本发明公开了一种混凝土箱梁桥拓宽加固结构及其施工方法，包括与原箱梁桥平行并位于原箱梁桥两侧的新箱梁I和新箱梁II，新箱梁I的箱梁和新箱梁II的箱梁与原箱梁桥的箱梁翼缘刚性连接，本发明使新箱梁为旧箱梁分担部分荷载，可使原箱梁桥控制截面的内力和变形(或控制点的应力)同比减小20％左右，能够有效抑制原箱梁桥的顶板、底板和腹板裂纹的产生和发展；本发明的加固和拓宽结构简单、对原箱梁桥损伤很小，并基本不增加明显结构自重；本发明的加固和拓宽施工方法简单方便，加固后的结构性能可靠，工期相对较短，对道路交通影响相对较小，避免了拆除旧桥对自然环境的损害和不良的社会影响，具有很好的综合技术、经济和社会效益。
1.一种混凝土箱梁桥拓宽加固结构，其特征在于：包括与原箱梁桥(1)平行并位于原箱梁桥(1)两侧的新箱梁I(2)和新箱梁II(3)，所述新箱梁I(2)和新箱梁II(3)与原箱梁桥(1)的箱梁翼缘刚性连接，还包括位于原箱梁桥(1)箱梁内部纵向固定设置的纵向钢桁架结构(4)和横向固定设置的横向钢桁架结构(5)，所述纵向钢桁架结构(4)和横向钢桁架结构(5)固定连接，所述横向钢桁架结构(5)至少两个沿纵向并列分布，所述新箱梁I(2)和新箱梁II(3)的箱梁腹板与原箱梁桥(1)箱梁腹板之间通过浇注混凝土横梁(6)的方式刚性连接；所述混凝土横梁(6)的数量以及设置位置与横向钢桁架结构(5)的数量以及设置位置相对应。
2.根据权利要求1所述的混凝土箱梁桥拓宽加固结构，其特征在于：纵向钢桁架结构(4)包括上弦杆(45)、下弦杆和腹杆(41)，所述原箱梁桥(1)箱梁顶板和底板上植入锚固螺杆(42)，上弦杆(45)和下弦杆分别通过锚固螺杆(42)固定设置在原箱梁桥(1)箱梁顶板和底板上，所述腹杆(41)两端分别与上弦杆(45)和下弦杆固定连接；所述上弦杆(45)和下弦杆与原箱梁桥(1)箱梁顶板和底板之间设置粘接层(44)。
3.根据权利要求2所述的混凝土箱梁桥拓宽加固结构，其特征在于：位于原箱梁桥(1)两侧横向相对的混凝土横梁(6)和原箱梁桥(1)的箱梁底部沿横向共同设置加强钢板(7)，所述加强钢板(7)与混凝土横梁(6)的钢筋骨架通过PBL剪力键连接；加强钢板(7)与原箱梁桥(1)的箱梁底部粘接。
4.根据权利要求3所述的混凝土箱梁桥拓宽加固结构，其特征在于：所述新箱梁I(2)的箱梁翼缘和新箱梁II(3)的箱梁翼缘与原箱梁桥(1)的箱梁翼缘以现浇混凝土的方式刚性连接为一体。
5.根据权利要求3所述的混凝土箱梁桥拓宽加固结构，其特征在于：所述原箱梁桥(1)的箱梁顶板因施加了横向预应力而不便拆除时，所述新箱梁I(2)和新箱梁II(3)的顶面置于原箱梁桥(1)外伸翼缘下部，以现浇混凝土或灌注粘结材料方式使所述新箱梁I(2)和新箱梁II(3)与原箱梁桥的箱梁外伸翼缘联结为整体。
6.根据权利要求4所述的混凝土箱梁桥拓宽加固结构，其特征在于：所述纵向钢桁架结构(4)的腹杆截面尺寸或/和布置密度在一跨内的两端大于中部。
7.一种混凝土箱梁桥拓宽加固的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
b.在原箱梁桥(1)的顶板和底板的设定位置沿纵向植入锚固螺杆(42)，通过锚固螺杆(42)固定上弦杆(45)和下弦杆，在上弦杆(45)和下弦杆的设定位置焊接腹杆(41)形成纵向钢桁架结构(4)；形成纵向钢桁架结构(4)后，在上弦杆(45)与原箱梁桥(1)的箱梁顶板之间通过灌入粘结材料形成粘接层(44)，使上弦杆(45)与原箱梁桥(1)的箱梁顶板连接成整体，在下弦杆与原箱梁桥(1)的底板之间通过灌入粘结材料形成粘接层，使下弦杆与原箱梁桥(1)的底板连接成整体；沿纵向并列设置横向桁架结构(5)，横向桁架结构(5)与纵向桁架结构(4)固定连接并锚固在原箱梁桥(1)的箱梁内壁；
c.完成原箱梁桥(1)两侧的新箱梁I(2)和新箱梁II(3)的施工，在新箱梁I(2)和新箱梁II(3)的腹板与原箱梁桥(1)箱梁腹板之间浇注混凝土横梁(6)，保证混凝土横梁(6)的数量以及设置位置与横向桁架结构(5)的数量以及设置位置相对应，在位于原箱梁桥(1)两侧横向相对的混凝土横梁(6)和原箱梁桥(1)的箱梁底部沿横向设置共同的加强钢板(7)，所述加强钢板(7)与混凝土横梁(6)的钢筋骨架通过PBL剪力键连接；加强钢板(7)与原箱梁桥(1)的箱梁底部粘接，使混凝土横梁(6)与原箱梁桥(1)箱梁联结为一体；
d.施工完成三个月后将新箱梁I(2)和新箱梁II(3)与原箱梁桥(1)的箱梁翼缘刚性连接；
e.完成新箱梁I、新箱梁II和原箱梁桥桥面铺装和辅助设施施工。
8.根据权利要求7所述的箱梁桥拓宽加固的施工方法，其特征在于：步骤c中，在新箱梁I(2)和新箱梁II(3)施工前，拆除原箱梁桥(1)箱梁的部分翼缘；而步骤d中，施工完成三个月后将新箱梁I(2)的翼缘和新箱梁II(3)的翼缘与原箱梁桥(1)的箱梁翼缘以浇注为一体的方式刚性连接。
9.根据权利要求7所述的箱梁桥拓宽加固的施工方法，其特征在于：原箱梁桥的箱梁施加过横向预应力，步骤c中，新箱梁I(2)和新箱梁II(3)的顶面置于原箱梁桥(1)外伸翼缘下部；而步骤d中，施工完成三个月后将新箱梁I(2)顶板和新箱梁II(3)顶板与原箱梁桥(1)的箱梁翼缘以现浇混凝土的方式刚性连接。
混凝土箱梁桥拓宽加固结构及其施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于建筑结构和道路工程领域，特别涉及一种混凝土箱梁桥拓宽加固结构及其施工方法。
背景技术
[0002] 混凝土箱梁桥是比较常见的桥型之一，这种结构的桥型构造简单、施工方便并且易于维护。由于早期的交通量和车辆载重较低，加之经济有限等各种原因，箱梁桥的设计宽度通常不大，随着经济的发展，交通量和车辆载重的增加，原有箱梁桥的通行能力和承载能力明显不足，阻碍了经济的发展，而且箱梁会出现不同性质的裂缝，影响了桥梁结构的承载安全性和使用耐久性。如果将原箱梁桥拆除新建桥梁，则会需要大量的施工成本，造成人力物力的浪费，由于新建周期较长，影响原路交通，阻碍经济发展；由于原桥的拆除，会产生大量废渣，清除堆放废渣需要占有大量面积，于环保不利。
[0003] 为解决以上问题，出现对旧桥箱梁进行加固及拓宽方法，有效的加固方法主要是加大箱梁截面面积、粘贴钢板、粘贴纤维层、设置体内预应力束、箱内加纵向钢板或增加横向加劲钢架等，在一定程度上对桥梁结构的局部或整体受力性能有改善，但也存在一些局限性或不足，如加大箱梁横截面积存在对原结构损伤大，施工难度大、增大自重、新旧结构膨胀或收缩不一致影响结合等缺点；粘贴钢板存在无法形成箱梁结构整体抗力的提高和高密度植筋对原结构损伤的缺点；设置体内预应力束存在施工复杂、对薄壁箱梁结构可能会造成新的次生病害、对原结构有损伤和增加局部自重的缺点；箱内增加纵向钢腹板存在用钢量大、施工极其困难、适应性差等缺点；增加横向加劲钢架对箱梁的纵向受力状况无明显改善，无法抑制腹板斜裂缝的发生和发展。
[0004] 因此，需要一种混凝土箱梁桥拓宽加固结构及其施工方法，在拓宽原箱梁桥的同时，能够对原箱梁桥进行加固，能够有效抑制原箱梁桥箱梁的顶板、底板和腹板裂纹的产生和发展，结构及其施工相对简单，对原箱梁桥损伤尽量减小。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种混凝土箱梁桥拓宽加固结构及其施工方法，在原箱梁桥的箱梁内设置纵向钢桁架，在原箱梁桥两侧增设新箱梁，并通过新增横梁将新旧箱梁联结为整体，使新箱梁能够为旧箱梁分担部分荷载，使原箱梁桥在设计荷载不变甚至提高的条件下达到明显的减载目的，即在基本不对原箱梁桥进行常规加固处置的条件下，使其控制截面的应力和变形满足设计要求；本发明结构简单、受力明确，对原箱梁桥损伤小，施工简单方便，对道路交通影响相对较小，具有很好的综合技术、经济和社会效益。
[0006] 本发明的混凝土箱梁桥拓宽加固结构，包括与原箱梁桥平行并位于原箱梁桥两侧的新箱梁I和新箱梁II，所述新箱梁I的箱梁和新箱梁II的箱梁与原箱梁桥的箱梁翼缘刚性连接。
[0007] 进一步，还包括位于原箱梁桥箱梁内部纵向固定设置的纵向钢桁架结构和横向固定设置的横向钢桁架结构，所述纵向钢桁架结构和横向钢桁架结构固定连接，所述横向钢桁架结构至少两个沿纵向并列分布；
[0008] 进一步，纵向钢桁架结构包括上弦杆、下弦杆和腹杆，所述原箱梁桥箱梁顶板和底板上植入锚固螺杆，上弦杆和下弦杆分别通过锚固螺杆固定设置在原箱梁桥箱梁顶板和底板上，所述腹杆两端分别与上弦杆和下弦杆固定连接；所述上弦杆和下弦杆与原箱梁桥箱梁顶板和底板之间设置粘接层；
[0009] 进一步，所述新箱梁I和新箱梁II的箱梁腹板与原箱梁桥的箱梁腹板之间通过浇注混凝土横梁的方式刚性连接；所述混凝土横梁的数量以及设置位置与横向钢桁架结构的数量以及设置位置相对应；
[0010] 进一步，位于原箱梁桥两侧横向相对的混凝土横梁和原箱梁桥的箱梁底部沿横向共同设置加强钢板，所述加强钢板与混凝土横梁的钢筋骨架通过PBL剪力键连接；加强钢板与原箱梁桥的箱梁底部粘接；
[0011] 进一步，所述新箱梁I的箱梁翼缘和新箱梁II的箱梁翼缘与原箱梁桥的箱梁翼缘以现浇混凝土的方式刚性连接为一体；
[0012] 进一步，所述原箱梁桥的顶板因施加了横向预应力而不便拆除时，所述新箱梁I和新箱梁II的顶面置于原箱梁桥箱梁外伸翼缘下部，以现浇混凝土或灌注粘结材料方式使所述新箱梁I和新箱梁II与原箱梁桥的箱梁外伸翼缘联结为整体；
[0013] 进一步，所述纵向钢桁架结构的腹杆截面尺寸或/和布置密度在一跨内的两端大于中部。
[0014] 本发明还公开了一种箱梁桥拓宽加固的施工方法，包括以下步骤：
[0015] a.拆除原箱梁桥铺装和辅助设施；
[0016] b.在原箱梁桥的顶板和底板的设定位置沿纵向植入锚固螺杆，通过锚固螺杆固定上弦杆和下弦杆，在上弦杆和下弦杆的设定位置焊接腹杆形成纵向钢桁架结构；形成纵向钢桁架结构后，在上弦杆和下弦杆与原箱梁桥的箱梁顶板和底板之间通过灌入粘结材料形成粘接层，使上弦杆和下弦杆与原箱梁桥的箱梁顶板和底板连接成整体；沿纵向并列设置横向桁架结构，横向桁架结构与纵向桁架结构固定连接并锚固在原箱梁桥的箱梁内壁；
[0017] c.完成原箱梁桥两侧的新箱梁I和新箱梁II的施工，在新箱梁I和新箱梁II的腹板与原箱梁桥箱梁腹板之间浇注混凝土横梁，保证混凝土横梁的数量以及设置位置与横向桁架结构的数量以及设置位置相对应，在位于原箱梁桥两侧横向相对的混凝土横梁和原箱梁桥的箱梁底部沿横向设置共同的加强钢板，所述加强钢板与混凝土横梁的钢筋骨架通过PBL剪力键连接；加强钢板与原箱梁桥的箱梁底部粘接，使混凝土横梁与原箱梁桥箱梁联结为一体；
[0018] d.施工完成三个月后将新箱梁I的箱梁和新箱梁II的箱梁与原箱梁桥的箱梁翼缘刚性连接；
[0019] e.完成新箱梁I、新箱梁II和原箱梁桥桥面铺装和辅助设施施工。
[0020] 进一步，步骤c中，在新箱梁I和新箱梁II施工前，拆除原箱梁桥箱梁的部分翼缘；而步骤d中，施工完成三个月后将新箱梁I的翼缘和新箱梁II的翼缘与原箱梁桥的箱梁翼缘以浇注为一体的方式刚性连接；或者，如果原箱梁桥1的箱梁顶板因施加了横向预应力而不便拆除时，则步骤c中，新箱梁I和新箱梁II的顶面置于原箱梁桥1外伸翼缘下部；而步骤d中，施工完成三个月后将新箱梁I顶板和新箱梁II顶板与原箱梁桥的箱梁翼缘以现浇混凝土的方式刚性连接。
[0021] 本发明的有益效果是：本发明的混凝土箱梁桥拓宽加固结构，在原箱梁桥两侧设置具有足够大强度和刚度的新箱梁，并通过新增横梁与旧箱梁连接为整体，使新箱梁为旧箱梁分担部分荷载；在原箱梁内部设置纵向钢桁架结构能够有效改善箱梁的受力状态，显著降低箱梁顶板横向控制应力，增强原箱梁的抗剪能力，改善原箱梁的畸变应力；通过以上结构性处置，可使原箱梁桥控制截面的内力和变形(或控制点的应力)同比减小15～30％，在基本不对原箱梁桥进行常规加固处置的条件下，使其控制截面的应力和变形满足设计要求；本发明结构简单、受力明确，对原箱梁桥损伤小；本发明的加固和拓宽施工方法简单方便，加固后的结构性能可靠，工期相对较短，对道路交通影响相对较小，避免了拆除旧桥对自然环境的损害和不良的社会影响，具有很好的综合技术、经济和社会效益。
附图说明
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0023] 图1为本发明结构示意图；
[0024] 图2为新箱梁与原箱梁桥箱梁仰视图；
[0025] 图3为纵向钢桁架结构示意图；
[0026] 图4为纵向钢桁架结构和横向钢桁架结构布置示意图；
[0027] 图5为图1A处放大图。
具体实施方式
[0028] 本实施方式中，原箱梁桥为高速公路用，分为并行两座。
[0029] 图1为本发明结构示意图，图2为新箱梁与原箱梁桥箱梁仰视图，图3为纵向钢桁架结构示意图，图4为纵向钢桁架结构和横向钢桁架结构布置示意图，图5为图1A处放大图，本实施例的混凝土箱梁桥拓宽加固结构包括与原箱梁桥1平行并位于原箱梁桥1两侧的新箱梁I2和新箱梁II3，新箱梁I2的翼缘和新箱梁II3的翼缘与原箱梁桥1的箱梁翼缘以浇注为一体的方式刚性连接；新箱梁I2为两座双箱箱梁桥，分别位于两原箱梁桥1外侧，新箱梁II3为两座位于两原箱梁桥1之间，也就是内侧；两座新箱梁II3共用一个桥墩和支座，施工方便，节约工期和成本；两座新箱梁II3的支座两侧分别与两原箱梁桥1的支座浇注为一体，增加结构的刚度和强度；
[0030] 原箱梁桥1箱梁内部纵向固定设置纵向钢桁架结构4和横向固定设置的横向钢桁架结构5，纵向钢桁架结构4和横向钢桁架结构5通过焊接固定连接，多个横向钢桁架结构5沿纵向并列分布；纵向钢桁架结构4包括上弦杆45、下弦杆和腹杆41，纵向钢桁架结构4的腹杆截面尺寸和布置密度在一跨内的两端大于中部，适应整个原箱梁桥1腹板受力情况，利于抑制腹板裂纹的产生和发展；原箱梁桥1箱梁顶板和底板上植入锚固螺杆42，上弦杆45和下弦杆分别通过锚固螺杆42固定设置在原箱梁1顶板和底板上，上弦杆45通过螺母43连接在锚固螺杆42上；下弦杆与原箱梁桥1的箱梁底板的连接方式同上弦杆45与原箱梁桥1的箱梁顶板的连接方式相同；腹杆41两端分别与上弦杆45和下弦杆固定连接，本实施例的连接方式为焊接，当然，也可以采用螺栓连接等形式；采用上弦杆45和下弦杆结构，使得纵向钢桁架结构4对于原箱梁桥1的顶板内表面具有较强的适应性，连接比较牢固稳定；上弦杆45和下弦杆与原箱梁桥1箱梁顶板和底板之间设置粘接层44，粘接层44可以使纵向钢桁架结构4通过上弦杆45和下弦杆与原箱梁桥1的箱梁连接为整体，增加连接强度；
[0031] 新箱梁I2和新箱梁II3的腹板与原箱梁桥1箱梁腹板之间通过浇注混凝土横梁6的方式刚性连接，构成联结加宽桥的横梁；所述混凝土横梁6的数量以及设置位置与横向钢桁架结构5的数量以及设置位置相对应；位于原箱梁桥1两侧横向相对的混凝土横梁6和原箱梁桥1的箱梁底部沿横向共同设置加强钢板7，加强钢板7与混凝土横梁6的钢筋骨架通过PBL剪力键连接；加强钢板7与原箱梁桥1的箱梁底部粘接；混凝土横梁6与腹板之间通过钢筋互相伸入的方式进行浇注，采用上下各布置一根拉筋互相伸入，拉筋之间设置骨架筋进行浇注，使原箱梁桥1尽量减少受损；采用混凝土横梁6和加强钢板7结构，将原箱梁承担1的部分荷载分配给新箱梁I2和新箱梁II3承受，保证旧桥的耐用性。
[0032] 如果原箱梁桥1的箱梁顶板因施加了横向预应力而不便拆除时，所述新箱梁I2和新箱梁II3的顶面置于原箱梁桥1外伸翼缘下部，以现浇混凝土或灌注粘结材料方式使所述新箱梁I2和新箱梁II3与原箱梁桥的箱梁外伸翼缘联结为整体，起到共同担起原箱梁桥1的作用。
[0033] 本发明箱梁桥拓宽加固的施工方法，包括以下步骤：
[0034] a.拆除原箱梁桥铺装和辅助设施；
[0035] b.在原箱梁桥1的顶板和底板的设定位置沿纵向植入锚固螺杆42，通过锚固螺杆42固定上弦杆45和下弦杆，在上弦杆45和下弦杆的设定位置焊接腹杆41形成纵向钢桁架结构4；形成纵向钢桁架结构4后，在上弦杆45和下弦杆与原箱梁桥1的箱梁顶板和底板之间通过灌入粘结材料形成粘接层44，使上弦杆45和下弦杆与原箱梁桥1的箱梁顶板和底板连接成整体；沿纵向并列设置横向桁架结构5，横向桁架结构5与纵向桁架结构4固定连接并锚固在原箱梁桥1的箱梁内壁；
[0036] c.拆除原箱梁桥1箱梁的部分翼缘，完成原箱梁桥1两侧的新箱梁I2和新箱梁II3的施工，在新箱梁I2和新箱梁II3的腹板与原箱梁桥1箱梁腹板之间浇注混凝土横梁6，保证混凝土横梁6的数量以及设置位置与横向桁架结构5的数量以及设置位置相对应，在位于原箱梁桥1两侧横向相对的混凝土横梁6和原箱梁桥1的箱梁底部沿横向设置共同的加强钢板7，所述加强钢板7与混凝土横梁6的钢筋骨架通过PBL剪力键连接；加强钢板
7与原箱梁桥1的箱梁底部粘接，使混凝土横梁6与原箱梁桥1箱梁联结为一体；
[0037] d.施工完成三个月后将新箱梁I2的翼缘和新箱梁II3的翼缘与原箱梁桥1的箱梁翼缘以浇注为一体的方式刚性连接；
[0038] e.完成新箱梁I、新箱梁II和原箱梁桥桥面铺装和辅助设施施工。
[0039] 如果原箱梁桥1的箱梁顶板因施加了横向预应力而不便拆除时，则步骤c中不拆除原箱梁桥1箱梁的部分翼缘，新箱梁I2和新箱梁II3的顶面置于原箱梁桥1外伸翼缘下部，而步骤d中，施工完成三个月后将新箱梁I2顶板和新箱梁II3顶板与原箱梁桥1的箱梁翼缘以现浇混凝土的方式刚性连接；以现浇混凝土或灌注粘结材料方式使所述新箱梁I2和新箱梁II3与原箱梁桥的箱梁外伸翼缘联结为整体，不需拆除原箱梁桥1的部分翼缘，施工简单，成本低。
[0040] 当然，以上实施例并不能构成对本发明保护范围的限制，施工过程的叙述并不能限定施工的先后顺序，实际施工中，根据现实情况的需要，调节施工顺序。
[0041] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
