旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系及加固方法

摘要

旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系及加固方法，是一种适用于预应力混凝土旧桥维修加固的体系及加固方法。体系包括钢结构锚固和钢结构转向体系，钢结构锚固体系的加强钢板用锚栓和灌注胶与旧桥桥跨混凝土表面，钢锚箱连接，钢锚箱由锚垫板、横隔板、加劲钢板、传力钢板和体外索穿过钢管等组成。钢结构转向体系包括钢桁架支架和转向器，钢桁架支架由上、下弦杆、节点板、斜杆、竖杆、腹杆、加劲板、基座钢板等组成，节点板、加劲板、基座钢板通过锚栓与旧桥桥跨混凝土表面连接，转向管外套穿越管、外套管，导线从管中心穿过。本转向体系强度大、体积小、质量轻；与旧桥有机连接，不存在结合面剪切破坏和后期收缩徐变问题；施工不中断交通。

权利要求

1.旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系，其特征在于由钢结构锚固体系和钢结构转向体系组成，钢结构锚固体系的主体结构为钢锚箱，钢锚箱由锚垫板(1)、横隔板(2)、加劲钢板(3)、传力钢板(4)、钢管(5)和底座钢板(7)组成，加强钢板(8)用锚栓(6)和灌注胶与旧桥桥跨混凝土表面(9)连接，再与钢锚箱连接在一起，钢锚箱的底座钢板(7)上焊有锚垫板(1)、横隔板(2)、加劲钢板(3)、传力钢板(4)，锚垫板(1)、横隔板(2)与加劲钢板(3)之间焊体外索穿过钢管(5)，钢结构转向体系由钢桁架支架和转向器组成，钢桁架支架的上弦杆(10)、下弦杆(11)通过面内节点板(15)与斜杆(12)、竖杆(13)和腹杆(14)连接，纵桥向每两组上弦杆(10)和下弦杆(11)通过平联节点板(16)进行连接，形成空间桁架体系，箱梁腹板附近的面内节点板(15)与基座钢板(17)焊接，基座钢板(17)通过锚栓(6)与旧桥混凝土表面(9)连接在一起，下弦杆(11)两端位置处的节点板(16)与基座钢板(17)上有加劲板(18)，下弦杆(11)在竖杆下端位置的面内节点板(16)有体外索穿过孔(19)和体外索转向器(20)的安装孔，体外索转向器(20)由外套管(21)、穿越管(22)和转向管(23)组成，体外预应力钢束按钢束中心线(25)从转向管(23)中穿过。

2.根据权利要求1所述的旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系，其特征在于钢锚箱长2720mm、宽800mm、高400mm。

3.权利要求1所述的旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系加固旧桥的方法，其特征在于施工工艺及流程如下：

1)制作、安装钢结构锚固体系：

①在安装锚固块位置处凿平旧桥的混凝土表面(9)，在混凝土结构中钻锚栓(6)的植入孔；

②清扫混凝土锚栓孔，结合粘钢胶把锚栓(6)植入锚栓孔，锚栓(6)与混凝土表面(9)垂直；

③根据锚栓(6)实际位置，在加强钢板(8)上钻锚栓孔，利用粘钢胶将加强钢板(8)与旧桥混凝土表面(9)粘在一起，并用反力架施压使加强钢板(8)与混凝土表面(9)粘贴紧密；

④制作钢锚箱，在钢锚箱底座钢板(7)上钻锚栓孔，安装钢锚箱；

⑤钢锚箱安装完毕之后，在每个锚栓紧上螺帽并与钢锚箱底座钢板(7)进行点焊；

⑥钢锚箱底座钢板(7)与加强钢板的周围用结构胶进行封缝，从下端预留的关键入口低压低速把灌注粘钢胶压入钢锚箱钢板与粘贴钢板之间的空隙；

⑦在灌注胶强度达到后，进行体外预应力钢束(31)的穿索、张拉工作；

2)制作、安装钢结构转向体系：

①工厂制作各个支架的杆件(10～14)、节点板(15～16)、基座钢板(17)、加劲板(18)和体外索转向器(20)；

②在已有桥跨混凝土中钻孔、基座钢板锚栓孔定位、安装、灌胶；

③在基座钢板(17)上焊接与钢桁架支架杆件连接的节点板(15)；

④利用螺杆把上弦杆(10)、下弦杆(11)、竖杆(14)连接到节点板(15)上，安装连接竖杆(13)和斜杆(12)；

⑤在转向器节点板(15)上安装体外索转向器(20)，节点板(15)与转向器外套管(21)焊接；

⑥焊制各个加劲板(18)，纵桥向每两片钢桁架之间进行平联；

⑦体外预应力钢束(31)的穿索、张拉。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于预应力混凝土旧桥的维修加固的体系。

背景技术

近二十年多来，我国的交通基础设施建设发展迅速，建造了大量的预应力混凝土桥梁。经过多年的运营和使用，很多预应力混凝土桥梁出现了各种病害，部分桥梁甚至成为危桥。在满足不中断已有交通的情况下，对这些桥跨进行维修加固是一项非常重要、必要的工作。
理论和实践证明，利用张拉体外预应力钢束对已有预应力混凝土桥梁进行维修加固是一项非常有效的加固措施，这主要是由于张拉体外预应力钢束是一种主动性的加固方法，即可以对已有桥跨增加有利于结构受力、工作的外部荷载，进而达到改善已有结构的内力和线形，增加结构的承载能力，增强结构的耐久性，提高行车的舒适度。
在已有预应力混凝土桥梁中实施张拉体外预应力钢束，锚固转向体系是一项必不可少的构造设施。锚固转向体系是联系后加体外预应力钢束与已有混凝土桥梁的重要构造，利用它将后加体外预应力钢束的张拉力施加、转换到已有桥跨结构中去。一般桥梁结构的体外预应力钢束加固中，把锚固或转向体系做成后浇混凝土块的形式。采用后浇混凝土块作为体外预应力钢束的锚固或转向体系，有以下不足之处：1、体系采用混凝土的形式，构造会比较笨重，给原有结构带来的附加重量很大；2、后浇混凝土与已有桥跨混凝土之间的结合面，处理困难，容易出现抗剪破坏问题；3、后浇混凝土与已有桥跨混凝土的龄期差别甚大，锚固转向用的混凝土块存在后期收缩徐变等问题，容易出现裂缝；4、施工周期较长，质量不容易控制，且施工期间由于混凝土凝固养生的需要，必须较长时间中断交通。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种结构强度大，体积小、质量轻，能与旧桥跨有机连接在一起，不存在结合面剪切破坏和后期收缩徐变等问题，质量容易控制，加固现场占用空间小，不中断交通的旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系及加工方法。
本发明目的的实现方式为，旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系，由钢结构锚固体系和钢结构转向体系组成，钢结构锚固体系的主体结构为钢锚箱，钢锚箱由锚垫板1、横隔板2、加劲钢板3、传力钢板4、钢管5和底座钢板7组成，加强钢板8用锚栓6和灌注胶与旧桥桥跨混凝土表面9连接，再与钢锚箱连接在一起，钢锚箱的底座钢板7上焊有锚垫板1、横隔板2、加劲钢板3、传力钢板4，锚垫板1、横隔板2与加劲钢板3之间焊体外索穿过钢管5，
钢结构转向体系由钢桁架支架和转向器组成，钢桁架支架的上弦杆10、下弦杆11通过面内节点板15与斜杆12、竖杆13和腹杆14连接，纵桥向每两组上弦杆10和下弦杆11通过平联节点板16进行连接，形成空间桁架体系，箱梁腹板附近的面内节点板15与基座钢板17焊接，基座钢板17通过锚栓6与旧桥混凝土表面9连接在一起，下弦杆11两端位置处的节点板16与基座钢板17上有加劲板18。下弦杆11在竖杆下端位置的面内节点板16有体外索穿过孔19和体外索转向器20的安装孔，体外索转向器20由外套管21、穿越管22和转向管23组成，体外预应力钢束按钢束中心线25从转向管23中穿过。
旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系加固旧桥的方法，施工工艺及流程如下：
1)制作、安装钢结构锚固体系：
①在安装锚固块位置处凿平旧桥的混凝土表面9，在混凝土结构中钻锚栓6的植入孔；
②清扫混凝土锚栓孔，结合粘钢胶把锚栓6植入锚栓孔，锚栓6与混凝土表面9垂直；
③根据锚栓6实际位置，在加强钢板8上钻锚栓孔，利用粘钢胶将加强钢板8与旧桥混凝土表面9粘在一起，并用反力架施压使加强钢板8与混凝土表面9粘贴紧密；
④制作钢锚箱，在钢锚箱底座钢板7上钻锚栓孔，安装钢锚箱；
⑤钢锚箱安装完毕之后，在每个锚栓紧上螺帽并与钢锚箱底座钢板7进行点焊，
⑥钢锚箱底座钢板7与加强钢板的周围用结构胶进行封缝，从下端预留的关键入口低压低速把灌注粘钢胶压入钢锚箱钢板与粘贴钢板之间的空隙；
⑦在灌注胶强度达到后，进行体外预应力钢束31的穿索、张拉工作；
2)制作、安装钢结构转向体系：
①工厂制作各个支架的杆件10～14、节点板15～16、基座钢板17、加劲板18和转向器体外索转向器20；
②在已有桥跨混凝土中钻孔、基座钢板锚栓孔定位、安装、灌胶；
③在基座钢板17上焊接与钢桁架支架杆件连接的节点板15；
④利用螺杆把上弦杆10、下弦杆11、竖杆14连接到节点板15上，安装连接竖杆13和斜杆12；
⑤在转向器节点板15上安装体外索转向器20，节点板15与转向器外套管21焊接；
⑥焊制各个加劲板18，纵桥向每两片钢桁架之间进行平联；
⑦体外预应力钢束31的穿索、张拉。
钢结构锚固体系和转向体系分别是用于锚固和转向体外预应力钢束。锚固体系一般位于桥跨的端部，即体外预应力钢束的起点和终点的端位置，把体外预应力钢束锚固到原有桥跨中；转向体系位于桥跨的中间位置，实现体外预应力钢束的折线形式，充分发挥体外预应力钢束的效应。
本发明具有以下技术特点：容易实现折线形式的体外预应力钢束，充分发挥张拉体外预应力的加固效应；相对混凝土块而言，钢结构强度大，体积小，质量轻；采用锚栓和灌注胶相结合的方法把钢结构锚固体系与已有桥跨连接在一起，不存在结合面剪切破坏和后期收缩徐变等问题；钢结构锚固转向体系可在工厂预制，质量容易控制，加固现场占用空间小；可在不中断交通的前提下进行施工。

附图说明

图1a、b是钢结构锚固体系结构立面、平面视图
图2是钢结构转向体系结构示意图
图3a、b是体外预应力转向器结构主、侧视图
图4是锚固体系、转向体系与体外预应力钢束的空间布置关系

具体实施方式

参照图1a、b，本发明的钢结构锚固体系的钢锚箱通过加强钢板8、锚栓6和灌注胶与旧桥桥跨混凝土表面9连接在一起，钢锚箱的底座钢板7上焊有锚垫板1、横隔板2、加劲钢板3、传力钢板4，锚垫板1、横隔板2与加劲钢板3之间焊体外索穿过钢管5。
钢锚箱的构造尺寸根据锚固张拉的体外索张拉力进行设计，以一个锚固12根直径15.24mm的体外预应力钢束标准钢锚箱MX15-12为例：
钢锚箱长2720mm(沿体外预应力走向)、宽800mm(垂直于体外预应力钢束走向及沿混凝土粘结面方向)、高400mm(垂直于混凝土粘结面)。根据所施加预应力大小的不同，构件尺寸作相应调整。
钢锚箱与旧桥桥跨混凝土表面9的连接采用锚栓与灌注胶相结合的方式，一个标准MX15-12钢锚箱共需56个锚栓，均匀分布在底座钢板7上；单个锚栓直径27mm左右，长300mm左右。灌注胶位于混凝土表面粘贴钢板与钢锚箱底座钢板之间，灌注胶厚度在3mm左右。
钢结构转向体系包括钢桁架支架和体外索转向器，参照图2，钢桁架支架的上弦杆10、下弦杆11通过面内节点板15与斜杆12、竖杆13和腹杆14连接，纵桥向每两组上弦杆10和下弦杆11通过平联节点板16进行连接，形成空间桁架体系。箱梁腹板附近的面内节点板15与基座钢板17焊接，基座钢板17通过锚栓6与旧桥混凝土表面9连接在一起，从而使得整个钢结构转向支架固定在原有桥跨上。下弦杆11两端位置处的节点板16与基座钢板17利用加劲板18进行加强。下弦杆11在竖杆下端位置的面内节点板16预留体外索穿过孔19和体外索转向器20的安装孔。
参照图3，体外索转向器20由外套管21、穿越管22和转向管23组成，体外预应力钢束按钢束中心线25从转向管23中穿过。转向器安装在钢桁架支架上，其功能是实现体外预应力钢束的转向，并满足体外预应力钢束本身受力构造要求。
参照图4，钢结构锚固体系29、钢结构转向体系30与体外预应力钢束31空间布置如图所示：钢结构锚固体系一般位于桥跨的端部，即体外预应力钢束31的起点和终点的端位置，把体外预应力钢束锚固到原有桥跨中；钢结构转向体系位于桥跨的中间位置，实现体外预应力钢束的折线形式，充分发挥体外预应力钢束的效应。
旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系加固旧桥的方法，施工工艺及流程如下：
1)制作、安装钢结构锚固体系：
①在安装锚固块位置处凿平旧桥的混凝土表面9，在已有桥跨结构的混凝土中钻锚栓6的植入孔，锚栓孔需避开桥跨结构内既有的钢筋及钢绞线；
②清扫混凝土锚栓孔灰尘，结合粘钢胶植入锚栓6，保证锚栓6与桥跨混凝土表面9垂直；
③根据锚栓6实际位置，在混凝土表面粘贴加强钢板8上定锚栓孔位并开孔，利用粘钢胶将加强钢板根据孔位粘贴在钢锚箱底座钢板位置处的混凝土表面9，并用反力架施压使得粘贴钢板与桥跨混凝土表面9粘贴紧密；
④制作钢锚箱，根据锚栓6的实际位置在钢锚箱底座钢板7上定锚栓孔位并钻孔，在每个锚栓垫片后，安装钢锚箱；
⑤钢锚箱安装完毕之后，在每个锚栓紧上螺帽并与钢锚箱底座钢板7进行点焊，
⑥钢锚箱底座钢板7与加强钢板的周围用结构胶进行封缝，预留灌浆孔，从下端灌浆孔低压低速把灌注胶压入钢锚箱钢板与粘贴钢板之间的空隙；
⑦在灌注胶强度达到后，可进行体外预应力钢束31的穿索、张拉工作；
2)制作、安装钢结构转向体系：
①工厂制作各个支架的杆件10～14、节点板15～16、基座钢板17、加劲板18和体外索转向器20等；
②在已有桥跨混凝土中钻孔、基座钢板锚栓孔定位、安装、灌胶等；
③在基座钢板17上焊接与钢桁架支架杆件连接的节点板15；
④利用螺杆把上弦杆10、下弦杆11、竖杆14连接到节点板15上，安装连接竖杆13和斜杆12；
⑤在转向器节点板15上安装体外索转向器20，节点板15与转向器外套管21焊接，
⑥焊制各个加劲板18，纵桥向每两片钢桁架之间进行平联；
⑦体外预应力钢束31的穿索、张拉。