一种双幅连续梁桥结构的加固方法 |
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| 申请号 | CN202310808143.4 | 申请日 | 2023-07-03 | 公开(公告)号 | CN116695596A | 公开(公告)日 | 2023-09-05 |
| 申请人 | 中铁十六局集团路桥工程有限公司; 中铁十六局集团有限公司; | 发明人 | 项荣军; 燕永平; 王长欢; 莫若明; 王庆阳; 陈恒; 杨翼; | ||||
| 摘要 | 本 申请 公开了一种双幅连续梁桥结构的加固方法，涉及 桥梁 工程的技术领域，包括双幅连续梁桥，双幅连续梁桥包括两幅相互平行的主梁；对双幅连续梁桥进行加固时，在双幅连续梁桥每跨的跨中 位置 处设置体外横系梁，体外横系梁的两端分别与两幅主梁固定连接。本申请具有提高加固桥梁结构抗震性能、经济适用的有益效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双幅连续梁桥结构的加固方法，其特征在于：包括双幅连续梁桥（1），所述双幅连续梁桥（1）包括两幅相互平行的主梁（11）； |
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| 说明书全文 | 一种双幅连续梁桥结构的加固方法技术领域背景技术[0002] 随着国家经济建设的不断发展，人民的生活水平不断提高，高质量的生活使得城市交通运输量不断激增，行车密度和车辆载重也逐渐变大，原有设计桥梁内力状态已不能满足当下桥梁结构载重等级的需求，再考虑到桥梁施工过程中质量控制问题，造成原先建造的桥梁在如今使用期间出现承载能力不足的情况，影响桥梁的安全可靠性。 [0003] 常见的桥梁改善措施是重新建造一座桥梁或者对现有桥梁进行加固，从资金角度考虑，对现有桥梁进行加固花费的资金要少于重新建造一座桥梁，因此，优先考虑对现有桥梁进行加固。 [0004] 对现有桥梁进行加固的方法主要包括体外预应力加固法、增大截面和配筋法、碳纤维加固法，但是，上述对现有桥梁进行加固的方法存在施工费用较高、施工工艺难度较大以及后期养护难度较高的问题，如何研发出一种施工费用较低、施工工艺难度较小以及后期养护难度较低的对现有桥梁进行加固的方法，是目前亟需解决的技术难题。发明内容 [0005] 为了提高桥梁加固施工的经济适用性，本申请提供一种双幅连续梁桥结构的加固方法。 [0006] 本申请提供一种双幅连续梁桥结构的加固方法，采用如下的技术方案：一种双幅连续梁桥结构的加固方法，包括双幅连续梁桥，所述双幅连续梁桥包括两幅相互平行的主梁； 对双幅连续梁桥进行加固时，在所述双幅连续梁桥每跨的跨中位置处设置体外横系梁，所述体外横系梁的两端分别与两幅主梁固定连接。 [0007] 通过采用上述技术方案，为加固双幅连续梁桥，在双幅连续梁桥体外每跨的跨中位置均设置体外横系梁，体外横系梁将双幅连续梁桥的两幅主梁连接；加固后，体外横系梁永久成为双幅连续梁桥结构的一部分。本申请加固方法，一方面施工工艺难度较小，后期养护难度较低；另一方面施工方便，对施工现场周围影响较小，符合“双碳”战略倡导的绿色、环保、低碳；相较于重新建造一座桥梁，或其他现有加固方法而言，本申请加固方案施工费用大大降低，能够产生较好的经济效益。 [0008] 可选的，在确定体外横系梁设置厚度时，利用MIDS Civil建立全桥三维有限元模型，采用平面杆系单元，分左右幅建立，进行承载力分析、抗裂分析和抗震能力分析，得出体外横系梁的最优设计厚度。 [0009] 通过采用上述技术方案，根据实验数据分析可知，并非体外横系梁的厚度越厚，对双幅连续梁桥结构的加固效果更好，因此利用MIDS Civil三维建模软件进行建模分析，能够选取最优的体外横系梁设计厚度。 [0010] 可选的，在进行承载力分析、抗裂分析和抗震能力分析时分别提取边跨跨中、中墩支点以及中跨跨中三个控制截面的内力值。 [0011] 通过采用上述技术方案，根据双幅连续梁桥结构的受力分析，边跨跨中、中墩支点以及中跨跨中为梁体结构中最复杂的受力点，对该三点处进行受力分析能够好的对加固效果进行分析评估。 [0012] 可选的，所述体外横系梁通过弹性连接的方式与两幅主梁进行固定连接。 [0013] 通过采用上述技术方案，弹性连接属于MIDS建模软件中节点连接的一个概念，现场实际施工的体外横系梁，根据服役中的双幅连续梁桥梁体老旧程度和破坏情况，实际选择钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土等结构样式。 [0014] 可选的，所述体外横系梁施工时，包括以下施工步骤：S1：预制体外横系梁，在体外横系梁内预留多个贯穿体外横系梁的预应力钢束通道； S2：吊装体外横系梁至两幅主梁之间； S3：在主梁上钻取多个连接通道，多个连接通道分别一一对应与多个预应力钢束通道连通；S4：在连接通道和预应力钢束通道内穿入钢绞线和金属波纹管； S5：在钢绞线的两端同步张拉，直至向钢绞线施加设计强度的预应力； S6：钢绞线横向预应力张拉完毕后，向金属波纹管内进行压浆，直至浆液充满金属波纹管。 [0015] 通过采用上述技术方案，将体外横系梁施工至服役中的双幅连续梁桥上时，仅需施工人员将体外横系梁吊装至两幅主梁之间，并在主梁上凿取与体外横系梁连通的预应力钢束通道，并穿入预应力钢绞线，压浆即可；在进行加固施工时，不影响现有桥梁结构的通车运行，且施工步骤简单快捷，工期较短；根据三维建模软件受力分析能够得出本申请加固方案的加固效果较好，且施工加固费用低廉。 [0016] 可选的，所述主梁为箱形梁，所述S3步骤中，从主梁内部通道侧壁钻取连接通道。 [0018] 可选的，在S2步骤中，体外横系梁两端与两幅主梁外壁之间均存在现浇接缝段，对体外横系梁与主梁外壁处进行凿毛后，在现浇接缝段浇筑混凝土。 [0019] 通过采用上述技术方案，在体外横系梁和主梁之间设置现浇接缝段，并在现浇接缝段进行浇筑前，对体外横系梁两端和主梁外壁进行凿毛，使得后期施工的体外横系梁与前期施工的主梁之间的连接强度能够更强，连接效果更好。 [0021] 通过采用上述技术方案，将金属波纹管内抽真空后，再将浆液压注至金属波纹管内，能够使钢绞线处于碱性的环境中，以保护钢绞线不受腐蚀，同时起到一定的应力发散的作用。若金属波纹管内压浆不饱满、不密实，对钢绞线的保护作用会减弱，可能会造成钢绞线锈蚀，影响整体使用寿命和结构性能。 [0023] 通过采用上述技术方案，提前对现有双幅连续梁桥结构内的钢筋及预应力束进行探测，能够减少连接通道钻取过程中，对现有桥梁的结构受力体系的破坏，减少服役中的双幅连续梁桥结构在连接通道钻取过程中被破坏的可能性。 [0024] 综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：1.在双幅桥梁每跨跨中位置设置体外横系梁，通过体外横系梁连接两幅主梁，改变了原有双幅桥梁的结构体系，能够有效减小桥梁结构的内力或应力，提高了双幅桥梁结构的抗震性能，且增加体外横系梁对原有双幅桥梁结构本身的受力影响较小； 2.通过模拟计算选择最优的体外横系梁厚度，提高了双幅桥梁结构加固后，体外横系梁和主梁的承载力和受力性能，同时减小了整个施工过程中对在双幅桥梁结构整体稳定性的影响；3.体外横系梁采用工厂预制、现场吊装连接的方法，通过横向预应力钢束将体外横系梁与主梁连接成整体，在不影响其受力性能的同时尽可能的减小现场施工作业时间，从而减小对双幅桥梁通行交通的影响。 附图说明 [0025] 图1是本申请实施例双幅连续梁桥的整体结构示意图；图2是本申请实施例双幅连续梁桥加固后的整体结构示意图； 图3是本申请实施例不同横系梁厚度下固定墩墩底抗弯承载能力对比图； 图4是本申请实施例用于展示体外横系梁和主梁连接的剖面图。 [0026] 附图标记说明：1、双幅连续梁桥；11、主梁；111、连接通道；112、内部通道；2、体外横系梁；21、预应力钢束通道；3、现浇接缝段。 具体实施方式[0027] 以下结合附图1‑4对本申请作进一步详细说明。 [0028] 本申请实施例公开的一种双幅连续梁桥结构的加固方法，参照图1，一种双幅连续梁桥结构的加固方法包括正处于服役状态的双幅连续梁桥1，本申请实施例中，以双幅连续梁桥1为变截面连续箱梁结构为例对本申请加固方法进行阐述，本申请加固方法也能够适用于其他符合施工条件的桥梁。 [0029] 参照图1，双幅连续梁桥1包括两幅主梁11，两幅主梁11平行设置。主梁11为箱形梁，因此主梁11内部存在内部通道112。当双幅连续梁桥1不能满足承载力要求时，对服役中的双幅连续梁桥1进行加固处理。 [0030] 参照图2，本申请的核心加固思路为：在双幅连续梁桥1每跨的跨中位置处设置体外横系梁2，体外横系梁2的两端分别与两幅主梁11连接，加固后，体外横系梁2永久成为双幅连续梁桥1的一部分。通过在服役期间的双幅连续梁桥1上增加体外横系梁2，能够改变原有双幅连续梁桥1的结构受力方式，从而提高双幅连续梁桥1的承载力。 [0031] 参照图2，根据本申请的加固思路，利用MIDS Civil建立全桥三维有限元模型，采用平面杆系单元，分左右幅建立，且体外横系梁2通过弹性连接的方式与两幅主梁11进行固定连接。模型建立完成后，进行承载力分析、抗裂分析和抗震能力分析。根据建模分析可知体外横系梁2的厚度能够影响双幅连续梁桥1的加固效果，在一种实施例中，选取未设置体外横系梁2、体外横系梁2的厚度分别为30cm、50cm、70cm、90cm的五种情况对模型进行受力分析对比。 [0032] 对于承载力的分析：分别提取边跨跨中、中墩支点以及中跨跨中三个控制截面的内力值进行受力分析，分析情况见表1和表2。 [0033] 表1：不同横梁厚度下最不利弯矩对比表表2：不同横梁厚度下最不利剪力对比表 由表1可知，通过在主梁11跨中位置处设置体外横系梁2进行加固后，边跨跨中、中墩支点以及中跨跨中三个控制截面位置处的最不利弯矩值均明显得到改善，而通过四种厚度的体外横系梁2对比分析可知，设置50cm厚体外横系梁2内力值改善能力最高。 [0034] 由表2可知，双幅连续梁桥1通过加固后，各支座处剪力均有所减小，其中同样是50cm厚的体外横系梁2改善效果最明显。 [0035] 对于抗裂能力的分析：分别提取边跨跨中、中墩支点以及中跨跨中三个控制截面的应力值进行分析，分析情况见表3和表4：表3：不同体外横系梁厚度下最不利拉应力对比表 表4：不同体外横系梁厚度下最不利压应力对比表 由表3可知，通过在主梁11跨中位置处设置体外横系梁2进行加固后，边跨跨中和中跨跨中截面下缘拉应力以及中墩支点处上缘拉应力均明显得到改善，而通过四种厚度的体外横系梁2对比分析可知，设置50cm厚体外横系梁2应力值改善能力最高。 [0036] 同样由表4可知，双幅连续梁桥1通过加固后，各控制截面处压应力均有所减小，但是改善效果最明显是设置70cm厚体外横系梁2处，但改善幅度较小，最大改善处在中墩墩顶下缘处，仅为13.45％。由此可知采用50cm厚体外横系梁2拉应力改善较佳，而采用70cm厚体外横系梁2压应力改善较佳，但改善效果不明显，因此综合而言，选择设置50cm厚体外横系梁2对结构应力改善效果最佳。 [0037] 对于抗震能力的分析：采用反应谱法进行地震分析，地震波采用横向和纵向分别加载，分别比较四种体外横系梁2厚度下的双幅连续梁桥1整体结构的抗震能力，得到的固定墩墩底控制截面处的抗弯承载能力计算结果如附图3所示：通过设置体外横系梁2，对双幅连续梁桥1加固后，双幅连续梁桥1的整体刚度得到提升，双幅连续梁桥1整体抗震性能得到提升，在纵向和横向地震作用下，桥墩纵横向抗弯承载能力均有所提高，其中当设置30cm体外横系梁2时，相较于加固前桥固定墩墩底控制截面纵横向抗弯承载能力分别提升29.3％和44.8％，由此可知在加固前由于双幅连续梁桥1的两幅桥体互相独立抵抗地震作用，而通过体外横系梁2加固后形成一个整体，提高了双幅连续梁桥1横向刚度，使得横向抗震性能提升较大。并且由附图3中抗弯承载能力变化趋势可知，随着体外横系梁2厚度的增加，固定墩墩底控制截面处抗弯承载能力越强，但改善效果呈现下降的趋势。因此综合上述，通过设置体外横系梁2能够提高桥梁整体抗震性能，但并不需要设置很厚的体外横系梁2，避免增加施工难度。 [0038] 基于上述模型分析，得出最佳体外横系梁2的设计厚度后，进行体外横系梁2的施工，参照图4，体外横系梁2施工包括以下施工步骤：S1：预制体外横系梁2，在体外横系梁2内预留多个贯穿体外横系梁2的预应力钢束通道21。 [0039] S2：吊装体外横系梁2至两幅主梁11之间，具体的，通过卷扬机布置在桥面合适位置，现场吊装体外横系梁2，体外横系梁2吊装至设计位置后，体外横系梁2两端与两幅主梁11外壁之间均存在现浇接缝段3，现浇接缝段3的厚度为500mm～600mm。体外横系梁2吊装完成后，利用高性能混凝土浇筑现浇接缝段3。现浇接缝段3浇筑包括：采用风动机对体外横系梁2两端面和主梁11外壁凿毛、将表面的水泥砂浆和松弱层凿除干净、露出新鲜石子、对体外横系梁2和主梁11的结合面表面进行高压清洗、浇筑高性能混凝土。 [0040] S3：在主梁11上钻取多个连接通道111，多个连接通道111分别一一对应与多个预应力钢束通道21连通。施工人员从内部通道112的内壁向主梁11外钻取连接通道111，在连接通道111钻取之前，首先利用钢筋探测仪探明主梁11与体外横系梁2连接处的钢筋、既有预应力束情况，然后利用小口径取芯机或风镐钻取连接通道111，实现多个连接通道111和多个预应力钢束通道21的精准对接。 [0041] S4：在连接通道111和预应力钢束通道21内穿入钢绞线和金属波纹管，钢绞线两端分别从箱型主梁11的内部通道112的倒角处穿出。施工时，能够在两幅主梁11的内部通道112内同时向多个连接通道111和预应力钢束通道21内穿入钢绞线和金属波纹管，以提高施工效率。在安装钢绞线和金属波纹管时，需提前准备好张拉设备和注浆材料。 [0042] S5：在每个连接通道111和预应力钢束通道21内的钢绞线和金属波纹管安装完成后，利用张拉设备对钢绞线的两端同步进行张拉，直至向钢绞线施加设计强度的预应力。 [0043] S6：钢绞线预应力张拉完毕后，采用真空压浆技术对金属波纹管内孔隙进行填充，在压浆前通过真空泵将金属波纹管内的空气全部抽尽，然后将水泥、压浆料按照配比拌合形成的浆液压注至金属波纹管内，使钢绞线处于碱性的保护环境中，保护钢绞线不受腐蚀，同时起到一定的应力发散的作用。金属波纹管管道内浆体应该充盈、密实。如果金属波纹管管道压浆不饱满、不密实，对钢绞线的保护作用会减弱，可能会造成钢绞线锈蚀，影响整体使用寿命和结构性能。 [0044] S7：体外横系梁2通过钢绞线和金属波纹管形成的横向预应力钢束与原有结构形成整体，外层美化处理，提高结构物观感，体外横系梁2与双幅桥梁形成整体受力。 [0045] 本申请实施例一种双幅连续梁桥结构的加固方法的实施原理为：通过在现有服役期间的双幅连续梁桥1的每跨跨中增加体外横系梁2，能够改变双幅连续梁桥1的整体结构受力形式，提高双幅连续梁桥1的承载力。且本申请加固方法施工工艺简单，施工工期短，施工期间对双幅连续梁桥1的使用通行影响也较小，相较于其他的加固方式，施工成本更低。 [0046] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。 |
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