一种基于锚喷混凝土的双曲拱主结构加固结构及方法 |
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| 申请号 | CN202410214429.4 | 申请日 | 2024-02-27 | 公开(公告)号 | CN117868008A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 孙航; 李曦; 杨祖涛; 李昱; 李岩; 罗亮; 袁欢; | ||||
| 摘要 | 一种基于锚喷 混凝土 的双曲拱主结构加固结构及方法，所述方法包含在拱圈中，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；在横系梁上固定抱箍；在横系梁和拱肋之间搭设梁格劲性骨架；在梁格劲性骨架顶面利用植入的 钢 筋搭设模板，从梁格劲性骨架底面喷筑锚喷混凝土，并包裹梁格劲性骨架和所述 钢筋 ，形成 现浇混凝土 板；待锚喷混凝土形成强度后，拆除模板，现浇混凝土板和拱肋、拱波板形成封闭的箱型截面，完成加固。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)和混凝土层(6)；抱箍(3)安装在横系梁(2)上，横系梁(2)和拱肋(1)围成的区域设置有横向和纵向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，横向和纵向布置的梁格劲性骨架(4)被混凝土层(6)包裹，横系梁(2)和拱肋(1)被植入的钢筋被混凝土层(6)包裹，混凝土层(6)和拱肋(1)、拱波板(7)形成封闭的箱型截面。 |
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| 说明书全文 | 一种基于锚喷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，且外观设计美观。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。这种方式无需使用拱架，节省了木材，加快了施工进度，且消耗的工料不多，因此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，提供一种基于锚喷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、梁格劲性骨架和混凝土层；抱箍安装在横系梁上，横系梁和拱肋围成的区域设置有横向和纵向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，横向和纵向布置的梁格劲性骨架被混凝土层包裹，横系梁和拱肋被植入的钢筋被混凝土层包裹，混凝土层和拱肋、拱波板形成封闭的箱型截面。 [0007] 一种基于锚喷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；为后期浇筑的锚喷混凝土和原有的拱肋及横梁混凝土形成有效联结提供基础； [0009] S2、在横系梁上固定抱箍，从而方便搭设后期梁格纵向劲性骨架； [0010] S3、在横系梁和拱肋之间搭设梁格劲性骨架，在抱箍上焊接梁格劲性骨架，在两个拱肋之间设置与抱箍上的梁格劲性骨架相固接的梁格劲性骨架； [0012] S5、待锚喷混凝土形成强度后，拆除模板，现浇混凝土板和拱肋、拱波板形成封闭的箱型截面，完成加固。现浇混凝土板和拱肋、拱波板形成封闭箱型截面，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。 [0013] 本发明相比现有技术的有益效果是： [0014] 1、通过在横梁上安装抱箍，然后架设梁格劲性骨架，可以为后续锚喷混凝土的附着提供有效支撑。 [0015] 2、梁格劲性骨架可以扮演钢筋的角色，在有效提升混凝土板结构强度、刚度和耐久性的同时，省去了绑扎钢筋的步骤，降低了施工难度。 [0016] 3、使用锚喷混凝土，可以省去下模板的搭设，直接在河面或地面进行混凝土浇筑作业，进一步降低施工难度，节约施工成本。 [0017] 4、使用锚喷混凝土板和拱肋以及拱波板形成封闭箱型截面大幅提升拱圈整体抗弯、抗扭特性，达到加固目的。 附图说明[0019] 图1为本发明一种基于锚喷混凝土的双曲拱主结构加固方法流程图； [0020] 图2为本发明实施例所适用的双曲拱拱圈结构示意图； [0021] 图3为实施例提供的实施步骤二、步骤三的结构示意图； [0022] 图4为实施例提供的实施步骤二的纵向剖面示意图； [0023] 图5为实施例提供的实施步骤三的结构示意图； [0024] 图6为实施例提供的实施步骤四的结构示意图； [0025] 图7为实施例提供的实施步骤五及其加固结构的横向剖面示意图。 [0026] 其中： [0027] 1、拱肋；2、横系梁；3、抱箍；4、梁格劲性骨架；5、模板；6、混凝土层；7、拱波板。 具体实施方式[0028] 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。 [0029] 如图7展示了一种双曲拱主结构加固结构，其包含抱箍3、梁格劲性骨架4和混凝土层6；抱箍3安装在横系梁2上，横系梁2和拱肋1围成的区域设置有横向和纵向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，横向和纵向布置的梁格劲性骨架4被混凝土层6包裹，横系梁2和拱肋1被植入的钢筋被混凝土层6包裹，混凝土层6和拱肋1、拱波板7形成封闭的箱型截面。 [0030] 本实施例提供一种基于锚喷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。 [0031] 如图1‑图7所示，该加固方法包括如下步骤： [0032] S1、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，为后续的锚喷混凝土浇筑提供稳固的基础。 [0033] 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。 [0034] S2、添加抱箍构造：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4的支撑点。每根横系梁2上的抱箍数量根据实际情况布置； [0035] S3、梁格劲性骨架的搭设：在抱箍3上焊接工字钢梁形成纵向布置的梁格劲性骨架4，梁格劲性骨架4的截面为工字型的钢质骨架，确保其线型方向与原有的拱肋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劲性骨架4，使其与纵向劲性骨架4以及横系梁2的形状和结构相匹配； [0036] 两个拱肋1之间的梁格劲性骨架4与横系梁2平行，与两个抱箍3连接的梁格劲性骨架4与拱肋1平行。 [0037] S4、模板和锚喷混凝土的施工：在梁格劲性骨架4的顶部铺设模板5，利用此前在拱肋1和横系梁2表面植入的钢筋固定模板5，确保其平整并与劲性骨架4顶面保持一定间隙，以利于锚喷混凝土的浇筑。模板5铺设成功后开始喷筑锚喷混凝土，确保混凝土层6均匀覆盖模板5表面，并对梁格劲性骨架4进行包裹。待锚喷混凝土达到足够强度后，继续下一步施工。 [0038] 本步骤施工中，混凝土层6在包裹梁格劲性骨架4的同时，混凝土层6的厚度小于横系梁2的厚度。 [0039] S5、模板拆除与封闭箱型截面的形成：当锚喷混凝土形成足够强度后，从拱波板7下的孔洞中向桥梁两端逐块撤除模板5。模板5完全撤出后，检查并确保现浇混凝土板与拱肋1、拱波板7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，显著增强了结构的抗压、抗弯和抗扭特性。 [0040] 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。 [0041] 所述的锚喷混凝土具有以下特点： [0042] (1)良好的粘结性：锚喷混凝土能够牢固地附着在混凝土表面或者岩石表面，形成坚固的结构。 [0043] (2)密贴性：喷层能够与模板密贴，能够与模板表面形成有效粘接，防止松动。 [0044] (3)及时性：喷射混凝土能及时支护，为工作面创造安全的工作空间。 [0045] (4)可分性：喷层可以多次喷射，先进行初步喷射以形成薄喷层，使喷层具有一定的柔性，再进行复喷以达到设计要求的厚度。 [0046] (5)适应性：它既可作为支护体，又可作为临时加固等补强措施；既可作为临时支护，又可作为永久支护或永久支护中的一次支护；既能承受静载荷，又能承受动载荷，故其适应性非常强。 [0047] 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： [0048] [0049] 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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