本實用新型屬于工程領域，涉及一種橋梁加固裝置，具體涉及一種輕質(zhì)、高承載、橋梁加固裝置。

背景技術：

現(xiàn)有的制式橋梁裝備多數(shù)為金屬結(jié)構(gòu)，其中包括為數(shù)較多的鋼結(jié)構(gòu)和為數(shù)較少的鋁合金結(jié)構(gòu)。雖然鋼材具有強度高、塑性和韌性好、各向受力均勻以及設計計算理論成熟等優(yōu)點，但是鋼制橋梁存在自重大、機動性差、運輸車輛多和作業(yè)勞動強度大等缺陷，難以滿足現(xiàn)階段應機動保障任務不斷增強的苛刻需求。如搶險器材中較為常用的裝配式公路鋼橋，由一系列預制鋼桁架片和其它拼裝構(gòu)件組裝而成，其單片桁架片的重量約為270 kg，自重荷載幾乎占整個橋梁設計荷載的約1/4，嚴重影響了該橋梁的承載效率。由于自重較大、拼裝連接件數(shù)量較多，致使整個橋梁的機動性能差和作業(yè)任務大，嚴重降低了橋梁的拼裝和架設效率，不利于應急搶修快速保障作業(yè)。

無論從戰(zhàn)時角度還是非戰(zhàn)爭救援行動角度講，都迫切需要我們尋求新型的橋梁裝備。結(jié)構(gòu)輕型化、高強化和模塊化是橋梁裝備未來發(fā)展的主要方向，新結(jié)構(gòu)的設計、新材料的應用以及新技術工藝的采用是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕型化的必由之路。輕質(zhì)的復合材料具有比強度/比模量高、可設計性好、運輸架設輕便和耐腐蝕性好等顯著優(yōu)點，其已在民用固定橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應用，比如已建橋梁的加固補強和新建結(jié)構(gòu)的建造。若將這種輕質(zhì)高強的復合材料應用于應急移動式橋梁器材，可在保證承載能力的前提下降低橋梁自重，提高機動性能和架設速度。

橋梁的自重、跨度、結(jié)構(gòu)形式與架設方法等因素之間往往相互影響和制約，所以在橋梁設計中需要將材料、結(jié)構(gòu)形式與架設技術作為一個相互影響的整體。鑒于平面和空間桁架的傳力機理較為明確、桿件傳力路徑相對單一，是一種承載效率較高的結(jié)構(gòu)形式。而纖維增強樹脂基拉擠復合材料纖維含量高，材料利用率高，具有優(yōu)異的單向力學性能。若將纖維增強樹脂基拉擠型材與桁架結(jié)構(gòu)進行聯(lián)合設計，則可充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，從而達到大幅減重的目的。另外，合理的選材和組合設計同樣能夠提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，其中若將復合材料與傳統(tǒng)金屬材料在結(jié)構(gòu)進行組合設計，可充分發(fā)揮不同材料的利用效率，達到繼續(xù)減重的目的。

技術實現(xiàn)要素：

實用新型目的：本實用新型的目的是針對目前制式橋梁裝備中鋼橋的一些不足，如自重大、機動性差、運輸車輛多和作業(yè)勞動強度大、拼裝架設效率低等，將材料、結(jié)構(gòu)形式與架設技術作為一個相互影響的整體，提供一種輕質(zhì)、高承載、模塊化的橋梁加固裝置，用該加固裝置建造的橋梁更牢固。

技術方案：本實用新型提供的一種橋梁加固裝置，包括一組通過橫向加固連接桿連接的加固單元；所述加固單元包括至少金屬的連接單元、一根復合材料管和至少一根豎直連接管；所述加固連接桿、復合材料管和豎直連接管通過連接單元連接；所述豎直連接管豎直設置于橋梁和復合材料管之間，且固定于復合材料管的端部或中部；所述豎直連接管的高度大于或等于復合材料管和橋梁之間的最遠距離。復合材料管具有的一定的彈性，利用該性質(zhì)結(jié)合本實用新型結(jié)構(gòu)使該加固裝置整體具有預應力。

作為改進，所述加固單元包括金屬的連接單元、一根復合材料管和一根豎直連接桿；所述連接單元包括本體、固定于本體頂部的豎直的第一連接管、固定于本體后側(cè)的水平的第二連接管；所述復合材料管自左向右穿過本體，其兩端固定于橋梁上；所述橫向加固連接桿通過連接單元的第二連接管連接相鄰的加固單元；所述豎直連接桿通過第一連接管豎直固定于于橋梁和復合材料管之間；所述豎直連接管的高度大于等于復合材料管和橋梁之間的最遠距離。

作為另一種改進，所述加固單元包括金屬的連接單元、一根復合材料管和兩根豎直連接管；所述連接單元包括本體、固定于本體頂部的豎直的第一連接管、固定于本體后側(cè)的水平的第二連接管、固定于本體左側(cè)的水平的第三連接管和/或固定于本體右側(cè)的水平的第四連接管；所述橫向加固連接桿通過連接單元的第二連接管連接相鄰的加固單元；所述豎直連接桿通過第一連接管豎直設置于橋梁和復合材料管之間；所述復合材料管的端部和第三連接管或第四連接管連接；所述復合材料管的長度小于等于豎直連接管之間的寬度。

作為另一種改進，所述加固單元包括金屬的連接單元、一組復合材料管和一組豎直連接管；所述復合材料管通過連接單元連接組成倒置的等腰梯形；所述連接單元包括本體、固定于本體頂部的豎直的第一連接管、固定于本體后側(cè)的水平的第二連接管、固定于本體左側(cè)的水平或傾斜的第三連接管、固定于本體右側(cè)的水平或傾斜的第四連接管；所述橫向加固連接桿通過連接單元的第二連接管連接相鄰的加固單元；所述豎直連接桿通過第一連接管豎直設置于橋梁和復合材料管之間；所述豎直連接管的高度大于或等于復合材料管和橋梁之間的最遠距離。

作為另一種改進，所述加固單元包括金屬的連接單元、一組復合材料管和一組豎直連接管；所述復合材料管通過連接單元連接組成任意多邊形；所述連接單元包括本體、固定于本體頂部的豎直的第一連接管、固定于本體后側(cè)的水平的第二連接管、固定于本體左側(cè)的水平或傾斜的第三連接管、固定于本體右側(cè)的水平或傾斜的第四連接管；所述橫向加固連接桿通過連接單元的第二連接管連接相鄰的加固單元；所述豎直連接桿通過第一連接管豎直設置于橋梁和復合材料管之間；最長的豎直連接管的高度大于或等于復合材料管和橋梁之間的最遠距離。

作為進一步改進，所述第一連接管、第二連接管、第三連接管和第四連接管均采用復合材料管的預緊力齒強連接結(jié)構(gòu)，所述復合材料管的預緊力齒強連接結(jié)構(gòu)包括外套管、擋止部、內(nèi)壓管、蓋帽、預應力鎖和錨具；待連接的復合材料管一端與外套管的內(nèi)壁固連，且通過擋止部定位；內(nèi)壓管通過過盈配合設置在復合材料管的內(nèi)壁；蓋帽中部設有與內(nèi)壓管配合的凹槽，凹槽內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)壓管的外側(cè)壁上設有互相配合的螺紋；擋止部和蓋帽通過螺栓連接；所述錨具設于凹槽底部；所述預應力索貫穿復合材料管錨固于錨具上；所述外套管和擋止部為一體成型結(jié)構(gòu)。

作為更進一步改進，所述外套管的內(nèi)徑和與其固連的復合材料管的外徑相同；所述內(nèi)壓管的外徑大于復合材料管的內(nèi)徑；所述復合材料管端部外壁設有環(huán)狀螺紋齒，所述外套管內(nèi)壁設有與復合材料管端部環(huán)狀螺紋齒配合的齒；所述外套管為長方體或圓柱體；所述外套管為一體成型的套管，或者為通過固定螺栓連接的上夾持塊和下夾持塊組成的套管。

本實用新型還提供了一種利用上述加固裝置得到的桁架橋，包括一組依次連接的模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋以及加固裝置；所述模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋，包括兩個平行設置的三角桁架以及固定于兩個三角桁架頂部的鋁合金橋面板；所述三角桁架包括下弦桿、一組斜腹桿、一組互相平行的垂向豎桿和一組斜向豎桿；所述下弦桿間隔相同距離的每個垂直平面上分別連接有一個垂向豎桿和兩個斜向豎桿，兩個斜向豎桿分別設于垂向豎桿兩側(cè)；所述一組斜腹桿分別連接垂向豎桿頂部和相鄰垂向豎桿底部；兩個平行設置的三角桁架頂部通過一組加強橫梁連接相鄰斜向豎桿、底部通過一組橫向連桿連接下弦桿，橫向連桿的一端通過斜向連桿連接相鄰橫向連桿的遠端；所述橫向連桿、斜向連桿均為纖維增強樹脂基復合材料連桿或鋁合金材料連桿，所述下弦桿、斜腹桿、垂向豎桿和斜向豎桿均為纖維增強樹脂基復合材料連桿。

作為進一步改進，所述加強橫梁為工字型鋼梁或槽型鋼梁；所述橫向連桿和斜向連桿采用鉸接或固結(jié)方式與下弦桿連接；加強橫梁與鋁合金橋面板采用固結(jié)連接。

作為進一步改進，所述下弦桿通過基于預緊力齒連接復合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)與橫向連桿、斜向連桿、下弦桿、斜腹桿、垂向豎桿和斜向豎桿連接，所述預緊力齒連接復合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)包括水平金屬管、焊接于水平金屬管頂部的豎直金屬管、焊接于水平金屬管頂部且均勻分布于豎直金屬管周圍的傾斜金屬管、與水平金屬管連接且設置于水平面上的橫向連桿金屬管和斜向連桿金屬管；所述水平金屬管、豎直金屬管和傾斜金屬管內(nèi)壁均設有金屬管齒，所述復合材料管上分別設有與金屬管齒配合的復合材料管齒；所述復合材料管通過復合材料管齒和金屬管齒固定于水平金屬管、豎直金屬管和傾斜金屬管內(nèi)。

作為進一步改進，所述傾斜金屬管與豎直金屬管的夾角為30-60°；所述豎直金屬管和傾斜金屬管與水平金屬管之間通過節(jié)點板連接；所述水平金屬管、豎直金屬管和傾斜金屬管分別由兩個半圓弧管通過螺栓連接而成。

作為進一步改進，所述金屬管齒和復合材料管齒分別為互相配合的一組圓弧狀凸起和凹陷；或者所述金屬管齒和復合材料管齒分別為一組相互配合的鋸齒狀結(jié)構(gòu)；或者金屬管齒和復合材料管齒分別為一組互相配合的點狀凸起和凹陷。

作為進一步改進，所述鋁合金橋面板端部設有金屬傳力頂塊，鋁合金橋面板在其與下部復合材料桿件交叉位置設有起連接過渡作用的附屬金屬連接座。

有益效果：本實用新型提供的加固裝置重量小、運輸、拼裝和架設快捷方便，跨徑大、承載力高，在橋梁加固中有廣闊應用前景。

本實用新型提供的橋梁加固裝置相對于現(xiàn)有技術具有以下突出的優(yōu)勢：

1、應用范圍廣：該加固裝置可用于任何橋梁的架設，例如實施例中的桁架橋，也可用于短距離的桁架橋；

2、本實用新型加固裝置將輕質(zhì)高強的纖維增強樹脂基復合材料拉擠型材應用于除橋面板之外的所有桁桿單元，可以大幅度降低橋跨結(jié)構(gòu)的自重，極大地提高了該組合空間桁架橋的承載效率。

3、本實用新型組合空間桁架橋結(jié)構(gòu)重量輕、模塊化程度高、連接方便，整個橋跨可借助輕型吊車完成快速拼裝和架設，也可采用重型直升機完成整體橋跨的吊運和架設。

4、本實用新型主要提供四種施加預緊力的方法：

一是通過高強螺栓施加預緊力。首先在復合材料管上加工多道環(huán)向的齒，在外套管上加工與復合材料管齒相匹配的齒，并在外套管上加工螺栓孔；然后通過齒的咬合裝配，并裝配高強螺栓；最后對高強螺栓施加扭矩，從而對復合材料管施加一定大小的徑向預緊力。

二是通過過盈配合施加預緊力。即將外徑稍小于復合材料管直徑的外套管加熱膨脹后套入復合材料管，冷卻后，外套管向內(nèi)收縮擠壓復合材料管，于是在外鋼套與復合材料管界面上產(chǎn)生較大的徑向壓應力。

三是通過內(nèi)套管對復合材料管內(nèi)壁的預緊力。內(nèi)套管固定于蓋帽上，同時對復合材料管內(nèi)壁的預緊力，使連接更緊密。

5、本實用新型中與第四連接管連接的復合材料管的高度大于與等腰梯形的高，根據(jù)需要的預應力大小設置與第四連接管連接的復合材料管的高度，從而置與第四連接管連接的復合材料管的支撐形成合適大小的預應力，使該加固裝置架設的橋更牢固。

附圖說明

圖1為一種包括橋梁加固裝置的桁架橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為連接單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為另一種包括橋梁加固裝置的桁架橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為另一種包括橋梁加固裝置的桁架橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為預緊力齒強連接結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6為外套管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋的主視圖；

圖9為模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋的右視圖；

圖10為模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋的俯視圖；

圖11為基于預緊力齒連接復合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為鋁合金橋面板端部的局部放大圖；

圖13為金屬管齒和復合材料管齒分別為互相配合的一組圓弧狀凸起和凹陷的局部放大圖；

圖14為金屬管齒和復合材料管齒分別為一組相互配合的鋸齒狀結(jié)構(gòu)的局部放大圖；

圖15為金屬管齒和復合材料管齒分別為一組互相配合的點狀凸起和凹陷的局部放大圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細描述。本實用新型的保護范圍并不以具體實施方式為限，而是由權(quán)利要求加以限定。

包括橋梁加固裝置的桁架橋，包括一組依次連接的模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋以及加固裝置。

在一種實施方式中，見圖1和2，加固裝置包括一組通過橫向加固連接桿21連接的加固單元22；加固單元22包括金屬的連接單元23、一組復合材料管24和一組豎直連接管29；復合材料管24通過連接單元23連接組成倒置的等腰梯形；連接單元23包括本體25、固定于本體25頂部的豎直的第一連接管26、固定于本體25后側(cè)的水平的第二連接管27、固定于本體25左側(cè)的水平或傾斜的第三連接管28、固定于本體25右側(cè)的水平或傾斜的第四連接管29；橫向加固連接桿21通過連接單元23的第二連接管27連接相鄰的加固單元22；豎直連接桿41通過第一連接管26豎直設置于橋梁和復合材料管24之間；豎直連接管29的高度大于或等于復合材料管24和橋梁之間的最遠距離。

在一種實施方式中，見圖3，加固裝置包括一組通過橫向加固連接桿21連接的加固單元22；加固單元22包括金屬的連接單元23、一根復合材料管24和一根豎直連接桿41；連接單元23包括本體25、固定于本體25頂部的豎直的第一連接管26、固定于本體25后側(cè)的水平的第二連接管27；復合材料管24自左向右穿過本體25，其兩端固定于橋梁上；橫向加固連接桿21通過連接單元23的第二連接管27連接相鄰的加固單元22；豎直連接桿41通過第一連接管26豎直固定于于橋梁和復合材料管24之間；豎直連接管29的高度大于等于復合材料管24和橋梁之間的最遠距離。

在另一種實施方式中，見圖4，加固裝置包括一組通過橫向加固連接桿21連接的加固單元22；加固單元22包括金屬的連接單元23、一根復合材料管24和兩根豎直連接管29；連接單元23包括本體25、固定于本體25頂部的豎直的第一連接管26、固定于本體25后側(cè)的水平的第二連接管27、固定于本體25左側(cè)的水平的第三連接管28和/或固定于本體25右側(cè)的水平的第四連接管29；橫向加固連接桿21通過連接單元23的第二連接管27連接相鄰的加固單元22；豎直連接桿41通過第一連接管26豎直設置于橋梁和復合材料管24之間；復合材料管24的端部和第三連接管28或第四連接管29連接；復合材料管24的長度小于等于豎直連接管29之間的寬度。

在其他實施方式中，加固裝置包括一組通過橫向加固連接桿21連接的加固單元22；加固單元22包括金屬的連接單元23、一組復合材料管24和一組豎直連接管29；復合材料管24通過連接單元23連接組成任意多邊形；連接單元23包括本體25、固定于本體25頂部的豎直的第一連接管26、固定于本體25后側(cè)的水平的第二連接管27、固定于本體25左側(cè)的水平或傾斜的第三連接管28、固定于本體25右側(cè)的水平或傾斜的第四連接管29；橫向加固連接桿21通過連接單元23的第二連接管27連接相鄰的加固單元22；豎直連接桿41通過第一連接管26豎直設置于橋梁和復合材料管24之間；最長的豎直連接管29的高度大于或等于復合材料管24和橋梁之間的最遠距離。

其中，第一連接管26、第二連接管27、第三連接管28和第四連接管29均采用復合材料管的預緊力齒強連接結(jié)構(gòu)，復合材料管的預緊力齒強連接結(jié)構(gòu)包括外套管31、擋止部32、內(nèi)壓管33、蓋帽34、預應力鎖35和錨具36；待連接的復合材料管24一端與外套管31的內(nèi)壁固連，且通過擋止部32定位；內(nèi)壓管33通過過盈配合設置在復合材料管24的內(nèi)壁；蓋帽34中部設有與內(nèi)壓管33配合的凹槽36，凹槽36內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)壓管33的外側(cè)壁上設有互相配合的螺紋；擋止部32和蓋帽34通過螺栓38連接；錨具36設于凹槽37底部；預應力索35貫穿復合材料管24錨固于錨具36上；外套管31和擋止部32為一體成型結(jié)構(gòu)。外套管31的內(nèi)徑和與其固連的復合材料管24的外徑相同；內(nèi)壓管33的外徑大于復合材料管24的內(nèi)徑；復合材料管24端部外壁設有環(huán)狀螺紋齒39，外套管31內(nèi)壁設有與復合材料管24端部環(huán)狀螺紋齒39配合的齒；外套管31為長方體或圓柱體；外套管31為一體成型的套管，或者為通過固定螺栓連接的上夾持塊30和下夾持塊40組成的套管，見圖5和6。

模塊化復合材料-金屬組合空間桁架橋，見圖7至12，包括兩個平行設置的三角桁架1以及固定于兩個三角桁架1頂部的鋁合金橋面板10；三角桁架1包括下弦桿5、一組斜腹桿6、一組互相平行的垂向豎桿7和一組斜向豎桿8；下弦桿5間隔相同距離的每個垂直平面上分別連接有一個垂向豎桿7和兩個斜向豎桿8，兩個斜向豎桿8分別設于垂向豎桿7兩側(cè)；一組斜腹桿6分別連接垂向豎桿7頂部和相鄰垂向豎桿7底部；兩個平行設置的三角桁架1頂部通過一組加強橫梁2連接相鄰斜向豎桿8、底部通過一組橫向連桿3連接下弦桿5，橫向連桿3的一端通過斜向連桿4連接相鄰橫向連桿3的遠端；橫向連桿3、斜向連桿4均為纖維增強樹脂基復合材料連桿或鋁合金材料連桿，下弦桿5、斜腹桿6、垂向豎桿7和斜向豎桿8均為纖維增強樹脂基復合材料連桿。鋁合金橋面板10端部設有金屬傳力頂塊11，鋁合金橋面板10在其與下部復合材料桿件交叉位置設有起連接過渡作用的附屬金屬連接座12。加強橫梁2為工字型鋼梁或槽型鋼梁。橫向連桿3和斜向連桿4采用鉸接或固結(jié)方式與下弦桿5連接；加強橫梁2與鋁合金橋面板10采用固結(jié)連接。

下弦桿5通過基于預緊力齒連接復合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)9與橫向連桿3、斜向連桿4、下弦桿5、斜腹桿6、垂向豎桿7和斜向豎桿8連接；預緊力齒連接復合材料管的空間連接結(jié)構(gòu)9包括水平金屬管13、焊接于水平金屬管13頂部的豎直金屬管14、焊接于水平金屬管13頂部且均勻分布于豎直金屬管14周圍的傾斜金屬管15、與水平金屬管13連接且設置于水平面上的橫向連桿金屬管19和斜向連桿金屬管20；水平金屬管13、豎直金屬管14和傾斜金屬管15內(nèi)壁均設有金屬管齒16，纖維增強樹脂基復合材料連桿上分別設有與金屬管齒16配合的復合材料管齒17；纖維增強樹脂基復合材料連桿通過復合材料管齒17和金屬管齒16固定于水平金屬管13、豎直金屬管14和傾斜金屬管15內(nèi)；傾斜金屬管15與豎直金屬管14的夾角為30-60°；豎直金屬管14和傾斜金屬管15與水平金屬管13之間通過節(jié)點板18連接；水平金屬管13、豎直金屬管14和傾斜金屬管15分別由兩個半圓弧管通過螺栓連接而成；金屬管齒16和復合材料管齒17分別為互相配合的一組圓弧狀凸起和凹陷；或者金屬管齒16和復合材料管齒17分別為一組相互配合的鋸齒狀結(jié)構(gòu)；或者金屬管齒16和復合材料管齒17分別為一組互相配合的點狀凸起和凹陷。

金屬管齒16和復合材料管齒17分別為互相配合的一組圓弧狀凸起和凹陷，見圖13；或者金屬管齒16和復合材料管齒17分別為一組相互配合的鋸齒狀結(jié)構(gòu)，見圖14；或者金屬管齒16和復合材料管齒17分別為一組互相配合的點狀凸起和凹陷，見圖15。

最后需要說明的是，本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)；以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制技術方案，盡管申請人參照本實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本實用新型技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。