一種組合式預應力鋼橫隔梁、加固系統(tǒng)及其加固方法
【專利摘要】一種組合式預應力鋼橫隔梁、加固系統(tǒng)及其加固方法，該組合式預應力鋼橫隔梁包括在水平方向上依次連接的第一橫梁、中橫梁和第二橫梁；第一橫梁的末端和第二橫梁的前端分別套接于中橫梁的兩端；所述第一橫梁的末端還連接有預應力加載機構，且預應力加載機構位于中橫梁的內部；該加固系統(tǒng)能有效解決相鄰主梁腹板側面不平順的問題；使舊橋與新裝加固結構整體性更好，提高整體性能，保證加固質量；利用預應力加載機構使橫隔梁從原來的被動受力變成積極協(xié)調全橋工作，提高橋梁的整體工作性能；同時可以降低施工難度、提高施工效率?？蓮V泛應用于裝配式簡支梁板橋的舊橋加固施工中或者其他類似的梁板結構的加固施工中。
【專利說明】
一種組合式預應力鋼橫隔梁、加固系統(tǒng)及其加固方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及舊有橋梁加固工程領域，特別是一種組合式預應力鋼橫隔梁加固系統(tǒng)及其加固方法?！颈尘凹夹g】
[0002]我國現(xiàn)役橋梁大部分是建國以后興建的，隨著運營年限的增加，橋梁承載能力逐年降低，特別是以前修建的橋梁，設計標準不同，承載力已不能適應交通發(fā)展的需要。而且橋梁隨著使用年限的增長，自然就會出現(xiàn)混凝土的表面碳化、裂縫加大、表面破損、雨水侵入、鋼筋銹蝕等一系列問題，最終導致橋梁的承載力下降，出現(xiàn)病害，成為病橋、危橋，嚴重者甚至造成橋梁垮塌。
[0003]目前城市道路中小型橋梁中裝配式簡支梁板橋所占比重很大，這種結構經歷長時間荷載作用連接處易開裂，造成橫向聯(lián)系不佳、橋梁整體性能差的情況，在超載、重載作用下，容易發(fā)生破壞從而引發(fā)橋梁安全事故。鋼橫隔梁加固是一種常見裝配式簡支梁板橋加固方式，但目前一般采用的鋼橫隔梁加固時存在如下問題:1)目前多數(shù)鋼橫隔梁加固中，主梁與新增橫梁的連接采用錨栓連接，錨栓連接在施工偏差及長期動荷載作用下會產生松動，導致增設橫梁發(fā)生“扭曲”的現(xiàn)象，影響加固效果。
[0004]2)相鄰主梁腹板面不平順，主梁與鋼橫隔梁連接的整體性差。
[0005]3)—般舊橋增設的橫梁在通車情況下增設，引起主梁的先期變形，使得新增橫梁承受車輛荷載時有一定的滯后性。
[0006]4)對于水深較大的河道或橋下凈空較高的橋梁，舊橋加固搭設支架成本很大。
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種組合式預應力鋼橫隔梁、加固系統(tǒng)及其加固方法，要解決現(xiàn)有橋體加固系統(tǒng)中加固效果不好、整體性差、成本大的技術問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種組合式預應力鋼橫隔梁，包括在水平方向上依次連接的第一橫梁、中橫梁和第二橫梁;第一橫梁的末端和第二橫梁的前端分別套接于中橫梁的兩端;所述第一橫梁的末端還連接有預應力加載機構，且預應力加載機構位于中橫梁的內部;所述第二橫梁、中橫梁和第二橫梁是尺寸相適應的矩形筒或者圓形筒。
[0009]所述第一橫梁的前端和第二橫梁的末端分別連接有鉸接支座;所述鉸接支座包括內層鋼筒和套接在內層鋼筒外側的外層鋼筒，兩者活動連接形成雙筒套接鉸接結構，使得組合式預應力鋼橫隔梁在受力時能夠不受兩側主梁腹板不平順的影響，完成自調平，解決主梁與組合式預應力鋼橫隔梁連接整體性差的問題，其中內層鋼筒的橫截面為圓形，外層鋼筒的橫截面為弧形、其弧度束不小于弧度不大于3/431弧度。[001 〇]所述鉸接支座還包括連接管，所述連接管的一端部固定連接在內側鋼筒上未套接外層鋼筒的一側。
[0011]鉸接支座主要針對主梁腹板軸線垂直度不好的情況使用，對主梁腹板軸線垂直度好的橫隔梁兩端可不采用鉸接方式，取消鉸接支座，兩側橫梁端部與連接鋼板焊接固定即可，針對主梁腹板極其不規(guī)則，水平、垂直度都不平順的特殊情況，所述鉸接支座由雙層鋼球替代雙層鋼筒，形成球形萬向鉸接，此時鉸接支座包括內層鋼球和套接在內層鋼球外側的外層鋼球，其中內層鋼球有部分表面暴露與外層鋼球外面，用于連接連接管。
[0012]所述預應力加載機構包括加載機構支架和連接在加載機構支架上的加載千斤頂。
[0013]所述的預應力加載機構可依據(jù)加固設計所要求的預應力加載級別及結構空間要求等選擇加載千斤頂?shù)囊?guī)格和類型，例如機械式千斤頂:如齒條千斤頂、剪式千斤頂、螺旋千斤頂?shù)?，或者選擇液壓千斤頂?shù)燃虞d裝置;預應力加載機構選用的千斤頂必須具備自鎖功能。
[0014]所述加載機構支架包括加載活動支架、與加載活動支架滑動連接的加載機構底板以及連接在加載活動支架端部的加載機構頂板;其中加載千斤頂連接在加載機構底板和加載機構頂板之間，其底部通過螺栓安裝在加載機構底板上，頂部與加載機構頂板通過螺栓連接;加載千斤頂伸出或縮回時，可使第一橫梁與中橫梁之間發(fā)生相對位移，將加載千斤頂加載的預應力傳至組合式預應力鋼橫隔梁兩端連接的主梁腹板上。
[0015]所述加載活動支架的橫截面為躺置的n形，其頂端的梁板與第一橫梁的末端面固定連接，兩直板穿過加載機構底板、且末端通過連接件與加載機構頂板連接。
[0016]所述加載機構底板固定連接在中橫梁的內側壁的前部，加載機構底板為矩形板或者圓形板、上面對稱開有穿過加載活動支架的兩個直板的長孔。
[0017]所述中橫梁上開有加載千斤頂?shù)牟僮骺住?br>[0018]—種應用所述的組合式預應力鋼橫隔梁的加固系統(tǒng)，包括水平連接在橋體相鄰主梁之間的組合式預應力鋼橫隔梁，相鄰主梁之間至少有一道組合式預應力鋼橫隔梁，所述組合式預應力鋼橫隔梁通過連接鋼板與主梁連接，所述組合式預應力鋼橫隔梁兩端的連接管分別與對應的連接鋼板固定連接，所述連接鋼板包覆在主梁腹板上。[〇〇19]所述連接鋼板的橫截面為U形，由下至上包覆在主梁腹板的端部，連接鋼板的側板與主梁的腹板之間通過對拉螺栓連接。
[0020]當舊橋加固施工現(xiàn)場無搭設支架條件，可在連接鋼板的適當位置增設吊裝支架， 從而減少或取消橋下支架，方便現(xiàn)場施工。
[0021]—種如所述的加固系統(tǒng)的加固方法，具體步驟如下:步驟一，進行橋體現(xiàn)狀檢定。[〇〇22]步驟二，設計組合式預應力鋼橫隔梁。[〇〇23]步驟三，在主梁腹板上安裝連接鋼板。[〇〇24]步驟四，將第一橫梁、預應力加載機構和中橫梁連接成整體。
[0025]步驟五，將鉸接支座分別焊接在對應的連接鋼板上。
[0026]步驟六，吊裝第二橫梁并與對應的鉸接支座固定連接。[〇〇27]步驟七，整體吊裝并安裝第一橫梁、預應力加載機構和中橫梁，將吊裝第一橫梁與對應的鉸接支座固定連接，將中橫梁與第二橫梁對應連接。
[0028]步驟八，填充連接鋼板與主梁腹板之間的縫隙。[〇〇29]步驟九，重復步驟三至步驟八，完成橋體各主梁之間的加固系統(tǒng)的施工。
[0030]步驟十，對組合式預應力鋼橫隔梁進行預應力加載。
[0031]所述步驟十中，對組合式預應力鋼橫隔梁進行預應力加載，其中加載順序為由橋體中間向兩邊依次加載，依次加載完第一級后，再由中間開始加載第二級，依此類推，直至加載完成。
[0032]加載至設計要求后，每隔lOmin再進行一次補償加載，補償由于結構間隙及結構微變形產生的預應力損失，反復補償加載4?5次，直至設計要求的預應力在lOmin內不再發(fā)生變化，無預應力損失產生為止。
[0033]預應力加載機構可完成雙向加載，在填充連接鋼板與主梁腹板間的空隙時施加一定頂力，使填充材料與連接鋼板緊密接觸，保證填充的施工質量，待填充材料達到設計強度要求后，再反向進行預應力加載。[〇〇34]所述加載千斤頂在操作時，所施加的預應力除了應用經壓力機測試標定的扭矩扳手控制外，還可加設力傳感器等方式來控制，以方便施工，滿足不同的施工需求。
[0035]與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果:本發(fā)明克服了傳統(tǒng)橋體加固施工限制因素多、施工復雜不便、效率低、效果不好的缺點，解決了提高加固系統(tǒng)整體性能、方便施工的技術問題。[〇〇36]本發(fā)明結合裝配式簡支梁橋的結構特點、施工現(xiàn)場條件以及加固系統(tǒng)的可操作性等因素，提供一種適合城市道路中小型橋梁應用的、能夠快速加強橋梁橫向聯(lián)系的組合式預應力橫隔梁加固系統(tǒng)及方法，具有如下優(yōu)點:1、組合式預應力橫隔梁的兩側采用鉸接支座能有效解決相鄰主梁腹板側面不平順的問題，降低施工難度、提高施工效率。
[0037]2、組合式預應力橫隔梁采用連接鋼板及對拉螺栓與主梁連接形成加固系統(tǒng)，能夠分擔主梁腹板與組合式預應力橫隔梁連接處的應力集中，使舊橋與新裝加固結構整體性更好，提高整體性能，保證加固質量。[〇〇38]3、組合式預應力鋼橫隔梁加固較普通橫隔梁加固更有效，利用預應力加載機構使橫隔梁從原來的被動受力變成積極協(xié)調全橋工作，提高橋梁的整體工作性能。
[0039]本發(fā)明可廣泛應用于裝配式簡支梁板橋的舊橋加固施工中或者其他類似的梁板結構的加固施工中?！靖綀D說明】
[0040]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0041]圖1是本發(fā)明的加固系統(tǒng)的結構狀態(tài)示意圖。
[0042]圖2是本發(fā)明的組合式預應力鋼橫隔梁的結構示意圖。[〇〇43]圖3是圖2的結構俯視示意圖。
[0044]圖4是本發(fā)明的鉸接支座的結構示意圖。[0〇45]圖5是本發(fā)明的預應力加載機構的結構示意圖。
[0046]附圖標記:1_主梁、2-對拉螺栓、3-連接鋼板、4-鉸接支座、5-第一橫梁、6-中橫梁、 7-預應力加載機構、8-第二橫梁、9-連接管、10-內層鋼筒、11-外層鋼筒、12-加載機構底板、 13-加載千斤頂、14-加載活動支架、15-加載機構頂板、16-組合式預應力鋼橫隔梁。
【具體實施方式】
[0047]實施例參見圖2、圖3所示，這種組合式預應力鋼橫隔梁，包括在水平方向上依次連接的鉸接支座、第一橫梁5、中橫梁6、第二橫梁8和鉸接支座;其中第一橫梁5的前端和第二橫梁8的末端分別與鉸接支座鉸接連接;第一橫梁5的末端和第二橫梁8的前端分別套接于中橫梁6的兩端;所述第一橫梁5的末端還連接有預應力加載機構7，且預應力加載機構7位于中橫梁6的內部。
[0048]參見圖4所示，所述鉸接支座包括內層鋼筒10和套接在內層鋼筒10外側的外層鋼筒U，兩者活動連接;其中內層鋼筒10的橫截面為圓形，外層鋼筒11的橫截面為弧形、其弧度束不小于η弧度不大于3/4JI弧度，所述鉸接支座還包括連接管9，所述連接管的一端部固定連接在內側鋼筒10上未套接外層鋼筒11的一側。
[0049]參見圖5所示，所述預應力加載機構7包括加載機構支架和連接在加載機構支架上的加載千斤頂13;所述加載機構支架包括加載活動支架14、與加載活動支架14滑動連接的加載機構底板12以及連接在加載活動支架14端部的加載機構頂板15;其中加載千斤頂13連接在加載機構底板12和加載機構頂板15之間。
[0050]所述加載活動支架14的橫截面為躺置的Π形，其頂端的梁板與第一橫梁5的末端面焊接固定連接，兩直板穿過加載機構底板12、且末端通過螺栓與加載機構頂板15連接。
[0051]所述加載機構底板12固定連接在中橫梁6的內側壁的前部，加載機構底板12為矩形板或者圓形板、上面對稱開有穿過加載活動支架14的兩個直板的長孔。
[0052]所述中橫梁上開有加載千斤頂?shù)牟僮骺住?br>[0053]參見圖1所示，一種應用所述的組合式預應力鋼橫隔梁的加固系統(tǒng)，包括水平連接在橋體相鄰主梁之間的組合式預應力鋼橫隔梁16，相鄰主梁之間至少有一道組合式預應力鋼橫隔梁16，所述組合式預應力鋼橫隔梁16通過連接鋼板3與主梁I連接，所述組合式預應力鋼橫隔梁16兩端的連接管9分別與對應的連接鋼板3固定連接，所述連接鋼板3連接在主梁的腹板上。
[0054]參見圖2、圖3所示，所述連接鋼板3的橫截面為U形，由下至上包覆在主梁I腹板的端部，連接鋼板3的側板與主梁I的腹板之間通過對拉螺栓2連接。
[0055]—種如所述的加固系統(tǒng)的加固方法，包括舊橋現(xiàn)狀檢定過程、組合式預應力鋼橫隔梁16設計過程、組合式預應力鋼橫隔梁16安裝過程和組合式預應力鋼橫隔梁16預應力加載過程，具體步驟如下:
步驟一，進行舊橋橋體現(xiàn)狀檢定:S1、通過對待加固舊橋進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)主要病害；S2、通過有限元計算及橋梁標準靜、動荷載試驗對待加固舊橋結構工作狀態(tài)進行檢定，檢算及評定舊橋的承載力。
[0056]步驟二，設計組合式預應力鋼橫隔梁16:S1、設計確定加固后橋梁所要達到的承載能力，并根據(jù)待加固橋梁的有限元計算結果及結構損傷情況確定加固前后橋梁的承載力的差值;S2、根據(jù)此差值，按結構設計原理設計需增設的預應力鋼橫隔梁數(shù)量、截面及結構形式;通過理論計算設計確定加載預應力T的大小，根據(jù)設計預應力加載級別及橫隔粱結構空間要求選配加載千斤頂，配套設計預應力加載機構。
[0057]步驟三，在主梁腹板上安裝連接鋼板3:S1、連接鋼板3安裝前應進行主梁I的腹板混凝土表面進行處理，修復缺陷；S2、在主梁1的腹板適當位置打孔;S3、將連接鋼板3包覆于主梁腹板上，與主梁1腹板上的通孔配合對應鉆孔;S4、用貫穿主梁1的腹板的對拉螺栓2將連接鋼板3鎖緊并固定于主梁1上。[〇〇58]步驟四，將第一橫梁5、預應力加載機構7和中橫梁6連接成整體:S1、將加載機構底板12與中橫梁6焊接;S2、將加載活動支架12與第一橫梁5端部焊接;S3、將加載千斤頂13底部通過螺栓連接在加載機構底板12上;S4、將第一橫梁5套接于中橫梁6中，并使加載活動支架12穿過加載機構底板12上預留的長孔;S5、各部件位置調整合適后，將加載千斤頂13頂部和加載活動支架12分別與加載機構頂板15通過螺栓連接;S6、預應力加載機構7即安裝完成，此時第一橫梁5與中橫梁6連接為一個整體，進行后期整體吊裝及安裝。
[0059]步驟五，將鉸接支座分別焊接在對應的連接鋼板3上:將組合式預應力鋼橫隔梁16 兩端的鉸接支座4通過連接管9焊接在兩側連接鋼板3上。
[0060]步驟六，吊裝第二橫梁8并與對應的鉸接支座固定連接:第二橫梁8吊裝到位后，其末端與對應的鉸接支座4的外層套筒焊接固定。[0061 ]步驟七，整體吊裝并安裝第一橫梁5、預應力加載機構7和中橫梁6，將吊裝第一橫梁5與對應的鉸接支座固定連接，將中橫梁6與第二橫梁8對應連接:S1、操作加載千斤頂13 至最小行程，使第一橫梁5縮入中橫梁6的部分達到最大;將第二橫梁5與中橫梁6整體吊裝到位，其前端與對應的鉸接支座4的外層套筒11焊接固定;S2、操作加載千斤頂13至適當行程，使中橫梁6向右伸出，將第二橫梁8插入中橫梁6;S3、調整加載千斤頂13行程至適當位置，保證第二橫梁8插入中橫梁6的部分長度不小于中橫梁6長度的1/10即可，并將第二橫梁 8與中橫梁6焊接固定。
[0062]步驟八，填充連接鋼板3與主梁腹板之間的縫隙，向連接鋼板3與主梁1的腹板之間的間隙中注入高強度結構膠或細石混凝土等填充材料，增大受力面積，使主梁1的腹板與組合式預應力鋼橫隔梁16連接整體性更好，該過程中可操作加載千斤頂13,向組合式預應力鋼橫隔梁16兩端施加一定頂力，建議不超過0.1T，可使兩者間連接更加牢固。[〇〇63]步驟九，重復步驟三至步驟八，完成橋體各主梁之間的加固系統(tǒng)的施工；步驟十，對組合式預應力鋼橫隔梁16進行預應力加載:S1、必須等待連接鋼板3與主梁1 的腹板之間間隙中的填充材料達到設計強度要求后，才可進行預應力加載;S2、應用扭矩扳手依據(jù)扭矩壓力對照表操作加載千斤頂13進行分級加載，一般將設計加載預應力T分為4? 5個加載等級，扳手扭矩與加載千斤頂壓力的轉換需經理論計算并由壓力機測試標定。 [〇〇64]所述步驟十中，對組合式預應力鋼橫隔梁16進行預應力加載，其中加載順序為由橋體中間向兩邊依次加載，參見圖1所示，先D，再CE，然后BF，最后AG，依次加載完第一級后， 再由中間開始加載第二級，依此類推，直至加載完成。
[0065]加載至設計要求后，每隔lOmin再進行一次補償加載，補償由于結構間隙及結構微變形產生的預應力損失，反復補償加載4?5次，直至設計要求的預應力在lOmin內不再發(fā)生變化，無預應力損失產生為止。
[0066]當全部加載完成后，將鉸接支座的內層鋼筒和外層鋼筒焊接固定，另外，如果加載千斤頂13的自鎖能力能長時間滿足加載要求，則無需將第一橫梁5和中橫梁6焊接固定，而為了防止加載千斤頂13失效，可以將第一橫梁5和中橫梁6焊接固定或者通過安全銷等連接件將二者進行可拆卸連接。
【主權項】
1.一種組合式預應力鋼橫隔梁，其特征在于:包括在水平方向上依次連接第一橫梁 (5)、中橫梁(6)和第二橫梁(8);第一橫梁(5)的末端和第二橫梁(8)的前端分別套接于中橫梁(6)的兩端；所述第一橫梁(5)的末端還連接有預應力加載機構(7)，且預應力加載機構(7)位于中 橫梁(6)的內部。2.根據(jù)權利要求1所述的組合式預應力鋼橫隔梁，其特征在于:所述第一橫梁(5)的前 端和第二橫梁(8 )的末端分別連接有鉸接支座；所述鉸接支座包括內層鋼筒(10)和套接在內層鋼筒(10)外側的外層鋼筒(11)，兩者活 動連接；其中內層鋼筒(10)的橫截面為圓形，外層鋼筒(11)的橫截面為弧形、其弧度束不小于 弧度不大于3/4JI弧度。3.根據(jù)權利要求2所述的組合式預應力鋼橫隔梁，其特征在于:所述鉸接支座還包括連 接管(9)，所述連接管(9)的一端部固定連接在內側鋼筒(10)上未套接外層鋼筒(11)的一 側。4.根據(jù)權利要求3所述的組合式預應力鋼橫隔梁，其特征在于:所述預應力加載機構 (7)包括加載機構支架和連接在加載機構支架上的加載千斤頂(13);所述加載機構支架包括加載活動支架(14)、與加載活動支架(14)滑動連接的加載機構 底板(12)以及連接在加載活動支架(14)端部的加載機構頂板(15);其中加載千斤頂(13 )連接在加載機構底板(12 )和加載機構頂板(15 )之間。5.根據(jù)權利要求4所述的組合式預應力鋼橫隔梁，其特征在于:所述加載活動支架(14) 的橫截面為躺置的n形，其頂端的梁板與第一橫梁(5)的末端面固定連接，兩直板穿過加載 機構底板(12)、且末端通過連接件與加載機構頂板(15)連接。6.根據(jù)權利要求5所述的組合式預應力鋼橫隔梁，其特征在于:所述加載機構底板(12) 固定連接在中橫梁(6)的內側壁的前部，加載機構底板(12)為矩形板或者圓形板、上面對稱 開有穿過加載活動支架(14)的兩個直板的長孔。7.—種應用權利要求6所述的組合式預應力鋼橫隔梁的加固系統(tǒng)，包括水平連接在橋 體相鄰主梁之間的組合式預應力鋼橫隔梁(16)，其特征在于:相鄰主梁之間至少有一道組 合式預應力鋼橫隔梁(16)，所述組合式預應力鋼橫隔梁(16)通過連接鋼板(3)與主梁(1)連 接，所述組合式預應力鋼橫隔梁(16)兩端的連接管(9)分別與對應的連接鋼板(3)固定連 接，所述連接鋼板(3 )包覆在主梁腹板上。8.根據(jù)權利要求7所述的加固系統(tǒng)，其特征在于:所述連接鋼板(3)的橫截面為U形，由 下至上包覆在主梁(1)腹板的端部，連接鋼板(3)的側板與主梁(1)的腹板之間通過對拉螺 栓(2)連接。9.一種如權利要求8所述的加固系統(tǒng)的加固方法，其特征在于，具體步驟如下:步驟一，進行橋體現(xiàn)狀檢定；步驟二，設計組合式預應力鋼橫隔梁(16);步驟三，在主梁腹板上安裝連接鋼板(3 );步驟四，將第一橫梁(5)、預應力加載機構(7)和中橫梁(6)連接成整體；步驟五，將鉸接支座分別焊接在對應的連接鋼板(3)上；步驟六，吊裝第二橫梁(8)并與對應的鉸接支座固定連接；步驟七，整體吊裝并安裝第一橫梁(5)、預應力加載機構(7)和中橫梁(6)，將吊裝第一 橫梁5與對應的鉸接支座固定連接，將中橫梁(6 )與第二橫梁(8 )對應連接；步驟八，填充連接鋼板(3)與主梁腹板之間的縫隙；步驟九，重復步驟三至步驟八，完成橋體各主梁之間的加固系統(tǒng)的施工；步驟十，對組合式預應力鋼橫隔梁(16)進行預應力加載。10.根據(jù)權利要求9所述的加固方法，其特征在于:所述步驟十中，對組合式預應力鋼橫 隔梁(16)進行預應力加載，其中加載順序為由橋體中間向兩邊依次加載，依次加載完第一 級后，再由中間開始加載第二級，依此類推，直至加載完成；加載至設計要求后，每隔l〇min再進行一次補償加載，補償由于結構間隙及結構微變形 產生的預應力損失，反復補償加載4?5次，直至設計要求的預應力在lOmin內不再發(fā)生變 化，無預應力損失產生為止。
【文檔編號】E01D22/00GK105951613SQ201610541230
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】王光明, 王灝, 姚嘉, 喬捷, 段文志, 皮海濤, 徐萬林, 葉小雷, 趙靈霞, 胡月
【申請人】北京市市政工程研究院, 北京市政路橋股份有限公司