一种桥梁结构加固模具及加固方法

摘要

本发明公开了一种桥梁结构加固模具及加固方法，桥梁结构加固模具包括U型模壳、顶板、充气垫和充气泵，U型模壳内的底板上布设数个充气垫，每个充气垫通过气管与充气泵连接，顶板置于充气垫上，U型模壳的底板设有若干充气气管通孔，U型模壳开口周边设有一组螺栓安装孔，通过高强螺栓将U型模壳固定在待加固桥梁结构的底面。桥梁结构加固方法为先在待加固桥梁结构的底面固定安装一条或均匀分布的多条预应力纤维板，然后用上述桥梁结构加固模具铺装覆盖预应力纤维板的加固混凝土。本发明将预应力加固技术与增大截面加固技术相结合，可充分发挥两者的优势，对于桥梁结构的刚度和承载力提高效果明显。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑桥梁加固技术领域，具体说是一种桥梁结构加固模具及加固方法。

背景技术

桥梁结构随着使用时间的增长普遍会出现挠度增大，承载力、刚度下降等问题，且由于不同程度存在的工程质量问题或遭受自然灾害的影响而需要采取补强加固等措施。传统的加固方法主要有：加大截面法、外包钢加固法、外部粘钢加固法、粘贴纤维片材加固法、预应力加固法、增设支点加固法、裂缝修补法以及喷射混凝土加固法等。传统加固方法基本能够解决常见的加固问题，但也存在一些问题。加大截面加固法能够有效提高结构刚度和承载力，但其属于一种被动加固方式，结构自重增加较大；外包钢加固法以及外部粘钢加固法施工工序较为繁琐，成本高，维护费用高，抗腐蚀性能差，不防火，破坏往往是粘结破坏，不仅钢材的强度不能得到充分的发挥，而且设计人员对于承载力的估算困难；纤维片材自重轻、抗拉强度高，抗腐蚀性能强，施工方便，但对结构刚度的提高不明显，对已开裂结构的加固效果不明显，对承载力的提高也较为有限；预应力加固法对结构承载力的提高较为明显，对结构刚度的提高相对较小；增设支点加固法可以减小结构跨径，有效提高结构的刚度和承载力，但要改变结构的受力体系，施工困难，尤其是对于桥梁结构，增设支点加固法难以实现；裂缝修补法对于建筑物的安全性能和使用年限的耐久性有一定程度的提高作用，但对于结构刚度和承载力的提高意义不大；喷射混凝土加固法施工困难，质量难以保证，增加混凝土厚度有限，对于结构刚度与承载力的提高作用不明显。由此可见，目前传统的加固方法都不同程度存在着固有缺陷，且现有桥梁结构的加固问题往往涉及到多个方面，单一的加固方法难以满足桥梁结构维护、刚度及承载力提高的综合性能要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种桥梁结构加固模具。

本发明的另一目的是提供了一种采用预应力和增大截面相结合提高桥梁结构刚度和承载力的桥梁结构加固方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种桥梁结构加固模具，该加固模具包括U型模壳、顶板、充气垫和充气泵，所述U型模壳内的底板上布设数个所述充气垫，每个充气垫通过气管与所述充气泵连接，所述顶板置于所述充气垫上，所述U型模壳的底板设有若干充气气管通孔，所述U型模壳开口周边设有一组螺栓安装孔，通过高强螺栓将所述U型模壳固定在待加固桥梁结构的底面。充气垫为长方形的充气垫，U型模壳内可设置1个或多个充气垫，每个充气垫设置一个充气口，多个充气垫可以共用一个充气泵。

本发明进一步的设计方案中，上述顶板上还设有加热片。当施工温度较低或要求新增混凝土快速固化时，通过开启在顶板上方设置的加热片，进行升高温度促使新增混凝土快速固化。

本发明进一步的设计方案中，上述顶板采用具有刚度大且易于从混凝土脱模的材质制成，例如：高硬度塑料、轻质铝合金或纤维增强复合材料等。

本发明进一步的设计方案中，上述U型模壳与待加固桥梁结构的底面的接触面之间设有橡胶垫，使梁底与U型模壳上边缘接触面结合紧密。

一种桥梁结构加固方法，该加固方法采用纤维板预应力加固与增大截面加固相结合进行提高待加固桥梁结构刚度和承载力。

本发明进一步的设计方案中，该方法为先在待加固桥梁结构的底面固定安装一条或均匀排布的多条预应力纤维板，然后用上述桥梁结构加固模具铺装覆盖预应力纤维板的加固混凝土。

本发明进一步的设计方案中，该方法的具体步骤如下：

1）对待加固桥梁结构底表面进行处理，除去碳化层、浮浆层并凿毛，对待粘贴纤维板的底表面部分进行修复和找平；对旧混凝土表面的处理是否恰当、有效，直接关系到新旧混凝土的粘结性能，应将旧混凝土的碳化层、浮浆层凿除，使旧混凝土露出坚实的表面，并具有一定粗糙度，随后对其进行除灰处理，对待粘贴纤维板部分进行修复和找平。

2）将纤维板固定端锚具和张拉端固定支座分别固定在桥梁结构底面的锚固端和张拉端，并进行养护。

3）将纤维板固定端固定在固定端锚具上，在纤维板上涂抹胶层厚度小于2cm结构胶，另一端与张拉端锚具夹头固定，对纤维板进行张拉，达到设定的预应力值时将张拉端锚具夹头固定在张拉端锚具支座上；对纤维板所施加预应力值不宜过大，在确保结构加固中总预应力的基础上实现锚固力分散化，降低纤维板在梁底锚固处的锚固力和应力集中，有利于锚固性能的有效保证，同时有利于减小纤维板预应力损失和松弛现象。

4）待预应力纤维板结构胶固化后，在预应力纤维板两边，在桥梁结构的底面上安装加固模具的所述U型模壳，纤维板处于所述U型模壳中间位置，对所述U型模壳覆盖的桥梁结构表面及纤维板表面进行表面处理。

5）从U型模壳的端部向其内部灌注混凝土材料，当灌注量达到设定值时，开启所述充气泵向充气垫内充气，使顶板托着混凝土上升并与旧混凝土材料接触。

6）待灌注的混凝土固化后，拆除所述加固模具。检查U型模壳、充气垫、顶板是否出现损坏、变形或损伤，如果没有，可重复使用。

本发明进一步的设计方案中，步骤4中对所述加固模具内的桥梁结构表面处理为喷涂界面剂或刷涂界面砂浆；对所述加固模具内纤维板表面进行表面处理的方法是在纤维板下表面刷涂界面胶。

本发明进一步的设计方案中，步骤5中所述混凝土可以采用普通混凝土或纤维混凝土或微膨胀混凝土等多种类型混凝土材料，应根据工程实际需要选择合适类型及配比。普通混凝土价格低廉、取料方便、施工技艺成熟，可用于对于梁底裂缝没有特殊要求的加固工程中；纤维混凝土具有超高韧性、优异的裂缝宽度控制能力、低渗透性、良好的耐久性等优异性能，应用于结构加固工程中可有效减少梁底裂缝；微膨胀混凝土是在混凝土中添加一定的膨胀剂，使混凝土在水化期间产生一定的膨胀，弥补混凝土的收缩，应用到本发明中，由于新增混凝土在固化前处于相对封闭的U型模壳内，微膨胀特性可进一步提高新增混凝土与旧混凝土之间的粘结性能。所述混凝土根据需要可配置一定量的钢筋，充分发挥钢筋抗拉强度高、弹性模量大的优点，同时可限制新增混凝土中裂缝的出现与发展，进一步提高桥梁结构的刚度和承载力。

本发明具有以下突出的有益效果：

1、本发明采用纤维板施加预应力，充分发挥纤维板自重轻、抗拉强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能，通过在梁底布置纤维板并施加预应力，可有效闭合梁底既有损伤，提高桥梁结构的刚度和承载力。

2、本发明所采用的纤维板宽度根据梁宽等因素确定，纤维板可以为一条，也可以为多条在梁底均匀分布，保证梁底受力均匀，每条纤维板上施加的预应力无需太大，保证纤维板锚固良好，有利于减小预应力损失和长期松弛现象；然而，整体的预应力程度可满足桥梁结构刚度和承载力的提高需求。

3、本发明所采用加固模具由U型模壳、顶板及充气垫组成，可在新增混凝土固化前提供支撑力，有效保障新增混凝土的密实度以及其与旧混凝土结构之间粘结力的形成，且施工方便，质量可控。

4、本发明将预应力加固技术与增大截面加固技术相结合，可充分发挥两者的优势，对纤维板施加预应力后，桥梁结构有一定程度的“上拱”效应，对桥梁结构底部混凝土裂缝有一定程度的闭合作用；在已经布置纤维板的梁底面再增设一定厚度的混凝土材料，增大了梁体截面高度，对于提高桥梁结构的刚度与承载力有重要意义。本发明对于桥梁结构的刚度和承载力提高效果明显，施工操作较方便，质量可控，可广泛用于各种桥梁结构加固改造工程中。

附图说明

图1是实施例中桥梁结构加固模具加固安装侧面剖视结构示意图。

图2是实施例中桥梁结构加固模具加固安装横截面剖视图。

图3是实施例中桥梁结构加固安装整体示意图。

图4是实施例中纤维板固定端锚具结构示意图。

图5是实施例中纤维板张拉端锚具示意图。

图中，1—桥梁结构；2—纤维板；3—充气垫；4—顶板；5—充气气管；6—充气泵；7—钢筋；8—U型模壳；9—高强螺栓；10—加固模具；11—固定端锚具；12—张拉端固定支座；13—固定端锚具下端板；14—固定端锚具上盖板；15—张拉端锚具夹头；16—张拉端锚具支座。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:

参见图1～图5，一种桥梁结构加固模具10，该加固模具10包括U型模壳8、顶板4、充气垫3和充气泵6，U型模壳8内的底板上布设数个充气垫3，每个充气垫3通过气管与充气泵6连接，顶板4采用具有刚度大且易于从混凝土脱模的材质制成，本实施例中采用了高硬度塑料，保证混凝土灌入后不产生大的变形；顶板4置于充气垫3上，U型模壳8的底板设有若干充气气管5通孔，顶板4上还设有加热片，U型模壳8开口周边设有一组螺栓安装孔，通过高强螺栓9将U型模壳8固定在待加固桥梁结构1的底面，U型模壳8与待加固桥梁结构1的底面的接触面之间设有橡胶垫。

一种桥梁结构加固方法，该加固方法采用纤维板预应力加固与增大截面加固相结合进行提高待加固桥梁结构刚度和承载力。先在待加固桥梁结构1的底面固定安装一条或均匀分布的多条预应力纤维板2，然后用上述桥梁结构加固模具10铺装覆盖预应力纤维板2的加固混凝土。具体步骤如下：

1）对待加固桥梁结构1底表面进行处理，除去碳化层、浮浆层并凿毛，对待粘贴纤维板2的底表面部分进行修复和找平。

2）将纤维板2固定端锚具11和张拉端固定支座12用高强螺栓9分别固定在桥梁结构1底面的锚固端和张拉端，并进行养护；参见附图4、5，固定端锚具11为整体式锚具，分为上下两部分，首先将固定端锚具下端板13固定于桥梁结构1梁底，然后将纤维板2置于预留的凹槽内，随后盖上上部分固定端锚具上盖板14，将上下部分连接，确保纤维板2不会出现滑动；张拉端锚具选用分离式锚具以方便对纤维板2的张拉，张拉端锚具由锚具夹头、固定支座和高强螺杆组成。

3）将纤维板2固定端固定在固定端锚具11上，在纤维板2上涂抹胶层厚度小于2cm结构胶，另一端与张拉端锚具夹头15固定，通过千斤顶对纤维板2进行张拉，张拉到设定的预应力值时将张拉端锚具夹头15固定在张拉端锚具支座16上；纤维板2在梁底采用多条本实施例中为3条、均匀分布布置。由于纤维板2在梁底采用多条、均匀分布布置，所以对纤维板2所施加的预应力值不宜过大，锚固性能易于保证，同时有利于减小预应力损失和松弛现象。可采用分级、多次张拉的方法，以消除各部件之间的初始空隙。纤维板2具有自重轻、抗拉强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能，通过在梁底布置纤维板2并施加预应力，可闭合梁底裂缝，有效提高桥梁结构的刚度和承载力。对纤维板2施加预应力时可以采用多次、分级张拉方法，以消除各部件之间的初始空隙。

4）待预应力纤维板2结构胶固化后，在预应力纤维板2两边，在桥梁结构1的底面上安装加固模具10的U型模壳8，纤维板2处于U型模壳8中间位置，对U型模壳8覆盖的桥梁结构表面喷涂界面剂或刷涂界面砂浆处理，对纤维板2表面进行刷涂界面胶的表面处理。

5）在梁体结构1下表面纤维板2两侧合适位置植筋，在植筋上绑钢丝，通过吊筋钢丝将钢筋7吊在合适位置。从U型模壳8的端部向其内部灌注纤维混凝土，当灌注量达到设定值时，开启充气泵6向充气垫3内充气，使顶板4托着纤维混凝土上升并与旧混凝土材料接触；充气垫3为长方形，U型模壳8内设置多个充气垫3，每个充气垫3有一个充气口，由充气泵6进行同时、等速充气，尽量保证顶板4上升时保持水平。

当施工温度较低或要求新增混凝土快速固化时，在顶板4上方设置加热片，通过升高温度促使新增混凝土快速固化。

6）待灌注的纤维混凝土固化后，拆除加固模具10。所灌注混凝土可采用普通混凝土、超高韧性混凝土、微膨胀混凝土等多种类型混凝材料，应根据工程实际需要选择合适类型及配比。拆除加固模具10后，检查是否出现损坏、变形或损伤，如果没有，可重复使用，为了便于拆除，可在安装前在U型模壳8侧面及顶板4上刷涂一层不与混凝土发生反应的矿物油或脱模剂。

纤维板2具有自重轻、抗拉强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能，但一般情况下弹性模量较低，通过对纤维板2施加预应力可以充分发挥其抗拉强度高的特性。对纤维板2施加预应力后，桥梁结构1有一定程度的“上拱”效应，对桥梁结构底部混凝土裂缝有一定程度的闭合作用。在已经布置纤维板2的梁底面再增设一定厚度的混凝土材料，增大了梁体截面高度，对于提高桥梁结构的刚度与承载力有重要意义。新增混凝土与旧混凝土之间以及新增混凝土与纤维板2之间的粘结性能直接关系到新增混凝土能否发挥应有的作用，本发明通过对接触面进行凿毛，在新旧混凝土接触面及纤维板2底面分别刷涂界面剂砂浆和界面胶，保证新增混凝土与旧混凝土及纤维板2之间良好的粘结性能，同时，在新增混凝土材料固化前用特定的U型模壳8、顶板4及充气垫3提供支撑力，可有效保障新增混凝土的密实度，施工方便，质量可控。本发明采用预应力和增大截面相结合提高桥梁结构刚度和承载力的高效方法，可以充分发挥预应力加固法与增大截面加固法的优势，对于有损伤的结构可以通过预应力实现结构既有损伤的有效修复，采用增大截面可以大幅提高原有结构的有效刚度和承载力。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。