一种基于MPC混凝土的双曲拱主结构加固结构及方法 |
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| 申请号 | CN202410214430.7 | 申请日 | 2024-02-27 | 公开(公告)号 | CN117822474A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 孙航; 张连振; 李曦; 杨祖涛; 李昱; 罗亮; 袁欢; | ||||
| 摘要 | 一种基于MPC 混凝土 的双曲拱主结构加固结构及方法，在拱圈中，在内部的拱肋两外侧进行植筋，在内部的横系梁两外侧进行植筋；在横梁上安装抱箍，从而方便后期搭设梁格纵向劲性骨架；在横系梁和拱肋之间搭设横向和纵向交叉布置的梁格劲性骨架，在梁格劲性骨架顶面和侧面预设多个剪 力 连接件；分 块 预制混凝土拱板，并预留湿接缝；在梁格劲性骨架之间的下 翼缘板 上搭设预混凝土拱板，用MPC混凝土浇筑湿接缝，并将剪力连接件包裹；待湿接缝形成强度后，混凝土预制拱板和拱肋、拱波板形成封闭箱型截面，加工完成。利用本 发明 方法加固双曲拱拱圈后，双曲拱主结构整体的抗压、抗弯和抗扭等力学性能得到显著提升。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双曲拱主结构加固结构，其特征在于：包含抱箍(3)、梁格劲性骨架(4)、剪力连接件(5)和预制混凝土拱板(6)；抱箍(3)安装在横系梁(2)上，横系梁(2)和拱肋(1)围成的区域设置有十字交叉垂直布置的梁格劲性骨架(4)，纵向布置的梁格劲性骨架(4)与抱箍(3)固接，横向布置的梁格劲性骨架(4)与纵向布置的梁格劲性骨架(4)固接，梁格劲性骨架(4)的顶面和侧面固接有剪力连接件(5)，梁格劲性骨架(4)的底面搭设有预制混凝土拱板(6)，预制混凝土拱板(6)分别与梁格劲性骨架(4)和拱肋(1)之间的湿接缝内填充有硬化的MPC混凝土。 |
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| 说明书全文 | 一种基于MPC混凝土的双曲拱主结构加固结构及方法技术领域背景技术[0002] 桥梁作为关键的交通节点，能够横跨江河、山川以及地质条件复杂的地带，显著提升交通效率，是基础设施中的核心部分。在各种桥梁结构中，拱桥因其独特的受力特点，展现出更大的跨度与持久的性能。特别地，双曲拱桥作为拱桥的一种，其结构由拱肋、拱波、拱板和横向联系等部分组成，其拱波与主拱圈的曲线形成直角，这一设计充分利用了预制装配的优点。通过“化整为零”的施工方式，主拱圈得以分期施工，再“集零为整”，形成承重的整体结构，双曲拱桥得到了广泛应用。然而，由于分期施工形成的组合结构特性，其整体性较弱，容易在荷载作用下受损。 [0003] 目前，对双曲拱桥的加固改造主要有两种方法：一是在拱肋上粘贴碳纤维布以增强拱肋强度；二是在拱肋上粘贴钢板或设置U型套箍以增大截面。前者虽提升了构件强度而不增加桥梁结构自身载荷，但对结构刚度和横向联系作用效果有限，无法显著提高结构承载力。后者虽增强了结构的强度和刚度，但对横向联系仍无改善。 发明内容[0005] 本发明为克服现有技术，提供一种基于MPC混凝土的双曲拱主结构加固结构及方法，以增大双曲拱整体主结构力学性能，该方法不仅能够增加双曲拱桥的截面尺寸，有效提升结构承载力，而且可以利用原有的拱波板形成箱型截面，增强结构的整体性，大幅提高桥梁抗弯、抗压和抗扭特性。 [0006] 一种双曲拱主结构加固结构包含抱箍、梁格劲性骨架、剪力连接件和预制混凝土拱板；抱箍安装在横系梁上，横系梁和拱肋围成的区域设置有十字交叉垂直布置的梁格劲性骨架，纵向布置的梁格劲性骨架与抱箍固接，横向布置的梁格劲性骨架与纵向布置的梁格劲性骨架固接，梁格劲性骨架的顶面和侧面固接有剪力连接件，梁格劲性骨架的底面搭设有预制混凝土拱板，预制混凝土拱板分别与梁格劲性骨架和拱肋之间的湿接缝内填充有硬化的MPC混凝土。封闭箱型截面具有更高的几何性质，显著增强了原结构的抗压、抗弯和抗扭特性。 [0007] 一种基于MPC混凝土的双曲拱主结构加固方法包含以下步骤： [0008] S1、在拱圈中，横向上，在外端的拱肋内侧进行植筋，在内部的拱肋两外侧进行植筋；径向上，在外部的横系梁内侧进行植筋，在内部的横系梁两外侧进行植筋；以便后期浇筑的MPC湿接缝在预制混凝土板和原有的拱肋及横梁间形成有效连接； [0009] S2、在横梁上安装抱箍，从而方便后期搭设梁格纵向劲性骨架； [0010] S3、在横系梁和拱肋之间搭设横向和纵向交叉布置的梁格劲性骨架，纵向布置的梁格劲性骨架与抱箍固接，横向布置的梁格劲性骨架与纵向布置的梁格劲性骨架固接，梁格劲性骨架采用上翼缘板短、下翼缘板长的工字形结构，在梁格劲性骨架顶面和侧面预设多个剪力连接件；以便后续在下翼缘板上搭设预制混凝土拱板；在梁格劲性骨架顶面和侧面预留剪力连接件； [0011] S4、分块预制混凝土拱板，并预留湿接缝，同时考虑预制混凝土拱板自身的重量引起的预拱度； [0012] S5、在梁格劲性骨架之间的下翼缘板上搭设预混凝土拱板，用MPC混凝土浇筑湿接缝，并将剪力连接件包裹； [0013] S6、待湿接缝形成强度后，混凝土预制拱板和拱肋、拱波板形成封闭箱型截面，加工完成。封闭箱型截面的几何性质较原有双曲拱显著提高。具有优异抗压、抗弯和抗扭特性。 [0014] 本发明相比现有技术的有益效果是： [0016] 2、梁格劲性骨架的使用可以增大混凝土拱板的强度和刚度，进而大幅提高整体结构的强度和刚度。 [0017] 3、MPC混凝土材料的使用可以在原有拱肋、横系梁以及预制混凝土拱板和梁格劲性骨架间形成可靠的连接，保障了结构的整体性。 [0018] 4、在梁格劲性骨架侧面设置剪力连接件，使得内力在梁格劲性骨架与混凝土预制拱板间得到更好的传递，形成较一般钢‑混组合梁结构更好的组合结构，具有更优异的空间力学特性。 附图说明[0020] 图1为本发明提供的一种基于MPC混凝土的双曲拱主结构加固方法流程图； [0021] 图2为实施例所适用的双曲拱拱圈结构示意图； [0022] 图3为实施例提供的实施步骤二、步骤三的立体结构示意图； [0023] 图4为实施例提供的实施步骤二的纵向剖面示意图； [0024] 图5为实施例使用的梁格劲性骨架及剪力连接件相连的横断面图； [0025] 图6为实施例提供的实施步骤三的平面示意图； [0026] 图7为实施例提供的实施步骤五的结构示意图； [0027] 图8为实施例提供的实施步骤六及加固结构的横向剖面示意图。 [0028] 其中： [0029] 1、拱肋；2、横系梁；3、抱箍；4、梁格劲性骨架；5、剪力连接件；6、预制混凝土拱板；7、湿接缝；8、拱波板。 具体实施方式[0030] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。 [0031] 图8展示了一种双曲拱主结构加固结构，其特征在于：包含抱箍3、梁格劲性骨架4、剪力连接件5和预制混凝土拱板6；抱箍3安装在横系梁2上，横系梁2和拱肋1围成的区域设置有十字交叉垂直布置的梁格劲性骨架4，纵向布置的梁格劲性骨架4与抱箍3固接，横向布置的梁格劲性骨架4与纵向布置的梁格劲性骨架4固接，梁格劲性骨架4的顶面和侧面固接有剪力连接件5，梁格劲性骨架4的底面搭设有预制混凝土拱板6，预制混凝土拱板6分别与梁格劲性骨架4和拱肋1之间的湿接缝内填充有硬化的MPC混凝土。 [0032] 本实施例提供一种基于MPC混凝土的双曲拱主结构加固方法，适用于如图2所示的双曲拱主拱圈，该方法能增大双曲拱主结构力学性能。 [0033] 如图1‑图8所示，该加固方法包括如下步骤： [0034] (1)植筋工作：在内部的拱肋的两侧和外端的拱肋内侧进行植筋，确保锚喷混凝土与原有拱肋形成牢固连接；在内部的横梁两侧进行植筋，在外端的横梁内侧进行植筋，确保浇筑的MPC湿接缝在预制混凝土拱板混凝土与原有结构间形成牢固连接。 [0035] 本步骤的植筋是针对拱肋1和横系梁2围成的多个小格区域，对每个小格区域进行加固，实现增大双曲拱拱圈整体力学性能，图3显示的是图2中小格区域的局部示意图。 [0036] (2)添加抱箍：在横系梁2上设计并安装如图3、图4所示的抱箍3，这可以作为搭设纵向劲性骨架的支撑点。 [0037] (3)梁格劲性骨架的搭设：在抱箍3上焊接工字钢梁形成的纵向布置的梁格劲性骨架4，确保其线形与原有拱肋1的外形一致。在纵向布置的梁格劲性骨架4的基础上继续焊接横向布置的梁格劲性骨架4，使其与纵向布置的梁格劲性骨架4以及横系梁的形状和结构相匹配。在纵横向劲性骨架顶面和侧面焊接剪力连接件5。纵向布置的梁格劲性骨架4与拱肋1线性方向一致，横向布置的梁格劲性骨架4与横系梁2线性方向一致。 [0038] (4)钢筋混凝土拱板的预制与施工：考虑原有拱肋线形和预制拱板自重的影响以及湿接缝位置，在工厂分块制作混凝土预制拱板6。将混凝土预制拱板6架设到梁格劲性骨架4之间，混凝土预制拱板6支撑在工字形的梁格劲性骨架4突出的下翼缘板上。 [0039] 本步骤施工中，混凝土预制拱板6的厚度小于横系梁2的厚度。 [0040] (5)浇筑MPC湿接缝：在预留的湿接缝中浇筑MPC混凝土。待湿接缝形成足够强度后，混凝土预制拱板6与拱肋1、拱波板8形成封闭的箱型截面。这个封闭箱型截面具有更高的几何性质，显著增强了原结构的抗压、抗弯和抗扭特性。 [0041] 利用本实施例方法加固双曲拱拱圈后，双曲拱主结构整体的抗压、抗弯和抗扭等力学性能得到显著提升，加固维修拆装方便。 [0044] (2)高早期强度：MPC混凝土在很短的时间内就能达到高强度，这对于快速修复和重建工程非常有利。 [0045] (3)良好的粘结性：MPC混凝土与钢材和混凝土的粘结性能良好，可以粘接混凝土拱肋和梁格劲性骨架，形成坚固的整体结构。 [0046] (4)优良的耐久性和耐磨性：MPC混凝土具有出色的耐久性和耐磨性，可以承受大量车辆和行人的磨损，有效延长道路的使用寿命。 [0047] (5)良好的施工性能：MPC混凝土可以在低温下进行施工，并且不需要特殊的养护条件，这使得它可以应用于复杂环境中的施工和抢修工程。 [0048] 对本申请方法及其获得的加固结构加固前后拱圈截面抗压、抗弯和抗扭特性进行对比，对比结果如下： [0049] [0050] 本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。 |
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