PC梁式桥、PC梁式桥的加固装置和方法

摘要

本发明公开一种PC梁式桥、PC梁式桥的加固装置和方法，PC梁式桥的加固装置包括钢箱、锚索装置和转向钢垫块，所述钢箱设置在箱梁的底部，所述锚索装置包括设置在所述箱梁的顶部的锚固机构、设置在所述钢箱底部的张拉机构和穿过所述箱梁和所述钢箱并连接所述锚固机构和所述张拉机构的钢绞线，所述转向钢垫块有两个分别设在所述箱梁和所述钢箱上，所述转向钢垫块用于与所述锚固机构和所述张拉机构配合以便于调节所述钢绞线张拉后的倾角。本发明提供的PC梁式桥的加固装置具备避免箱梁腹板开裂、延长桥梁使用寿命、加固效果好、成本低、适用范围广、施工便捷的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁加固技术领域，尤其涉及PC梁式桥、PC梁式桥的加固装置和方法。

背景技术

目前，运营的既有铁路及公路的预应力混凝土路(PC)梁式桥承载着较大的交通量，重载车辆日益增多，各种形式的病害逐渐呈现，各种形式的病害尤其是腹板斜向开裂逐渐呈现，严重影响了既有桥梁的安全使用。针对梁体斜向开裂问题，究其原因是早期建造的PC梁式桥荷载标准偏低，腹板大多数未设置纵向下弯束及竖向束，导致腹板抗剪承载力不足引起的斜向开裂。据不完全统计，既有铁、公路PC梁式桥梁体常常在腹板出现斜向裂缝，斜裂缝与梁轴线呈25°～50°。即便设置纵向下弯束及竖向束，长期运营后剩余预应力损失也过大，其影响因素包括受当时张拉条件限制，预应力张拉值不足；预应力筋波纹管定位不准确，管道压浆不密实；混凝土收缩徐变考虑不足；腹板厚度不足等因素。在支座向跨中方向的箱梁内灌注混凝土，增加腹板截面的厚度也可以提高抗剪承载力，可是该方法灌入的混凝土体量大，不适合箱梁桥，且增加了加固桥梁的自重，加固效果差。最后，往往采取拆除重建，这无疑对环境造成极大的污染和增加了成本。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种PC梁式桥的加固装置，该PC梁式桥的加固装置具有避免箱梁腹板开裂、延长桥梁使用寿命、加固效果好、成本低、适用范围广、施工便捷的优点。

根据本发明实施例的PC梁式桥的加固装置，PC梁式桥的加固装置包括钢箱、锚索装置和转向钢垫块，所述钢箱设置在箱梁的底部，所述锚索装置包括设置在所述箱梁的顶部的锚固机构、设置在所述钢箱底部的张拉机构和穿过所述箱梁和所述钢箱并连接所述锚固机构和所述张拉机构的钢绞线，所述转向钢垫块有两个，两个所述转向钢垫块分别设在所述箱梁和所述钢箱上，所述转向钢垫块用于与所述锚固机构和所述张拉机构配合以便于调节所述钢绞线张拉后的倾角。

根据本发明实施例的PC梁式桥的加固装置具有避免箱梁腹板开裂、延长桥梁使用寿命、加固效果好、成本低、适用范围广、施工便捷的优点。

在一些实施例中，所述钢箱包括钢箱顶板、钢箱腹板、钢箱底板和肋板，所述钢箱顶板设置在所述箱梁的底部，所述钢箱腹板一端与所述钢箱顶板相连，所述钢箱腹板另一端与所述钢箱底板相连，所述钢箱顶板和所述钢箱底板均设有与所述张拉机构配合的第一穿孔，所述肋板与所述钢箱腹板相连，所述肋板的延伸方向与所述钢绞线的延伸方向一致。

在一些实施例中，所述钢箱还包括外延板，所述外延板与所述钢箱顶板相连并设在钢箱顶板的两侧，所述外延板设有多个用于与所述箱梁相连的连接孔。

在一些实施例中，所述锚固机构包括第一锚头、第一套筒和减震体，所述第一套筒与箱梁顶板相连，其中一个所述转向钢垫块设在所述箱梁顶板的上表面并与所述第一套筒的顶部相连，所述减震体设在所述第一套筒底部，所述第一锚头一端穿出所述第一套筒并与所述转向钢垫块相连，所述第一锚头另一端连接钢绞线，所述钢绞线穿过所述减震体与所述张拉机构相连。

在一些实施例中，所述张拉机构包括第二锚头、第二套筒和张拉块，所述第二套筒穿过所述钢箱，另一个所述转向钢垫块设在所述钢箱底板的下表面并与所述第二套筒的底部相连，所述减震体设在所述第二套筒顶部内侧，所述第二锚头一端穿出所述第二套筒并与所述转向钢垫块相连，所述第二锚头另一端连接钢绞线，所述钢绞线穿过所述减震体与所述锚固机构相连，所述张拉块设置在所述第二锚头邻近所述钢箱底板的一端。

在一些实施例中，所述张拉机构还包括防水罩，所述防水罩设在所述第二套筒邻近所述钢箱顶板的一端外侧。

在一些实施例中，所述转向钢垫块为不规则六面体，包括用于与所述箱梁或所述钢箱接触的接触面、与所述锚固机构或所述张拉机构接触的承压面。

根据本发明实施例的PC梁式桥的加固方法，PC梁式桥的加固方法包括以下步骤：安装钢箱在所述箱梁的下方；在箱梁的L/8、3L/16、L/4、5L/16、3L/8、11L/16、3L/4、13L/16、7L/8及15L/16分点处的所述箱梁顶板设置多个空腔，锚固机构置入所述空腔内，将钢绞线与锚固机构相连，灌注混凝土进入所述空腔至混凝土与桥面齐平；将所述钢绞线与所述张拉机构相连，在钢箱底板下部安装张拉机构，张拉所述钢绞线。

在一些实施例中，将植筋胶灌入所述钢箱的外延板的连接孔后，固定螺栓旋入所述连接孔，所述植筋胶固化后将钢箱与箱梁底板固定。

根据本发明实施例的PC梁式桥，包括箱梁和加固装置，所述加固装置设置于所述箱梁的L/8、3L/16、L/4、5L/16、3L/8、11L/16、3L/4、13L/16、7L/8及15L/16的分点处。

附图说明

图1是根据本发明实施例中PC梁式桥的前视图。

图2是根据本发明实施例中PC梁式桥的A-A剖面示意视图。

图3是根据本发明实施例中PC梁式桥的加固装置的钢箱的右视图。

图4是根据本发明实施例中PC梁式桥的加固装置的钢箱的俯视图。

图5是根据本发明实施例中PC梁式桥的加固装置的钢箱的前视图。

图6是根据本发明实施例中PC梁式桥的加固装置的转向钢垫块的结构示意图。

图7是根据本发明实施例中PC梁式桥的加固装置的锚固机构的剖面示意图。

图8是根据本发明实施例中PC梁式桥的加固装置的张拉机构的剖面示意图。

图9是根据本发明实施例中PC梁式桥的工字形梁加固的示意图。

图10是根据本发明实施例中PC梁式桥的直腹混凝土箱梁加固的示意图。

图11是根据本发明实施例中PC梁式桥的T形梁加固的示意图。

附图标记：1、钢箱；11、钢箱顶板；12、钢箱腹板；13、钢箱底板；14、肋板；15、外延板；2、锚固机构；21、第一锚头；22、第一套筒；3、张拉机构；31、第二锚头；32、第二套筒；33、张拉块；34、防水罩；4、转向钢垫块；5、减震体；6、钢绞线；7、箱梁；71、箱梁顶板；72、箱梁底板；73、箱梁腹板；8、球形螺母；9、固定螺栓。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为提高PC梁式桥的抗剪承载力，往往在PC梁式桥的底板下部粘贴碳纤维复合材料或者箱内外增设体外束增强承载力，然而这种方法提高截面的抗剪承载力效果不明显。另外，在支座向跨中方向植入45°的钢棒提高钢筋混凝土简支梁的抗剪承载力，但是对腹板设置预应力束的斜腹PC简支箱梁桥来说，该方法需要打穿整个腹板难以避开腹板预应力，且施工难度极大。再者，在支座向跨中方向箱梁内灌注混凝土，增加腹板截面的厚度也可以提高抗剪承载力，可是该方法灌入的混凝土体量大，不适合箱梁桥，且增加了加固桥梁的自重，加固效果差。最后，往往采取拆除重建，这无疑对环境造成极大的污染和增加了成本。

根据本发明实施例的PC梁式桥的加固装置，如图1-图11所示，PC梁式桥的加固装置包括钢箱1、锚索装置和转向钢垫块4，钢箱1设置在箱梁7的底部，锚索装置包括设置在箱梁7的顶部的锚固机构2、设置在钢箱1底部的张拉机构3和穿过箱梁7和钢箱1并连接锚固机构2和张拉机构3的钢绞线6，转向钢垫块4有两个，两个转向钢垫块4分别设在箱梁7和钢箱1上，两个转向钢垫块4形状相同，位置不同。转向钢垫块4用于与锚固机构2和张拉机构3配合以便于调节钢绞线6张拉后的倾角。钢箱1通过固定螺栓9固定在梁式桥的箱梁底板72处，在梁式桥的外延板15和箱梁腹板73角隅处斜向钻出供钢绞线6穿出的孔，钢绞线6穿过箱梁顶板71、钢箱1和两个转向钢垫块4，依次拉紧从梁式桥的支座到跨中的钢绞线6并固定，通过对箱梁7的施加预应力提升PC梁式桥的抗剪承载力。PC梁式桥通过锚索装置张拉钢绞线6减小了箱梁腹板73截面的主应力避免箱梁腹板73斜截面开裂，延长了桥梁的使用寿命，降低成本。锚索装置和钢箱1构造简单受力可以根据PC梁式桥的不同横截面形状进行调节，安装施工方便，可以在不封闭交通的情况下进行加固改造施工作业。

根据本发明实施例的PC梁式桥的加固装置具有避免箱梁腹板开裂、延长桥梁使用寿命、降低成本、适用范围广、施工便捷的优点。

在一些实施例中，如图1-图5所示，钢箱1包括钢箱顶板11、钢箱腹板12、钢箱底板13和肋板14，顶板11设置在箱梁7的底部，钢箱腹板12一端与钢箱顶板11相连，钢箱腹板12另一端与钢箱底板13相连，钢箱顶板11和钢箱底板13均设有与张拉机构3配合的第一穿孔，肋板14与钢箱腹板12相连，肋板14的延伸方向与钢绞线6的延伸方向一致。

具体地，钢箱顶板11预留有螺栓孔，钢箱顶板11和钢箱底板13的第一穿孔内穿过钢绞线6，两块钢箱腹板12与钢箱顶板11和钢箱底板13焊接，钢箱腹板12上分别焊接六块斜向设置的肋板14，六块肋板14分为两组，一组相互平行的三块肋板14与钢绞线6的延伸方向一致，另一组三块肋板14关于钢箱顶板11的中心线呈对称分布，肋板14之间的距离相等，钢箱底板13与钢箱顶板11平行。

在一些实施例中，如图3-图5所示，钢箱1还包括外延板15，外延板15与钢箱顶板11相连并设在钢箱顶板11的两侧，外延板15设有多个用于与箱梁7相连的连接孔。

具体地，外延板15焊接在钢箱顶板11的两侧，外延板15的厚度与钢箱顶板11厚度相同，外延板15的上表面与钢箱顶板11的上表面共面，临时固定螺栓9通过外延板15的连接孔与箱梁底板72连接，连接孔内可以灌入植筋胶并拧紧螺母固定钢箱1。

在一些实施例中，如图6所示，锚固机构2包括第一锚头21、第一套筒22和减震体5，第一套筒22与箱梁顶板71相连，其中一个转向钢垫块设在箱梁顶板71的上表面并与第一套筒22的顶部相连，减震体5设在第一套筒22底部，第一锚头21一端穿出第一套筒22并与转向钢垫块4相连，第一锚头21另一端连接钢绞线6，钢绞线6穿过减震体5与张拉机构3相连。

具体地，锚固机构2位于箱梁顶板71凿除形成的混凝土空腔内，第一锚头21带有外丝并位于钢绞线6的延伸方向上，第一锚头21一端具有放置并连接钢绞线6的空腔，第一锚头21另一端与球形螺母8相连，球形螺母8具有内丝，球形螺母8与第一锚头21螺纹连接，旋紧球形螺母8将第一锚头21固定在转向钢垫块4上，第一套筒22顶部与转向钢垫块4相连，第一套筒22的外表面与混凝土接触并固定，第一套筒22底端连接减震体5，减震体5内穿过钢绞线6，钢绞线6是由多根钢丝绞合构成的。锚固机构2完成安装后向混凝土空腔内灌注混凝土，混凝土上顶面与桥面齐平。第一套筒22能够避免钢绞线6与混凝土或者箱梁7直接接触，进而避免因动荷载产生磨损降低钢绞线6的有效预应力，第一套筒22还能防止雨雪从钢箱1侧面进入腐蚀钢绞线6或者第一锚头21降低钢绞线6的有效预应力，第一套筒22方便安装钢绞线6和张拉钢绞线6。

在一些实施例中，如图7所示，张拉机构3包括第二锚头31、第二套筒32和张拉块33，第二套筒32穿过钢箱1，另一个转向钢垫块设在钢箱1底板13的下表面并与第二套筒32的底部相连，减震体5设在第二套筒32顶部内侧，第二锚头31一端穿出第二套筒32并与转向钢垫块4相连，第二锚头31另一端连接钢绞线6，钢绞线6穿过减震体5与锚固机构2相连，张拉块33设置在第二锚头31邻近钢箱1的底板的一端。

具体地，张拉机构3位于钢箱底板13下部，第二锚头31带有外丝并位于钢绞线6的延伸方向上，第二锚头31一端具有放置并连接钢绞线6的空腔，第二锚头31另一端与球形螺母8相连，球形螺母8具有内丝，球形螺母8与第二锚头31螺纹连接，旋紧球形螺母8将第二锚头31固定在转向钢垫块4上，第二套筒32底部部与转向钢垫块4相连，第二套筒32的外表面与混凝土接触并固定，第二套筒32顶部连接减震体5，减震体5内穿过钢绞线6，钢绞线6是由多根钢丝绞合构成的。第二套筒32能够避免钢绞线6与混凝土或者箱梁7直接接触，进而避免因动荷载产生磨损降低钢绞线6的有效预应力，第二套筒32还能防止雨雪从钢箱1侧面进入腐蚀钢绞线6或者第一锚头21降低钢绞线6的有效预应力，第二套筒32方便安装钢绞线6和张拉钢绞线6。第一套筒22和第二套筒32的结构相同，位置不同。

在一些实施例中，如图7所示，张拉机构3还包括防水罩34，防水罩34设在第二套筒32邻近钢箱1的顶板的一端外侧。

在一些实施例中，如图6所示，转向钢垫块4为不规则六面体，包括用于与箱梁7或钢箱1接触的接触面、与锚固机构2或张拉机构3接触的承压面。

具体地，转向钢垫块4通过机械加工或者线切割加工支撑，转向钢垫块4能够调整钢绞线6张拉后的倾角，实现锚索装置与箱梁7在纵向呈45°，与箱梁7横向呈一定夹角，同时转向钢垫块能够增大钢箱底板13和箱梁顶板71的承压面积，防止钢箱底板13局部变形过大和箱梁顶板71局部压碎。

根据本发明实施例的PC梁式桥的加固方法，PC梁式桥的加固方法包括以下步骤：安装钢箱1在箱梁的下方；在箱梁的L/8、3L/16、L/4、5L/16、3L/8、11L/16、3L/4、13L/16、7L/8及15L/16分点处的箱梁顶板71设置多个空腔，锚固机构2置入空腔内，将钢绞线6与锚固机构2相连，灌注混凝土进入空腔至混凝土与桥面齐平；将钢绞线6与张拉机构3相连，在钢箱1的底板下部安装张拉机构3，张拉钢绞线6。锚固机构2的位置根据箱梁的多个分点位置确定，L为箱梁的跨径。钢箱1和张拉机构3结合沿箱梁腹板外侧与箱梁的梁体轴线呈45°方向穿出的钢绞线6和锚固机构的位置数据确定钢箱1和张拉机构3的安装位置。锚固机构2和钢箱1的安装顺序可以互换。

由此，张拉机构和锚固机构为梁式桥提供的预应力一方面提供斜向力用来阻止斜向裂缝的进一步开裂，使箱梁腹板的斜向裂缝紧密结合，另一方面提供竖向力抵消一部分箱梁的重力缓解箱梁腹板斜向裂缝的开裂。

在一些实施例中，将植筋胶灌入钢箱1的外延板15的连接孔后，固定螺栓9旋入连接孔，植筋胶固化后将钢箱1与箱梁底板72固定。

由此，植筋胶和固定螺栓配合使钢箱与箱梁底板更好地固定，便于增强结构强度。

根据本发明实施例的PC梁式桥，包括箱梁和加固装置，加固装置设置于箱梁的L/8、3L/16、L/4、5L/16、3L/8、11L/16、3L/4、13L/16、7L/8及15L/16的分点处。加固装置的锚固机构2设在箱梁的多个分点处。

根据本发明实施例的PC梁式桥的技术优势与上述PC梁式桥的加固装置的技术优势相同，此处不再赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。