一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，屬于施工方法領(lǐng)域。本發(fā)明包括：1)拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橋面板端頭的混凝土直至橫梁上表面，空心板最外側(cè)邊腹板不鑿除，使橫梁上方兩排空心板之間形成一個連通的凹槽；2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面進行植筋，并植筋一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接；3)向所述的凹槽以及橋面板頂部與橫梁之間填充滿高韌性復(fù)合材料；4)在最短吊桿的橫梁與拱肋間增設(shè)一條縱向的鋼梁和一條斜向的鋼梁，以限制橋面縱向與橫向位移；5)在橋面系中間設(shè)置伸縮縫。本發(fā)明可以防止短吊桿長期受到設(shè)計中沒有考慮在內(nèi)的彎剪力，使其不會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性積累損傷，且可以防止因單根吊桿斷裂導(dǎo)致的橋面結(jié)構(gòu)垮塌風險。
【專利說明】
一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于施工方法領(lǐng)域，具體涉及一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中下承式拱橋造型優(yōu)美，跨越能力大，在近幾十年得到較廣泛應(yīng)用。我國中下承式系桿拱橋的建設(shè)起步較晚，現(xiàn)階段這些橋梁吊桿、系桿以及其他方面的的病害開始逐漸暴露，對系桿拱橋存在的這些問題也開始重視，但是研究仍然相對滯后。系桿拱橋的主要病害主要集中在拱肋、吊桿、錨具、系梁、橫梁等結(jié)構(gòu)上。
[0003]橋面漂浮系桿拱橋中吊桿的危害尤為突出。由于此類橋梁由于系梁均支撐在橫梁上，而每根橫梁是靠兩根吊桿吊著，一旦一根吊桿斷裂或錨具松脫，那么橫梁和支撐在其上的系梁以及橋面就會在瞬間一同掉落。因吊桿耐久性、可靠性引發(fā)的問題日漸突出，已成為該類橋梁不可忽視的普遍問題。例如2001年11月7日小南門金沙江大橋短吊桿斷裂部分橋面垮塌事件、2011年4月12日314國道孔雀河大橋短吊桿斷裂部分橋面垮塌事件、2011年7月15日福建公館大橋短吊桿斷裂部分橋面垮塌事件等。
[0004]針對短吊桿的斷裂問題，現(xiàn)有技術(shù)中存在拱橋短吊桿縱向限位裝置，做法為在交接橫梁及與之相鄰的短吊桿橫梁之間的至少兩根連桿。該裝置能限制短吊桿發(fā)生縱向位移，消除疲勞破壞和應(yīng)力腐蝕對短吊桿的威脅，但該類橋梁還涉及第3?4根短吊桿斷裂和全橋縱向與橫向漂移問題，其只是定性分析短吊桿斷裂原因，并沒有從試驗角度剖析短吊桿斷裂深層原因，也就不能全面解決這類問題。當橋梁因汽車或風荷載耦合作用發(fā)生橫向漂移時，仍然會對導(dǎo)致短吊桿受到彎剪力。因此其僅能起到延緩作用，長此以往仍然會導(dǎo)致短吊桿斷裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對橋面漂浮系桿拱橋橋面系縱、橫向變形較大，吊桿(尤其短吊桿)鋼絲容易產(chǎn)生疲勞損傷的問題，提出一種能有效控制結(jié)構(gòu)變形、提高整體性的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，以解決吊桿在使用過程中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)積累損傷，影響使用壽命的問題。
[0006]下面介紹一下本發(fā)明的理論依據(jù):橋面漂浮系桿拱橋中，短吊桿不僅承受拉力(已在設(shè)計計算中考慮)，而且承受彎剪力(沒有在設(shè)計計算中考慮)，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)積累損傷，短吊桿鋼絲掃描未損傷和損傷的切片掃描試驗結(jié)果分別件圖1和圖2。對比后可以明顯看出，短吊桿鋼絲存在結(jié)構(gòu)積累損傷。該類橋型均為中下承式系桿拱橋，其橋面系屬于漂浮體系，如圖3所示，即采用吊桿系橫梁，橫梁上鋪設(shè)縱向橋面板的橋面結(jié)構(gòu)體系，并由單吊桿支撐，另外橋面系吊桿錨固端部銹蝕嚴重，兩者都會影響結(jié)構(gòu)使用壽命，一旦某一根吊桿發(fā)生失效，橋面結(jié)構(gòu)即成為可變體系，該吊桿相鄰兩跨的橋面板必然隨之墜落，從而導(dǎo)致一些中下承式系桿拱橋因吊桿突然斷裂而產(chǎn)生部分橋面垮塌。
[0007]本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下:
[0008]橋面漂浮系桿拱橋的改造方法包括:
[0009]I)拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橋面板端頭的混凝土直至橫梁上表面，空心板最外側(cè)邊腹板不鑿除，使橫梁上方兩排空心板之間形成一個連通的凹槽；
[0010]2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面進行植筋，且植筋一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接；
[0011]3)向所述的凹槽以及橋面板頂部與橫梁之間填充滿高韌性復(fù)合材料，將橋面板與橫梁粘合成一體；
[0012]4)在最短吊桿的橫梁與拱肋間增設(shè)一條縱向的鋼梁和一條斜向的鋼梁，兩條鋼梁、橫梁和拱肋之間形成三角形支撐結(jié)構(gòu)，以限制橋面縱向與橫向位移；
[0013]5)在橋面系中間設(shè)置伸縮縫。
[0014]上述改造方法中，I)?3)的作用是將橫梁上方的原有橋面板之間的混凝土用高韌性復(fù)合材料進行替代，將橋面縱向和橫向的橋面板均連成一個整體。同時橫梁也一并被粘結(jié)在橋面板上，最終使原有的橋面板和橫梁成為一個共同受力體，起到共同受力變形的作用。即使其中一條吊桿發(fā)生失效，橋面結(jié)構(gòu)也能在其他吊桿的作用下維持平衡體系，不會瞬間發(fā)生垮塌事故。而4)的作用則是對該共同受力體進行橫向和縱向的限位，使橋面板在因溫差熱脹冷縮或其他外力作用下伸縮變形時，不會帶動短吊桿移動，防止其長期受到彎剪力，而從出現(xiàn)結(jié)構(gòu)積累損傷。而由于橋面連成了一個移動受限的整體，因此需要適應(yīng)性地設(shè)置伸縮縫防止熱脹冷縮過程中出現(xiàn)損傷，適應(yīng)溫變效應(yīng)等結(jié)構(gòu)變形需求，。
[0015]作為優(yōu)選，所述的鋼梁的安裝方法為:在拱梁結(jié)合部位架設(shè)吊裝設(shè)備或在橋下搭設(shè)支架，通過錨栓將鋼板固定于橫梁側(cè)面，然后吊裝鋼梁一端焊接在該鋼板上；當拱肋為鋼結(jié)構(gòu)時，鋼梁的另一端直接焊接于拱肋上，當拱肋為混凝土結(jié)構(gòu)時，通過錨栓將鋼板固定于拱肋側(cè)面，再將鋼梁的另一端直接焊接于鋼板上。該方式能夠便捷地對限位鋼梁進行安裝，減少對原有結(jié)構(gòu)造成的影響。
[0016]作為優(yōu)選，所述的高韌性復(fù)合材料滿足如下要求:I)抗拉強度不小于30Mpa，抗壓強度不小于45Mpa;2)彈性模量為3000?4000Mpa;3)與混凝土界面之間的粘結(jié)強度不小于
2.5Mpa; 4)拌和后，凝固時間大于半小時。
[0017]在本發(fā)明中，高韌性復(fù)合材料所起的作用分為兩方面，一是提高不同空心板、橫梁之間的整體性結(jié)構(gòu)強度;二是將空心板與橫梁粘結(jié)為整體?；诖耍旅婢唧w解釋上述參數(shù)選擇的依據(jù):
[0018]I)抗拉強度不小于30Mpa、抗壓強度不小于45Mpa、彈性模量為3000?4000Mpa的原因是與結(jié)構(gòu)內(nèi)配置鋼材的相應(yīng)指標匹配，該參數(shù)下高韌性復(fù)合材料能夠與填縫、空心板等結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼材共同受力變形。
[0019]2)與混凝土界面之間的粘結(jié)強度不小于2.5Mpa的原因是:一般混凝土抗裂強度為2Mpa，因此，混凝土粘結(jié)強度應(yīng)不小于2Mpa，經(jīng)過試驗優(yōu)選不小于2.5Mpa，留有安全系數(shù)。當粘結(jié)材料滿足該要求時，不同空心板之間即使受到過高的載荷，鉸縫處的粘結(jié)也不會發(fā)生破壞，相反的破壞反而發(fā)生在空心板混凝土內(nèi)。因此，其大大提高了空心板之間的整體性。
[0020]3)拌和后，凝固時間大于半小時的原因是:考慮到施工工序的需要，拌合后的凝固時間不易過短，否則無法在澆筑過程中實現(xiàn)最佳粘結(jié)性能。
[0021]上述3個要求均是使空心板與橫梁形成整體的要件，施工過程中需要特別進行調(diào)整。
[0022]進一步的，所述的高韌性復(fù)合材料具體可以采用滿足上述3個要求的MPC復(fù)合材。
[0023]作為另一種優(yōu)選方式，所述的植筋施工滿足如下要求:1)采用帶肋鋼筋，鋼筋等級不低于HRB400;2)鋼筋直徑不小于20mm，間距不大于500mm; 3)加工成L形，上端勾住橋面板；4)植筋膠采用A級膠。上述參數(shù)要求的目的是將橫梁和空心板進一步進行聯(lián)結(jié)，加強整體性。
[0024]作為優(yōu)選，所述的鋼梁的要求:I)采用焊接H型鋼、熱乳工字鋼、熱乳H型鋼、圓鋼管或方鋼管；2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm; 3)采用Q345或Q235鋼;4)采用耐候鋼、碳素鋼或低合金高強度鋼。上述參數(shù)是為了滿足鋼梁的能夠?qū)崿F(xiàn)限位功能時的結(jié)構(gòu)受力要求。
[0025]進一步的，所述的鋼梁當采用碳素鋼或低合金高強度鋼時，應(yīng)在鋼梁外壁進行長效型防腐涂裝，否則容易導(dǎo)致其余部分銹蝕，影響鋼梁的剛度，最終導(dǎo)致橋梁加固性能衰減。O
[0026]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，通過高韌性復(fù)合材料替代混凝土，再在短吊桿橫梁處進行橫向和縱向的限位，防止短吊桿長期受到設(shè)計中沒有考慮在內(nèi)的彎剪力，使其不會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性積累損傷。而將橫梁和空心板通過MPC等材料粘結(jié)為一體，可進一步提高其受力整體性，防止因單根吊桿斷裂導(dǎo)致的橋面結(jié)構(gòu)垮塌風險。
【附圖說明】
[0027]圖1為短吊桿未損傷端的切片掃描照片；
[0028]圖2為短吊桿損傷端的切片掃描照片；
[0029]圖3為漂浮體系中承式拱橋立面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為圖3中A大樣的不意圖；
[0031]圖5為圖4中I_I#lj面不意圖；
[0032]圖6為橋面漂浮中承式系桿拱橋改造方案立面圖；
[0033]圖7為橋面板改造方案節(jié)點詳圖(尺寸單位:厘米)；
[0034]圖8為圖7中1-1剖面示意圖；
[0035]圖9為最短吊桿的橫梁與拱肋間增設(shè)限位鋼梁平面圖；
[0036]圖10為鋼梁安裝連接部大樣圖(尺寸單位:毫米)。
[0037]上述附圖中，部分圖由于對稱或者過長，采用簡化示意。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步闡述，以便更好的理解本發(fā)明。本【具體實施方式】中提供了一種較佳的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法。但下述各個技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應(yīng)組合。
[0039]如圖3和4所示，本實施例中的橋梁為中承式系桿拱橋，橋面系屬于漂浮體系。采用吊桿系橫梁，橫梁上鋪設(shè)縱向橋面板的橋面結(jié)構(gòu)體系，兩端通過吊桿進行承拉受力。在日常使用過程中，橋面板會因為溫度變化或其他原因?qū)е驴v向或橫向伸縮。由于吊桿在設(shè)計時沒有考慮彎剪力，因此在長期受力過程中會產(chǎn)生圖2所示的損傷。而左右兩端的短吊桿的長度最短，其受力最大，損傷最為嚴重，實際也是短吊桿最容易發(fā)生斷裂。另一方面，該橋梁還存在另一隱患，由于橋面系吊桿錨固端部為金屬結(jié)構(gòu)，在長期的日曬雨淋下，容易產(chǎn)生銹蝕。當該銹蝕擴展到影響結(jié)構(gòu)安全時，橋梁的垮塌風險便隨之產(chǎn)生。針對該橋梁，利用本發(fā)明的改造方法對其進行加固，具體包括以下步驟:
[0040]I)如圖5所示，橋面板上方原本依次設(shè)有1cm混凝土和1cm瀝青混凝土鋪裝。由于要進行加固，因此首先拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橫梁上方兩側(cè)橋面板端頭之間原本填充的混凝土，鑿除至橫梁上表面。空心板最外側(cè)邊腹板不鑿除，而上方的鋪裝需要略微多鑿除一部分面積，以便于施工。鑿除后，橫梁上方在兩排原本銜接的空心板之間形成形成一個連通的凹槽，該凹槽底部延伸至橫梁上表面。清理干凈凹槽中的雜物。
[0041]2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面，即該凹槽處進行植筋，且將植筋頂部彎曲，使一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接。植筋施工滿足如下要求:I)采用帶肋鋼筋，鋼筋等級不低于HRB400; 2)鋼筋直徑不小于20mm，間距不大于500mm; 3)加工成L形，上端勾住橋面板;4)植筋膠采用A級膠。
[0042]3)向所述的凹槽以填充滿高韌性復(fù)合材料，將橋面板與橫梁粘合成一體;同時，橋面板頂部與橫梁之間也會存在一定的縫隙，因此高韌性復(fù)合材料也會滲入縫隙中，將橫梁上表面與橋面板底面粘結(jié)呈一體。粘結(jié)夠的凹槽處結(jié)構(gòu)如圖7和8所示，橫向和縱向相鄰的橋面板均被連接成整體。
[0043]本實施例中，高韌性復(fù)合材料采用MPC復(fù)合材料，其性能滿足如下要求:I)抗拉強度不小于30Mpa，抗壓強度不小于45Mpa;2)彈性模量為3000?4000Mpa;3)與混凝土界面之間的粘結(jié)強度不小于2.5Mpa;4)拌和后，凝固時間大于半小時。高韌性復(fù)合材料也可采用滿足上述條件的其他材料，如環(huán)氧砂漿等。具體的性能參數(shù)可以根據(jù)實際施工進行微調(diào)。
[0044]4)如圖9所示，在最短吊桿所對應(yīng)的橫梁與拱肋間增設(shè)一條與橋梁延伸方向相同的鋼梁和一條與延伸方向相交的斜向鋼梁，兩條鋼梁、橫梁和拱肋之間形成三角形支撐結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以限制橋面縱向與橫向位移。為了滿足其結(jié)構(gòu)性能要求，鋼梁需要采如下參數(shù):1)采用焊接H型鋼、熱乳工字鋼、熱乳H型鋼、圓鋼管或方鋼管;2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm;3)采用Q345或Q235鋼;4)采用耐候鋼、碳素鋼或低合金高強度鋼，當采用碳素鋼或低合金高強度鋼時，應(yīng)在鋼梁外壁進行長效型防腐涂裝。
[0045]鋼梁兩端可分別按如下方法安裝。針對與橫梁相接一側(cè)，可在拱梁結(jié)合部位架設(shè)吊裝設(shè)備或在橋下搭設(shè)支架，通過錨栓將鋼板固定于橫梁側(cè)面，然后吊裝鋼梁一端焊接在該鋼板上，如圖10所示。而針對與拱肋連接一側(cè)，當拱肋為鋼結(jié)構(gòu)時，鋼梁的另一端直接焊接于拱肋的相應(yīng)位置上。當拱肋為混凝土結(jié)構(gòu)時，也可采用與橫梁端相同的施工方式，即通過錨栓將鋼板固定于拱肋側(cè)面，再將鋼梁的另一端直接焊接于鋼板上。
[0046]5)在橋面系的中間位置設(shè)置伸縮縫，然后對鑿除的橋面鋪裝進行重建。最終改造加固后的拱橋結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖中“O”表示采用MPC加固，“I I”表示設(shè)置伸縮縫
[0047]6)將橋面鋪裝、伸縮縫等加固部分養(yǎng)生24天。
[0048]7)完成后，橋梁正常通車運輸，并在后續(xù)過程進行監(jiān)測與反饋。上述方法能夠較好地協(xié)調(diào)橋梁的整體受力，降低橋梁兩端短吊桿受到的彎剪力，降低其垮塌風險。
[0049]上述實施例僅用于解釋說明本發(fā)明要求保護的內(nèi)容，但并不是用于限制本發(fā)明的要求保護的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明精神內(nèi)所做的改進和替換，均屬于保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，包括: 1)拆除拱橋橫梁處橋面鋪裝，鑿除橋面板端頭的混凝土直至橫梁上表面，空心板最外側(cè)邊腹板不鑿除，使橫梁上方兩排空心板之間形成一個連通的凹槽； 2)在混凝土鑿除處的橫梁頂面進行植筋，且植筋一端勾住橋面板，增強橋面板與橫梁的連接； 3)向所述的凹槽以及橋面板頂部與橫梁之間填充滿高韌性復(fù)合材料，將橋面板與橫梁粘合成一體； 4)在最短吊桿的橫梁與拱肋間增設(shè)一條縱向的鋼梁和一條斜向的鋼梁，兩條鋼梁、橫梁和拱肋之間形成三角形支撐結(jié)構(gòu)，以限制橋面縱向與橫向位移； 5 )在橋面系中間設(shè)置伸縮縫。2.如權(quán)利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的鋼梁的安裝方法為: 在拱梁結(jié)合部位架設(shè)吊裝設(shè)備或在橋下搭設(shè)支架，通過錨栓將鋼板固定于橫梁側(cè)面，然后吊裝鋼梁一端焊接在該鋼板上；當拱肋為鋼結(jié)構(gòu)時，鋼梁的另一端直接焊接于拱肋上，當拱肋為混凝土結(jié)構(gòu)時，通過錨栓將鋼板固定于拱肋側(cè)面，再將鋼梁的另一端直接焊接于鋼板上。3.如權(quán)利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的高韌性復(fù)合材料滿足如下要求:I)抗拉強度不小于30Mpa，抗壓強度不小于45Mpa; 2)彈性模量為3000?4000Mpa; 3)與混凝土界面之間的粘結(jié)強度不小于2.5Mpa ； 4)拌和后，凝固時間大于半小時。4.如權(quán)利要求3所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的高韌性復(fù)合材料采用MPC復(fù)合材料。5.如權(quán)利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的植筋施工滿足如下要求:I)采用帶肋鋼筋，鋼筋等級不低于HRB400;2)鋼筋直徑不小于20mm，間距不大于500mm; 3)加工成L形，上端勾住橋面板;4)植筋膠采用A級膠。6.如權(quán)利要求1所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的鋼梁的要求:1)采用焊接H型鋼、熱乳工字鋼、熱乳H型鋼、圓鋼管或方鋼管;2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm;3)采用Q345或Q235鋼;4)采用耐候鋼、碳素鋼或低合金高強度鋼。7.如權(quán)利要求6所述的橋面漂浮系桿拱橋的改造方法，其特征在于，所述的鋼梁當采用碳素鋼或低合金高強度鋼時，應(yīng)在鋼梁外壁進行長效型防腐涂裝。
【文檔編號】E01D22/00GK106087782SQ201610657975
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610657975.0, CN 106087782 A, CN 106087782A, CN 201610657975, CN-A-106087782, CN106087782 A, CN106087782A, CN201610657975, CN201610657975.0
【發(fā)明人】朱漢華, 陳孟沖, 李志勇
【申請人】寧波市交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司