钢拱桥吊杆更换用的工具吊杆装置及其更换方法

摘要

本发明公开了一种钢拱桥吊杆更换用的工具吊杆装置，包括对称设置在吊杆两侧的限位装置、钢丝绳、中间转换装置和钢绞线，以及固定在吊杆横梁下方的兜吊装置，限位装置包括安装在拱圈顶部弧面上的水平限位装置和安装在拱圈两侧的竖向限位装置，水平限位装置与拱圈顶面之间铺设有橡胶垫块，钢丝绳环绕在拱圈上，并通过限位装置固定，钢丝绳的两端与中间转换装置连接，中间转换装置的另一端与钢绞线的上端连接，钢绞线的下端与兜吊装置连接，兜吊装置的底部设置有张拉钢绞线的千斤顶。本发明公开了上述工具吊杆装置用于钢拱桥吊杆更换的方法。本发明适应性好，结构简单，操作方便，节省空间，安全可靠、经济性好及运用前景好。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程，具体地指一种钢拱桥吊杆更换用的工具吊杆装 置及其更换方法。

背景技术

随着经济社会的发展，钢拱桥，包括钢管混凝土拱桥的建设越来越多 ，对钢拱桥吊杆的维护是桥梁运营管养的重要事项。一般来说，现有 桥梁规范要求桥梁的设计使用寿命不少于100年，而吊杆的使用寿命通 常不足20年，也就是说，吊杆钢拱桥要达到设计要求，在正常使用维 护过程中至少需要更换吊杆4次。我国拥有成千上万的钢拱桥，这些桥 梁吊杆更换数量多，施工任务非常艰巨。

早些年设计的钢拱桥桥面系多为简支悬吊结构，任何一处吊杆出现异 常均可能引起重大的质量安全事故，因此，在吊杆的更换过程中，吊 杆更换用的工具吊杆装置的设计和使用安全至关重要。

目前，我国已实施了多座钢拱桥吊杆更换的工程实例，也初步形成了 以下常用的四种吊杆更换用的工具吊杆装置实施方法，这四种方法各 有利弊和适应范围。

方法一：在桥面设置贝雷架，贝雷梁上设置张拉装置，并在桥面系横 梁下设置兜吊装置，通过精轧螺纹钢连接张拉装置和兜吊装置，在拱 顶或横梁底通过千斤顶张拉精轧螺纹钢，将吊杆力转换到相邻的吊杆 承担，该种工具吊杆装置施工简单，但需要占用较大的桥面施工空间 ，并且较难控制桥面的变形。

方法二：在拱肋上对称于吊杆焊接2处找平装置，找平装置上设置2根 悬臂梁，并在桥面系横梁下对称于吊杆设置2处兜吊装置，通过精轧螺 纹钢或钢绞线连接悬臂梁和兜吊装置，在拱顶或横梁底 通过千斤顶张拉精轧螺纹钢或钢绞线，将吊杆力转换到临时工具吊杆 装置上，该种工具吊杆装置能较好地实现力的等效替换，但找平装置 设置和拆除复杂，需采用4套同步张拉装置，并需占用一定的桥面行车 空间。

方法三：在拱肋上对称吊杆开2个临时孔，临时孔上设置找平装置和锚 板，并在桥面系横梁下对称于吊杆设置1处兜吊装置，通过精轧螺纹钢 或钢绞线连接锚板和兜吊装置，在拱顶或横梁底通过千斤顶张拉精轧 螺纹钢或钢绞线，将吊杆力转换到临时工具吊杆装置上，该种工具吊 杆装置能较好地实现力的等效替换，但拱肋钻孔难度大，并消弱拱肋 截面，降低了拱肋的承载力。

方法四：在拱肋上对称吊杆设置钢丝绳，钢丝绳直接捆住桥面系横梁 ，通过卷扬机牵引钢丝绳滑车，将吊杆力转换到临时工具吊杆装置上 ，该种工具吊杆装置实现难度不大，但无法较好地实现力的等效替换 ，桥面变形较难控制。

钢拱桥多为重要的城市或高等级公路的桥梁，一般吊杆更换时不能中 断交通，为确保动荷载情况下拱桥结构的安全，必须选择一种适应于 不中断交通情况下的工具吊杆装置。

单支钢管拱桥（钢管混凝土拱桥）以及哑铃型截面钢管拱桥（钢管混 凝土拱桥）的吊杆更换主要特点为，拱顶为圆弧形或椭圆形，拱顶较 难设置找平装置，实心拱圈钻孔难度很大，钻孔降低拱肋承载能力较 大，因此，不中断交通情况下，方法一、方法二、方法三不能使用； 而方法四较难保证结构安全和减少桥面变形，也不适应于桥面通行交 通的情况。为此，本发明结合方法三和方法四的优点，提出了一种既 能适应于通车情况，又能保证吊杆更换安全实施的工具吊杆装置及其 实施方法。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种钢拱桥工 具吊杆装置及其更换方法。

为实现上述目的，本发明所设计的钢拱桥吊杆更换用的工具吊杆装置 ，它包括对称设置在吊杆两侧的限位装置、钢丝绳、中间转换装置和 钢绞线，以及固定在吊杆横梁下方的兜吊装置，所述限位装置包括安 装在拱圈顶部弧面上的水平限位装置和安装在拱圈两侧的竖向限位装 置，所述水平限位装置与拱圈顶面之间铺设有橡胶垫块，所述钢丝绳 环绕在拱圈上，并通过限位装置固定，所述钢丝绳的两端与中间转换 装置连接，所述中间转换装置的另一端与钢绞线的上端连接，所述钢 绞线的下端与兜吊装置连接，所述兜吊装置的底部设置有张拉钢绞线 的千斤顶。

优选的，所述橡胶垫块的纵向宽度比水平限位装置的纵向宽度长20cm ，所述橡胶垫块的横向长度长于拱圈周长的一半。这样，可避免水平 限位装置的棱角损伤钢丝绳，防止可能脱空的拱圈钢管局部压屈服， 并且提高水平限位装置的抗下滑摩擦力，减少在张拉过程中的晃动， 提高稳定性。

优选的，所述设置在吊杆两侧的水平限位装置之间的纵水平投影距离 大于吊杆横梁的宽度，拱圈两侧竖向限位装置和拱圈顶面的水平限位 装置在竖向平面内成三角形布置。这样，钢丝绳被限位于该竖向平面 内，并在拱圈底部与正下方的中间转换装置连成整体，将工具吊杆装 置的上锚固点置于拱圈平面以内，不仅节省了空间，不占桥面系以上 的净空，不会对桥面交通造成安全隐患，而且对称设置的更换装置的 受力均匀，可保证吊杆更换等效替换。

上述方案中，所述水平限位装置为分槽式马鞍型结构，它包括几块用 于将钢丝绳分开的限位板，所述限位板通过圆弧板整体直立固定在拱 圈的顶部弧面上，相邻限位板之间沿拱圈弧面设置有马鞍型的找平块 ，所述找平块的顶部均与水平面平行。

或者，所述水平限位装置为整体式马鞍型结构，它包括沿拱圈弧面设 置的一块限位板和一整块马鞍型的找平板，所述限位板直立固定在拱 圈的顶部弧面上，所述限位板上设置多条加强筋，所述找平板和限位 板固定连接，所述找平板的顶部与水平面平行，所述找 平板和限位板与拱圈之间形成用于放置并固定钢丝绳的空间。这样， 钢丝绳通过水平限位装置找平、限位，单层并排安装。

上述方案中，所述竖向限位装置布置在拱圈的底层圆管侧面最大直径 的位置，所述竖向限位装置上设置有由双钢板形成的用于固定钢丝绳 的限位槽。这样，可避免极端情况下，钢丝绳受力后沿纵桥向晃动。

上述方案中，所述中间转换装置包括钢锚箱、设置在钢锚箱的两个吊 耳、设置在两个吊耳之间的销轴和用于放置工具钢丝绳的套环，所述 套环套在销轴上，所述销轴通过螺母和螺母垫片固定在吊耳上，所述 钢锚箱上设置有用于固定钢绞线的P锚板。

上述方案中，所述兜吊装置与吊杆横梁之间设置有5mm厚的橡胶垫板。 这样，可防止因横梁表面不平整导致局部受力过大而破坏。

上述工具吊杆装置用于钢拱桥吊杆更换的方法，包括以下步骤：

①在钢拱桥拱肋的拱圈顶面纵向对称于吊杆设置两处水平限位装置， 两处水平限位装置之间的纵水平投影距离大于吊杆横梁的宽度；

②在水平限位装置与拱圈顶面之间铺设橡胶垫块，所述橡胶垫块的纵 向宽度比水平限位装置的纵向宽度长20cm，所述橡胶垫块的横向长度 长于拱圈周长的一半；

③在钢拱桥拱肋的拱圈两侧面对称于吊杆设置竖向限位装置，两侧竖 向限位装置和拱圈顶面的水平限位装置在竖向平面内成三角形布置；

④在橡胶垫块上单层并排安装钢丝绳，钢丝绳通过竖向限位装置和水 平限位装置固定，钢丝绳通长缠绕拱圈2~4圈，保证钢丝绳圈的下部位 于拱圈底部1.0~2.0m，将钢丝绳两端通过正反绳卡交替卡紧对接；

⑤钢丝绳底部通过带套环的销轴连接到中间转换装置上；

⑥在中间转换装置底部的钢锚箱上安装钢绞线及其固定端锚具，在吊 杆穿入桥面的附近钻钢绞线的穿入孔，在吊杆横梁底部避开吊杆的锚 头安装兜吊装置；

⑦在兜吊装置上安装千斤顶，钢绞线通过桥面穿入孔，穿入兜吊装置 和千斤顶，先通过千斤顶张拉钢绞线逐级缓慢进行试张拉，试张拉荷 载为设计张拉荷载的1.05倍，查看工具吊杆装置各组件的连接安全性 以及工具吊杆装置的稳定持荷能力；

⑧旧吊杆拆除时，分级截断旧吊杆钢丝，同步分级张拉钢绞线，实现 旧吊杆索力向工具吊杆装置的等效转换，并确保每级张拉桥面标高变 化高差控制在10mm以内，旧吊杆切断后，锚固钢绞线，之后取出旧吊 杆；

⑨新吊杆安装时，新吊杆的固定端锚头在拱圈顶部锚固，新吊杆的张 拉端锚头连接张拉杆，张拉杆穿过吊杆横梁和穿心千斤顶，通过穿心 千斤顶分级张拉张拉杆，与钢绞线连接的一对千斤顶同步分级释放钢 绞线，实现钢绞线索力向新吊杆的等效转换，并确保每级张拉桥面标 高变化高差控制在10mm以内，新吊杆张拉到位后，通过下锚头螺母锚 固新吊杆；

⑩进行吊杆索力调整，使桥面标高整体达到设计线形后，拆除工具吊 杆装置，安装新吊杆上下锚头防护罩，并对钢管表面局部焊接的位置 进行修复处理。每根吊杆按以上①~⑩步骤进行，完成其他吊杆更换。

本发明的有益效果在于：

1、适应性好：适用于单肢钢管拱桥（钢管混凝土拱桥）以及哑铃型截 面钢管拱桥（钢管混凝土拱桥）的吊杆更换，也可在有其他拱圈保护 设施的情况下，用于其他拱桥吊杆更换。特别适应于不中断交通情况 下的拱桥吊杆更换工程。

2、结构简单：整套工具吊杆装置的结构构造简单，仅由钢丝绳、钢绞 线、钢板和型钢的加工件而成，可实现现场加工。

3、操作方便：①工具吊杆装置的安装和吊杆更换操作均可以 采用成熟的工艺。②最终张拉和锚固施工均转为了常规的钢绞线施工 ，可采用液压同步控制系统，轻松实现连续同步张拉锚固，减低了力 的转换操作难度。③单根吊杆更换只需2套工具吊杆装置即可，吊杆拆 除、安装的同步性较容易控制。④整套工具吊杆装置大型的构件，主 要部分均可人力直接安装。

4、节省空间：吊杆及工具吊杆装置的张拉端均在梁底实现，工具吊杆 装置均在拱圈平面范围以内，桥面以上车辆通行净空无超限设施，不 影响桥面交通通行。

5、安全可靠：①施工过程采用成熟工艺，工况稳定，控制指标明确， 施工方法风险小。②拱圈上面不需要开孔和设置较大的找平装置，相 对其他工具吊杆装置实现方法，保护拱圈结构和外观。③钢丝绳设计 安全系数不少于8.0，工具吊杆装置总体设计安全系数不少于2.0，保 证吊杆更换在通车情况下有较大安全储备。④工具吊杆装置设置在拱 圈平面以内，不会对桥面交通造成安全隐患。

6、经济性好，该装置主要由市场成形的产品组成，实现整套系统的难 度较小，工料机总成本较低。

7、运用前景好：解决了不中断交通情况下圆形钢管拱桥吊杆更换的技 术难题，实现了的吊杆拱桥吊杆更换的安全可控，是一项值得推广应 用的技术，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明钢拱桥吊杆更换用的工具吊杆装置的安装结构示意图。

图2为图1的侧视结构示意图。

图3为图1中水平限位装置为分槽式马鞍型结构的示意图。

图4为图3中的A-A的结构示意图。

图5为图1中水平限位装置为整体式马鞍型结构的示意图。

图6为图5中的A-A的结构示意图。

图7为图1中的中间转换装置的结构示意图。

图8为图7的侧视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

图1、2所示钢拱桥吊杆更换用的工具吊杆装置，它包括对称设置在吊 杆8两侧的限位装置2、钢丝绳3、中间转换装置4和钢绞线5，以及固定 在吊杆横梁7下方的兜吊装置6。兜吊装置6与吊杆横梁7之间设置有5m m厚的橡胶垫板11。

限位装置2包括安装在拱圈1顶部弧面上的水平限位装置2.1和安装在拱 圈1两侧的竖向限位装置2.2。设置在吊杆8两侧的水平限位装置2.1之 间的纵水平投影距离大于吊杆横梁7的宽度，拱圈1两侧竖向限位装置 2.2和拱圈1顶面的水平限位装置2.1在竖向平面内成三角形布置。竖向 限位装置2.2布置在拱圈1的底层圆管1.1侧面最大直径的位置，竖向限 位装置2.2上设置有由双钢板形成的用于固定钢丝绳3的限位槽。

水平限位装置2.1与拱圈1顶面之间铺设有橡胶垫块10。橡胶垫块10的 纵向宽度比水平限位装置2.1的纵向宽度长20cm，橡胶垫块10的横向长 度长于拱圈1周长的一半。

钢丝绳3环绕在拱圈1上，并通过限位装置2固定，钢丝绳3的两端与中 间转换装置4连接。中间转换装置4的另一端与钢绞线5的上端连接，钢 绞线5的下端与兜吊装置6连接，兜吊装置6的底部设置有张拉钢绞线5 的千斤顶9。

水平限位装置2.1可以是分槽式马鞍型结构，如图3和图4所示，它包括 五块用于将钢丝绳3分开的限位板2.1.1，限位板2.1.1通过圆弧板2.1 .3整体直立固定在拱圈1的顶部弧面上，相邻限位板2.1.1之间沿拱圈 1弧面设置有马鞍型的找平块2.1.2，找平块2.1.2的顶部均与水平面平 行。

水平限位装置2.1也可以是整体式马鞍型结构，如图5和图6所示，它包 括沿拱圈1弧面设置的一块限位板2.1.1和一整块马鞍型的找平板2.1. 4，限位板2.1.1直立固定在拱圈1的顶部弧面上，限位板2.1.1上设置 三条加强筋2.1.5，找平板2.1.4和限位板2.1.1 固定连接，找平板2.1.4的顶部与水平面平行，找平板2.1.4和限位板 2.1.1与拱圈1之间形成用于放置并固定钢丝绳3的空间。

如图7和如图8所示，中间转换装置4包括钢锚箱4.1、设置在钢锚箱4. 1的两个吊耳4.2、设置在两个吊耳4.2之间的销轴4.3和用于放置工具 钢丝绳3的套环4.4，套环4.4套在销轴4.3上，销轴4.3通过螺母和螺母 垫片固定在吊耳4.2上，钢锚箱4.1上设置有用于固定钢绞线5的P锚板 4.5。

钢丝绳3主要由市场成型的钢丝绳和绳卡组成，连接拱圈1和中间转换 装置4，钢丝绳3的两端采用楔形卡环正反连接。钢丝绳3的设计安全系 数不少于8.0，单边正反交替用绳卡对接数量不少于6个，相邻间距不 少于20cm，并设一个观察弯。绳卡位置连接段设置在拱圈1底部约1.5 ~3.0m。

钢绞线5主要由φ15.24mm的普通钢绞线（极限抗拉强度1860MPa）、固 定端P锚和张拉端夹片锚组成。钢绞线5的固定端P锚由锚垫板和挤压套 组成，钢绞线5的张拉端夹片锚由锚垫板、工作夹片及防松板组成。钢 绞线5的上端通过固定端P锚固定在钢锚箱4.1上，钢绞线5的下端通过 张拉端夹片锚锚固于梁底的兜吊装置6上。

上述工具吊杆装置用于钢拱桥吊杆更换的方法，包括以下步骤：

①在钢拱桥拱肋的拱圈1顶面纵向对称于吊杆8设置两处水平限位装置 2.1，两处水平限位装置2.1之间的纵水平投影距离大于吊杆横梁7的宽 度；

②在水平限位装置2.1与拱圈1顶面之间铺设橡胶垫块10，橡胶垫块10 的纵向宽度比水平限位装置2.1的纵向宽度长20cm，所述橡胶垫块10的 横向长度长于拱圈1周长的一半；

③在钢拱桥拱肋的拱圈1两侧面对称于吊杆8设置竖向限位装置2.2，两 侧竖向限位装置2.2和拱圈1顶面的水平限位装置2.1在 竖向平面内成三角形布置；

④在橡胶垫块10上单层并排安装钢丝绳3，钢丝绳3通过竖向限位装置 2.2和水平限位装置2.1固定，钢丝绳3通长缠绕拱圈2~4圈，保证钢丝 绳3圈的下部位于拱圈1底部1.0~2.0m，将钢丝绳3两端通过绳卡正反交 替卡紧对接；

⑤钢丝绳3底部通过带套环4.4的销轴4.3连接到中间转换装置4上；

⑥在中间转换装置4底部的钢锚箱4.1上安装钢绞线5及其固定端锚具， 在吊杆8穿入桥面的附近钻钢绞线5的穿入孔12，在吊杆横梁7底部避开 吊杆8的锚头安装兜吊装置6；

⑦在兜吊装置6上安装千斤顶9，钢绞线5通过桥面穿入孔，穿入兜吊装 置6和千斤顶9，先通过千斤顶9张拉钢绞线5逐级缓慢进行试张拉，试 张拉荷载为设计张拉荷载的1.05倍，查看工具吊杆装置各组件的连接 安全性以及工具吊杆装置的稳定持荷能力；

⑧旧吊杆拆除时，分级截断旧吊杆钢丝，同步分级张拉钢绞线5，实现 旧吊杆索力向工具吊杆装置的等效转换，并确保每级张拉桥面标高变 化高差控制在10mm以内，旧吊杆切断后，锚固钢绞线5，之后取出旧吊 杆；

⑨新吊杆安装时，新吊杆的固定端锚头在拱圈1顶部锚固，新吊杆的张 拉端锚头连接张拉杆13，张拉杆13穿过吊杆横梁7和穿心千斤顶14，通 过穿心千斤顶14分级张拉张拉杆13，与钢绞线5连接的一对千斤顶9同 步分级释放钢绞线5，实现钢绞线5索力向新吊杆的等效转换，并确保 每级张拉桥面标高变化高差控制在10mm以内，新吊杆张拉到位后，通 过下锚头螺母锚固新吊杆；

⑩进行吊杆索力调整，使桥面标高整体达到设计线形后，拆除工具吊 杆装置，安装新吊杆上下锚头防护罩，并对钢管表面局部焊接的位置 进行修复处理。每根吊杆按以上①~⑩步骤进行，完成其他吊杆更换。