一种柱墩式桥梁防偏移装置及其防偏移方法

摘要

本发明公开了一种柱墩式桥梁防偏移装置，其特征在于，包括设置在梁体下表面沿宽度方向的左右两侧的两组梁体固定组件，梁体固定组件包括一块锚固底板，锚固底板沿梁体宽度方向设置并锚固连接在梁体上，锚固底板中具有一个沿梁体纵向竖直向下设置的位移跟进板，两个位移跟进板下方之间在左右方向上水平地设置有弹性构件，弹性构件以梁体下方的桥墩为安装支承基础并安装在一个固定在桥墩的抱箍上。还公开了一种采用了该装置的柱墩式桥梁防偏移方法。本发明具有结构简单，施工方便，能够很好地实现对桥梁梁体的横向约束，且能够释放约束应力，降低安全隐患的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及公路桥梁工程领域，尤其涉及一种柱墩式桥梁防偏移装置。

背景技术

目前，我国绝大部分在役中小型桥梁（尤其是曲线连续箱梁桥）在伸缩缝卡死、温度作用、静动载的偏心等作用下，其主梁均容易发生大幅度横向偏移，且偏移量随着时间的推移逐渐累加。这些发生梁体偏位的桥梁已经严重威胁着道路运营的安全，非常有必要对其进行针对性的维修和加固。同时对于桥梁偏移现象的研究，不仅要研究造成梁体偏移的原因和纠偏施工与监测过程的方法，还要想办法从根本上解决梁体偏移问题—即预防偏移的措施和纠偏后的防再偏措施的研究。

针对桥梁梁体防偏移措施的研究，目前国内常常使用的方法有三种，该三种方法及其存在的问题为：（1）使用定向支座进行横向约束的方法。该方法主要是在设计过程中，考虑到桥型特点容易引发偏位这一问题，将易偏位梁段的支座设计成双向或三向约束支座。这种方法的缺点在于初试阶段约束效果较好，但支座处梁体可能会发生较大的约束应力；后续阶段由于支座自身的锈蚀、变形、失效等问题导致约束失效，如不及时更换，可能对桥梁的安全使用造成隐患，而支座的更换施工很麻烦。（2）在梁体两侧设置刚性挡板的防偏移方法。该方法主要是在梁底或盖梁上植筋，通过植筋设置刚性挡板，靠刚性挡板的强行阻挡防止梁体发生偏移。上述方法主要存在以下不利因素：其一，防偏方式过于刚性，属于强行阻拦式的防偏，这不仅可能引起较大的梁体内应力，还可能造成梁体底部、墩顶或盖梁顶的损坏；其二，这种方式强度较低，一般仅适用于地震动峰值加速度(Ag≤0.15g)地区。（3）在梁体两侧设置半刚性挡板的防偏移方法。该方法的原理同上述方法2，不同之处就是在方法2的基础上，在刚性挡板和阻挡物（梁体或墩顶）中间填塞弹性填充物实现碰撞或挤压瞬间的过渡。上述方法虽然在一定程度上减小了桥梁构造部分的损害，但与方法2存在同样的问题，即一般仅适用于地震动峰值加速度(Ag≤0.15g)地区。

故如何设计一种能够更好地实现对桥梁梁体的横向约束，且能够释放约束应力，降低安全隐患的桥梁防偏移技术，成为有待考虑解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：怎样提供一种专用于柱墩式桥梁，结构简单，施工方便，能够很好地实现对桥梁梁体的横向约束，且能够释放约束应力，降低安全隐患的柱墩式桥梁防偏移装置。使其能有效防止偏移发生，又能将防偏移过程中对结构构造物伤害降小，且还可以在以后的桥梁偏移检测中有效降低检测难度，提高检测精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案。本申请中涉及方向描述主要以梁体为方向描述基础，梁体横向为宽度方向即左右方向，梁体纵向为其长度方向即前后方向。

一种柱墩式桥梁防偏移装置，其特征在于，包括设置在梁体下表面沿宽度方向的左右两侧的两组梁体固定组件，梁体固定组件包括一块锚固底板，锚固底板沿梁体宽度方向设置并锚固连接在梁体上，锚固底板中具有一个沿梁体纵向竖直向下设置的位移跟进板，两个位移跟进板下方之间在左右方向上水平地设置有弹性构件，弹性构件以梁体下方的桥墩为安装支承基础并安装在一个固定在桥墩的抱箍上。

这样，锚固底板和梁体锚固为一体，可以将梁体左右方向上的偏移应力集中传递到位移跟进板，再依靠弹性构件释放应力并将偏移应力传递到梁体下方的支承构件上，故可以较好地实现对桥梁梁体的横向约束，释放约束应力，使其能有效防止偏移发生，又能将防偏移过程中对结构构造物伤害降小。

作为优化，所述梁体固定组件中，锚固底板采用化学螺栓锚固。这样，采用化学螺栓锚固不会产生安装应力，提高锚固强度和可靠性，且既方便在桥梁施工时设置也可以在后期维护时设置。作为优化，化学螺栓为多个且呈等距的阵列排布，提高锚固效果。

作为优化，所述梁体固定组件还包括设置在位移跟进板前后两侧的两块位移跟进方向加劲侧板，位移跟进方向加劲侧板上表面和锚固底板下表面贴合并固定为一体，位移跟进方向加劲侧板内侧面和位移跟进板前后端面贴合并固定为一体。这样，位移跟进方向加劲侧板使得位移跟进板能够和锚固底板结合为一体，使得整个锚固底板在横向上的位移能够完整地传递反馈到位移跟进板上，提高整体性和一致性。

作为优化，两块位移跟进方向加劲侧板到各自对应的锚固底板前后侧侧边之间留有小于两块位移跟进方向加劲侧板间距的一段距离，该段距离的锚固底板上还设置有纵向加劲板，纵向加劲板为沿梁体纵向设置的多块且沿梁体横向间隔排布，纵向加劲板上表面和锚固底板下表面贴合并固定为一体，纵向加劲板内侧端面和对应的位移跟进方向加劲侧板外侧面贴合并固定为一体。这样可以进一步加强梁体固定组件的整体性，使得整个锚固底板在横向上的位移能够完整地传递反馈到位移跟进板上。作为优化，锚固底板、位移跟进板、位移跟进方向加劲侧板以及纵向加劲板均为不锈钢钢板制得且相互焊接固定为一体。这样提高整体刚性且方便施工。作为优化，位移跟进方向加劲侧板为尖端向下的三角形且尖端处位于和位移跟进板连接位置，纵向加劲板下端不超出位移跟进方向加劲侧板下表面；这样，梁体固定组件承力最集中的地方强度最高，并以此向外逐渐降低，使得各处刚度大小和所承受应力大小能够更好地匹配，故在保证梁体固定组件具有足够的刚度和整体性以承受应力的前提下最大程度减少了耗材。

作为优化，桥墩和位移跟进板之间设置有桥墩限位导向组件，所述桥墩限位导向组件，包括一个环形的抱箍，抱箍安装固定到桥墩上部靠近梁体位置，抱箍左右两侧各自固定设置有一个横向外延伸的位移导向杆，上端连接在梁体上的位移跟进板下端部具有一个沿左右方向贯通的导向孔，位移导向杆可水平滑动地配合在导向孔内，位移跟进板的左右两侧各设置有一个套接在位移导向杆上的限位缓冲弹簧，限位缓冲弹簧两端分别抵接在位移跟进板和位移导向杆端部的固定挡板上。

这样，适用于桥梁梁体下部无盖梁的桥墩支撑式桥梁，能够以桥墩为基础构件实现支撑固定，靠位移导向杆实现梁体偏移在水平方向的导向，同时能够实现位移跟进板在左右两个方向上的缓冲限位减震，靠弹簧弹力防止梁体水平偏移，并释放梁体偏移应力到桥墩上，避免梁体上应力集中导致梁体崩坏，极大地提高了梁体安全性。

进一步地，抱箍为钢抱箍，且抱箍开口处通过高强螺栓连接安装固定到桥墩上。这样，提高抱箍和桥墩结合的可靠性，保证应力能够顺利传递到桥墩。

进一步地，固定挡板背离限位缓冲弹簧的外侧的位移导向杆上还固定设置有端部加劲板，端部加劲板为沿位移导向杆周向布置的多块且沿位移导向杆长度方向设置。这样，可以更好地确保固定挡板的承力强度保证应力的传递稳定可靠。进一步地，固定挡板和端部加劲板均为不锈钢材料制得，能够更好地保证强度且方便焊接固定为一体。

进一步地，位移导向杆为方钢，导向孔为对应的方形孔，这样方钢能够保证强度，且截面呈矩形能够避免旋转，更好地保证导向孔对位移导向杆的水平导向的功能。进一步地，位移跟进板和限位缓冲弹簧端部之间还设置有套接安装在位移导向杆上的方形钢垫片，以更好地方便限位缓冲弹簧传力。

进一步地，限位缓冲弹簧为GB4361油淬火回火硅锰弹簧/60Si2MnA，C类或B类，簧圈直径5~14cm，剪切模量G为79000MPa；可以确保缓冲减震应力传递的使用效果。

再进一步地，锚固底板上还固定设置有刻度标尺，刻度标尺长度方向沿梁体左右方向设置；可以方便更好地读出梁体偏移位移读数。

本发明还公开了一种柱墩式桥梁防偏移方法，其特点在于采用了如上所述的柱墩式桥梁防偏移装置得到，在桥梁施工时即安装所述柱墩式桥梁防偏移装置以防止桥梁偏移。

进一步地，将所述柱墩式桥梁防偏移装置安装设置于桥梁梁体弯曲部分，安装后定期监视检测刻度标尺偏移量，如果偏移量小于2cm，对桥梁进行日常维护即可，如果偏移量为大于等于2cm且小于5cm，应对桥梁进行加固维修，如果偏移量为大于等于5cm且小于10cm，应立即对桥梁进行加固维修，如果偏移量大于等于10cm，应立即封闭交通，然后对桥梁进行加固维修。

上述数据为经分析和模型模拟得到，能够更加有效地保证桥梁维修及时，防止梁体偏移过大，超出装置所能够纠正的范围后造成的危险。

综上所述。本发明既能有效防止曲线梁桥梁体偏移的发生，又能将防偏移过程中对相关构造物的伤害降低，且还可以在以后的桥梁偏移检测中有效降低检测难度，提高检测精度，具有结构简单，施工方便，能够很好地实现对桥梁梁体（尤其是曲线连续梁梁体）的横向约束，且能够释放约束应力，降低安全隐患的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1中单独梁体固定组件的侧视图。

图3为图1中单独梁体固定组件的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例：参见图1-3，一种柱墩式桥梁防偏移装置，包括设置在梁体下表面沿宽度方向的左右两侧的两组梁体固定组件，梁体固定组件包括一块锚固底板1，锚固底板1沿梁体宽度方向设置并锚固连接在梁体上，锚固底板1中具有一个沿梁体纵向竖直向下设置的位移跟进板2，两个位移跟进板2下方之间在左右方向上水平地设置有弹性构件，弹性构件以梁体下方的支承构件为安装支承基础。本实施例中支承构件为桥墩3。

这样，锚固底板和梁体锚固为一体，可以将梁体左右方向上的偏移应力集中传递到位移跟进板，再依靠弹性构件释放应力并将偏移应力传递到梁体下方的支承构件上，故可以较好地实现对桥梁梁体的横向约束，释放约束应力，使其能有效防止偏移发生，又能将防偏移过程中对结构构造物伤害降小。

其中，所述梁体固定组件中，锚固底板1采用化学螺栓4锚固。这样，采用化学螺栓锚固不会产生安装应力，提高锚固强度和可靠性，且既方便在桥梁施工时设置也可以在后期维护时设置。作为优化，化学螺栓为多个且呈等距的阵列排布，提高锚固效果。

其中，所述梁体固定组件还包括设置在位移跟进板前后两侧的两块位移跟进方向加劲侧板5，位移跟进方向加劲侧板5上表面和锚固底板1下表面贴合并固定为一体，位移跟进方向加劲侧板5内侧面和位移跟进板2前后端面贴合并固定为一体。这样，位移跟进方向加劲侧板5使得位移跟进板2能够和锚固底板1结合为一体，使得整个锚固底板在横向上的位移能够完整地传递反馈到位移跟进板上，提高整体性和一致性。

其中，两块位移跟进方向加劲侧板5到各自对应的锚固底板1前后侧侧边之间留有小于两块位移跟进方向加劲侧板5间距的一段距离，该段距离的锚固底板1上还设置有纵向加劲板6，纵向加劲板6为沿梁体纵向设置的多块且沿梁体横向间隔排布，纵向加劲板6上表面和锚固底板1下表面贴合并固定为一体，纵向加劲板6内侧端面和对应的位移跟进方向加劲侧板5外侧面贴合并固定为一体。这样可以进一步加强梁体固定组件的整体性，使得整个锚固底板在横向上的位移能够完整地传递反馈到位移跟进板上。

本实施例中，锚固底板1、位移跟进板2、位移跟进方向加劲侧板5以及纵向加劲板6均为不锈钢钢板制得且相互焊接固定为一体。这样提高整体刚性且方便施工，优选采用10mm厚的普碳钢沸腾钢板/GB3274-88保证强度。其中，位移跟进方向加劲侧板5为尖端向下的三角形且尖端处位于和位移跟进板连接位置，纵向加劲板6下端不超出位移跟进方向加劲侧板下表面；这样，梁体固定组件承力最集中的地方强度最高，并以此向外逐渐降低，使得各处刚度大小和所承受应力大小能够更好地匹配，故在保证梁体固定组件具有足够的刚度和整体性以承受应力的前提下最大程度减少了耗材。

其中，梁体下方的支承构件桥墩和位移跟进板之间设置有桥墩限位导向组件，所述桥墩限位导向组件，包括一个环形的抱箍7，抱箍7安装固定到桥墩3上部靠近梁体位置，抱箍左右两侧各自固定设置有一个横向外延伸的位移导向杆8，上端连接在梁体上的位移跟进板2下端部具有一个沿左右方向贯通的导向孔，位移导向杆8可水平滑动地配合在导向孔内，位移跟进板2的左右两侧各设置有一个套接在位移导向杆8上的限位缓冲弹簧9，限位缓冲弹簧9两端分别抵接在位移跟进板2和位移导向杆8端部的固定挡板10上。位于位移跟进板内侧的限位缓冲弹簧构成所述弹性构件。

这样，适用于桥梁梁体下部无盖梁的桥墩支撑式桥梁，能够以桥墩为基础构件实现支撑固定，靠位移导向杆实现梁体偏移在水平方向的导向，同时能够实现位移跟进板在左右两个方向上的缓冲限位减震，靠弹簧弹力防止梁体水平偏移，并释放梁体偏移应力到桥墩上，避免梁体上应力集中导致梁体崩坏，极大地提高了梁体安全性。

其中，抱箍7为钢抱箍，且抱箍开口处通过高强螺栓11连接安装固定到桥墩3上。这样，提高抱箍和桥墩结合的可靠性，保证应力能够顺利传递到桥墩。

其中，固定挡板10背离限位缓冲弹簧的外侧的位移导向杆上还固定设置有端部加劲板12，端部加劲板12为沿位移导向杆8周向布置的多块且沿位移导向杆长度方向设置。这样，可以更好地确保固定挡板的承力强度保证应力的传递稳定可靠。进一步地，固定挡板10和端部加劲板12均为不锈钢材料制得，能够更好地保证强度且方便焊接固定为一体。

本实施例中，位移导向杆8为方钢，导向孔为对应的方形孔，这样方钢能够保证强度，且截面呈矩形能够避免旋转，更好地保证导向孔对位移导向杆的水平导向的功能。进一步地，位移跟进板和限位缓冲弹簧9端部之间还设置有套接安装在位移导向杆上的方形钢垫片13，以更好地方便限位缓冲弹簧传力。

其中，限位缓冲弹簧为GB4361油淬火回火硅锰弹簧/60Si2MnA，C类或B类，簧圈直径5~14cm，剪切模量G为79000MPa；可以确保缓冲减震应力传递的使用效果。

其中，锚固底板上还固定设置有刻度标尺14，刻度标尺14长度方向沿梁体左右方向设置；可以方便更好地读出梁体偏移位移读数，主要用于量取横向爬移量，方便日后检测过程中偏位的读数，同时还能起到一定的危险预警作用。实施时，宽度标尺的刻度总长为40cm，其中左偏移和右偏移的最大量程均为20cm。

本发明还公开了一种柱墩式桥梁防偏移方法，其特点在于采用了如上所述的柱墩式桥梁防偏移装置得到。进一步地，将所述柱墩式桥梁防偏移装置安装设置于桥梁梁体弯曲部分，安装后定期监视检测刻度标尺偏移量，如果偏移量小于2cm，对桥梁进行日常维护即可，如果偏移量为大于等于2cm且小于5cm，应对桥梁进行加固维修，如果偏移量为大于等于5cm且小于10cm，应立即对桥梁进行加固维修，如果偏移量大于等于10cm，应立即封闭交通，然后对桥梁进行加固维修。上述数据为经分析和模型模拟得到，能够更加有效地保证桥梁维修及时，防止梁体偏移过大，超出装置所能够纠正的范围后造成的危险。