構性能，從而提升結構后期運營階段的整體性能。由于采用吊桿進行施工，使得新結構自重大部分由舊拱肋承擔，因此對拱腳處豎向承載力要求較低，拱腳處采用預埋牛腿托架的方式即能滿足豎向承載要求，從而使得結構構造更為簡單，施工更加方便。