一种简支板或简支梁桥梁的加固方法

摘要

本发明公开了一种简支板或简支梁桥梁的加固方法，属于桥梁工程领域，包括在需要加固的跨的墩台的两个侧面设置拱座，该拱座附着在墩台上且与墩台形成整体；在需要加固的跨的板梁下方设置拱肋，该拱肋在该板梁中段与其底部形成整体，且该拱肋的两个端部分别抵接墩台上的拱座，并该两个端部与拱座形成整体；在需要加固的跨的板梁底面设置横向联系梁，该横向联系梁垂直板梁长度方向并与桥梁底面形成整体，且该横向联系梁与所述拱肋也形成整体，以此方式，使受力从单纯的板梁受力变为板拱组合结构受力，大幅度提高了原结构的承载力和刚度。本发明方法具有比粘贴板材等加固法更好的加固效果。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程施工技术领域，涉及一种桥梁加固方法，尤其涉及一种简支板或简支梁桥梁的加固方法。

背景技术

我国现有70余万座桥梁中，中小跨度的简支板结构的桥梁和简支梁结构的桥梁在数量上占据绝对多数。由于设计、施工和管理等多方面的原因，许多桥梁投入运营前就存在质量瑕疵，加上养护难以到位和超载严重等现实因素，导致目前运营中的桥梁病害较普遍，严重影响桥梁安全性和耐久性。为了满足交通要求，需要将一些中小跨径旧桥拆除重建，但是该方法不仅不经济，而且会中断交通，费时费工。因此，实际情况中常常需要对简支板或者简支梁进行加固以使其满足逐步繁重的交通。

由于板的刚度相对较小，加上各板横向之间相互紧挨着，除了板底空间外，腹板侧面没有加固空间。因此，虽然板式结构主要用在中小桥梁中，但是其加固却非常困难。目前，简支板结构的主要加固方法有：

(1)板底粘贴纤维材料或钢板：该法采用建筑结构胶将碳纤维布粘贴在混凝土表面或采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘结在板桥的受拉区域或薄弱部位，使所粘贴的材料与板共同受力以达到增强的目的。这种方法增强了板底抗拉性能，可在一定程度上提高板的抗弯承载力，但是在提高板的刚度上效果微乎其微；

(2)底面施加预应力：该法通过锚固于两侧边板底部的支承角钢上的预应力筋，对桥梁施加预应力。该法不仅可以事先改善板的受力状态，且可以提高板的抗弯承载力，但是其无法对板式结构施加强大的预应力，加固效果有限。

由于简支板或简支梁加固方式受限，且提高原有结构承载力和刚度的能力有限，现有的简支板或简支梁的加固方法无法满足需要大幅度加固提载的工程项目，更无法满足特种荷载过桥等特殊情况的要求，并且不能达到经济上合理、施工上便利的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种简支板或简支梁桥梁的加固方法，其目的在于利用板拱组合效应对简支板和简支梁进行加固，采用该方法不仅能增大桥梁板结构的承载力和刚度，使加固过的简支板或简支梁能满足特种载荷过桥的要求，本发明方法还能满足大幅度加固提载的项目需求，而且由此解决目前加固方法中提高原有结构承载力和刚度的能力不足的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种简支板或简支梁桥梁的加固方法，该简支板或简支梁桥梁包括至少一跨，每跨包括墩台和受墩台支撑的用于供车辆和行人在其上通过的板梁，其特征在于，包括如下步骤：

在需要加固的跨的墩台的两个侧面均设置拱座，该拱座附着在墩台上且与墩台形成整体；

在需要加固的跨的板梁下方设置拱肋，该拱肋在该板梁中段与板梁底部形成整体，且该拱肋的两个端部分别抵接墩台上的拱座，并该两个端部与拱座形成整体；

在需要加固的跨的板梁底面设置横向联系梁，该横向联系梁的长度方向垂直板梁长度方向并与板梁底面形成整体，且该横向联系梁与所述拱肋也形成整体；

以上形成的各整体，使简支板或简支梁桥梁的受力情况从单纯的板梁受力变为板拱组合结构受力，使其承载力和刚度得到大幅度提高，从而实现对原简支板或简支梁桥梁的加固。

进一步的，在需要加固的跨的板梁中段的底面设置的横向联系梁具有相互平行的两根或者多根，横向联系梁具有一定宽度，该宽度应通过具体计算确定，该横向联系梁在整个宽度上均与板梁底面形成整体，并且拱肋在整个横向联系梁宽度上与该横向联系梁形成整体。

进一步的，在需要加固的跨的板梁下方设置拱肋，拱肋的横截面形式或矢跨比可以相同也可以不同。实际操作中可根据设计要求和通航能力要求改变拱肋的横截面形式或矢跨比，以实现人为控制加固的刚度和承载力。横截面形式即为横截面形状和横截面面积。

进一步的，在需要加固的跨的板梁下方沿板梁宽度方向设置多根相互平行的拱肋，以使板梁在其整个宽度方向均受拱肋支撑。

进一步的，在需要加固的跨的墩台的两个侧面设置拱座步骤中，先向墩台植入拱座钢筋，且锚固在同一墩台上的左右跨的拱脚钢筋穿透墩身厚度，以使位于所述两个侧面的拱座钢筋连接起来。

进一步的，在需要加固的跨的板梁下方设置拱肋步骤中，先将拱肋中起承力和连接作用的拱肋钢筋与所述拱座钢筋固定连接。

进一步的，在需要加固的跨的板梁底面设置横向联系梁步骤中，先向板梁底面植入连接板梁与横向联系梁的“U”形钢筋，所述“U”形钢筋开口端位于板梁内。

进一步的，在拱肋中段与板梁接触的地方植入拱肋“U”形钢筋，以使拱肋和板梁牢固结合。

进一步的，所述拱肋钢筋中部分钢筋穿过所述拱肋“U”形钢筋，以在浇筑混凝土后使所述拱肋在板梁中段与板梁底面形成整体。

本发明中，需要被加固的简支板和简支梁的供车辆和行人在其上通过的结构被称为板梁，需要被加固的桥梁的桥墩和桥台称为墩台。简支板和简支梁可被简称为简支板梁。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明所提供的加固方法，由于在板梁底面增设拱肋，拱肋在板梁中段也即跨中段与板梁底面形成整体，相当于将板梁和拱肋的受力作用组合起来，从而大幅度提高了被加固后板梁的承载力和刚度，使加固后的桥梁不仅能满足特种荷载通行，还能具有较大富余。本发明方法具有比粘贴板材等加固法更好的加固效果；

2、本发明方法中，拱肋作用在拱座上的力相当于“免费”给附着的拱座与墩台之间提供了强大压力，提高了二者结合面的粘结力，有效增强了新增的拱座与墩台之间的连接，确保连接可靠；

3、本发明加固法的加固构件类型少，受力简单、明确，板拱组合效应显著；

4、本发明的特征还在于加固后的结构整体承载力和刚度可以通过调整拱肋的截面尺寸和矢跨比来实现人为调控；

5、本发明所提供的加固方法在桥底实施，施工方便，且避免了加固施工期间对桥面交通的影响；

6、本发明方法非常适合于中小跨径的桥梁结构加固工程，尤其是刚度较小的板式结构。

附图说明

图1是本发明实施例中进行加固后的简支板桥结构示意图；

图2是本发明实施例中加固的简支板桥结构中加固钢筋大致示意图；

图3是本发明实施例中加固的简支板桥结构中墩台的加固钢筋示意图；

图4是本发明实施例中加固的简支板桥结构的加固大样立面图；

图5是本发明实施例中加固的简支板桥结构的加固横断面图，该横断面是垂直于行车方向。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-拱肋    2-横向联系梁  3-拱座

4-原板梁  5-桥墩        6-桥台

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明中，需要被加固的简支板和简支梁的供车辆和行人在其上通过的结构被称为板梁，需要被加固的桥梁的桥墩和桥台称为墩台。

简支板和简支梁包括至少一跨，一般来说，桥梁具有多个跨。

本发明方法主要包括的步骤为：

先向墩台植入拱座中起承力或连接作用的拱座钢筋，且锚固在同一桥墩上的左右跨拱脚钢筋，在植筋时将穿透墩身厚度，以使拱座钢筋连接起来。然后布设拱座中其他钢筋，接着浇筑混凝土，即在需要加固的跨的墩台的两个侧面均设置拱座，待混凝土凝固后，该拱座附着在墩台上且与墩台形成整体；

在需要加固的跨的板梁下方沿板梁宽度方向设置多根相互平行排列的拱肋，该拱肋在板梁中段与板梁底部形成整体，且该拱肋的两个端部分别抵接墩台上的拱座，并该两个端部与拱座形成整体；在需要加固的跨的板梁下方设置拱肋时，拱肋的横截面面积、横截面形状或矢跨比可以相同也可以不同。实际操作中可根据设计要求和通航能力要求改变拱肋的横截面面积、横截面形状或矢跨比，以实现人为控制加固的刚度和承载力。在需要加固的跨的板梁下方沿板梁宽度方向设置多根相互平行排列的拱肋，可使板梁在其整个宽度方向均受拱肋支撑。设置拱肋的具体步骤为：先将拱肋中拱肋钢筋与拱座中的部分钢筋固定连接，此处的固定连接即为焊接，还可以是铆接、箍扎等钢筋之间的连接方式。拱肋钢筋中部分钢筋穿过拱肋与板梁底面植入的“U”形钢筋，以在浇筑混凝土后使拱肋在板梁中段与板梁底面形成整体；

在需要加固的跨的板梁底面设置横向联系梁，该横向联系梁的长度方向垂直原板梁长度方向并与桥梁底面通过植入钢筋连接形成整体，且该横向联系梁与所述拱肋在板梁中段也形成整体。横向联系梁具有一定宽度，且可为相互平行的两根或者多根，具体的数量根据设计计算确定，实际情况中，可能没有横向联系梁，如果有，则一定至少为两根，横向联系梁的宽度应通过具体计算确定，两根横向联系梁均位于板梁中段并相隔一定距离，板梁中段等同为跨中段，该横向联系梁在整个宽度上均与板梁底面形成整体，并拱肋在整个横向联系梁宽度上与该横向联系梁形成整体。该步骤中，先向板梁底面植入连接板梁与横向联系梁的“U”形钢筋，所述“U”形钢筋开口端位于板梁内。横向联系梁中，沿其长度方向还布置有其他的受力钢筋。

即，所述拱座、拱肋以及横向联系梁采用先在墩台和板梁底部植入钢筋，然后布设结构的其他钢筋，再浇筑混凝土的方式获得，以使拱座与墩台、拱肋与拱座、拱肋在板梁中段与横向联系梁以及板梁底面均形成整体，以此方式，使受力情况从单纯的板梁受力变为板拱组合结构受力，即使偏安全地仅考虑拱的作用，也能大幅度提高原结构上部的承载力和刚度；拱肋作用在拱座上的反力也为拱座与墩台之间提供了强大压力，提高了二者结合面的粘结力，有效增强了新增拱座与墩台之间的连接，确保连接可靠。

图1是本发明实施例中进行加固后的简支板桥结构示意图，该桥共三跨，由南至北跨径分别为：第一跨6.9m；第二跨7.0m；第三跨6.8m；全长总长20.7米。桥面宽度为净宽12.5m加上2×0.75m的护栏及安全带，桥面全宽14.0m。该图中的简支板桥梁包括原板梁4，桥台6，桥台数量为2座，分别分布在桥头和桥尾，桥墩数量为2座，分布在两座桥台之间，原板梁4、桥墩5和桥台6构成了该桥的主要受力机构。原板梁4位于墩台上面，受墩台支撑，行人和车辆从原板梁上来往通过。在原板梁的横向方向，也即垂直于行车方向上布置有横向联系梁2，其用于将多个平行布置的拱肋1连接为整体，且同时与原板梁固定为整体，其拱肋和原板梁之间牢固可靠的连接。拱肋3附着在墩台上，拱肋3受拱肋的作用力，“免费”给附着式拱座与墩台之间提供了强大压力，提高了二者结合面的粘结力，有效增强了新增拱座与墩台之间的连接，确保连接可靠性。

结合图2，对采用本发明方法加固的简支板桥梁的受力情况进行分析如下：行人和车辆进入桥梁的简支板上时，对简支板施加向下的压力，该压力由原简支板或简支梁结构与加固获得的拱结构共同承担，拱肋受力后在拱脚截面产生竖向反力、水平反力及弯矩，其中水平反力为拱座与墩台之间提供了强大压力，使两者牢固结合而增强了加固后结构的稳定性；横向联系梁则起到加强拱肋之间的横向联系、增强结构横向刚度及提高结构整体性的作用。相比加固之前简支板或者简支梁的受力，加固后结构为板—拱组合结构，其上部结构承载力和刚度更大，从而实现加固的目的。

图2是本发明实施例中加固的简支板桥结构中加固钢筋大致示意图，应该注意的是，本图仅供示意用，实际钢筋布设需经过具体计算。从图中可知，在墩台中植入了拱座钢筋，并布设了其他受力钢筋和起维护、拉结、分布作用的构造钢筋。拱肋钢筋和拱座钢筋相互固定在一起，保证两者牢固连接。为了保证拱肋和原板梁底面的牢固连接，在拱肋中段与原板梁相接触的地方还植入了“U”形钢筋，拱肋钢筋中部分钢筋穿过了该“U”形钢筋，横向联系梁中与原板梁间也植入了“U”形钢筋，但在该图中没有画出。该图中，黑色加粗部分为钢筋，黑色的点为垂直于纸面的钢筋，黑色非加粗的线条为浇筑成型后的结构形状。

图3是本发明实施例中加固的简支板桥结构中墩台的加固钢筋示意图，该示意图为垂直于拱座长度方向的截面图，拱座的长度方向与桥面的宽度方向一致。该图中，相对较粗的为植入在墩台中的受力钢筋，黑色的小圆点代表沿拱座长度方向布置的钢筋。该图中，拱座长度方向即垂直于纸面。

图4本发明实施例中加固的简支板桥结构的加固大样立面图，该图是在构造钢筋和受力钢筋上浇筑了混凝土后的示意图。该示意图是第二跨沿长度方向示意图，从图可知横向联系梁2与拱肋1形成为一个整体，且拱肋3的中段与原板梁也通过植筋和浇筑混凝土而形成为整体。拱肋1与拱座3也通过浇筑混凝土和绑扎、焊接钢筋而形成整体，使拱肋、拱座以及横向联系梁紧密连接为整体。该图中波浪线代表实际水面。

图5是本发明实施例中加固的简支板桥结构的加固横断面图，该横断面是垂直于行车方向。从图中可知，桥墩或者桥台为一整块钢筋混凝土，原板梁位于桥墩和桥台上方并受桥墩和桥台的支撑，在原板梁上还设置了护栏(图5中位于原板梁上面且左右对称突出部分即为护栏)。在原板梁下面紧接着即为横向联系梁2，与横向联系梁2紧密接触的为多根相互平行的拱肋1，拱肋1与拱座3形成整体，拱座3整体附着在钢筋混凝土的桥墩或者桥台上，拱座3的长度等于或略小于桥墩或者桥台的宽度，拱座3也为一整块的钢筋混凝土。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。