一种梁拱组合的加固体系的制作方法

本发明涉及桥梁工程领域，特别是涉及对既有桥梁进行维修加固的领域。

背景技术：

1、随着我国交通事业的发展，越来越多的公路和市政桥梁，由于长期受力以及自然灾害等外因影响，存在老化、腐蚀、碳化等问题，且随着重型车辆的增多，道路桥梁承受的荷载越来越大，我国正在运营中的一些桥梁，其部件因老化、损坏或限制，已不能满足现代交通运输的要求。随着桥梁维修时代的逐渐来临，越来越多的桥梁，尤其是大跨径连续梁、连续刚构的病害越来越凸显，这些问题已经严重影响桥梁的安全性和使用寿命。

2、目前，桥梁的加固方法有体外预应力法、增大截面法、黏贴钢板或碳纤维片材法、支撑加固法等。但是以上方法都有其局限性，或受力不明确，加固效应差，或增加荷载对原有结构产生额外负担，大多方法都对原有梁体本身产生不同程度的损伤，对大跨径连续梁、连续刚构的适用性较差，加固效果不明显。因此，在维修加固的设计中，选择合理的加固形式，对将来运营过程中的安全及耐久性考虑显得尤为突出。

3、在连续梁加固时，应最大程度的减少对梁体结构的损伤，同时需满足计算受力明确清晰，施工工艺稳定成熟，且针对其病害的治理有显著效果，因此，亟需一种针对既有桥梁的梁拱组合体系来解决。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种受力合理，对梁体损伤小，能显著抑制结构下挠及裂缝扩展的方案，来解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种针对既有桥梁的梁拱组合加固体系，包括老桥两侧新增钢管拱及诺干吊杆，所述吊杆上端连接钢管拱，下端连接梁底的横向钢横梁，所述钢横梁上设置支座与梁体形成点支撑，通过张拉吊杆的方式对梁体提供向上的力，提高桥梁整体刚度，增强梁体承载能力，达到加固的效果。

4、进一步的，所述梁拱组合体系，需要增加桩基、加固老桥承台、加宽老桥墩身，并在墩身上设置拱座，以方便钢管拱通过拱座向下部结构传递竖向力，分担并减小老桥结构承担的荷载。

5、进一步的，选择钢管拱的矢跨比时，应参考相关规范的推荐值，并结合具体的工程条件和结构性能要求进行综合考虑。根据《gb50923-2013》钢管混凝土拱桥技术规范，钢管混凝土拱桥的主拱矢跨比宜为1/3.5～1/6.0；从结构极限承载力、稳定性或用钢量及动力特性角度,矢跨比取值f/l＝1/5左右更合理。

6、进一步的，确定拱的截面形式，可根据桥梁跨径的大小和美观要求，包括但不限于采用采用单圆管、哑铃型、桁架式、矩形、工字型和箱型等截面。

7、进一步的，所述梁拱组合体系，需要利用midas civil采用平面杆系单元，建立加固前的全桥三维有限元模型，用以评估分析老桥各部件结构的受力状况。而后建立加固后的全桥三维有限元模型，模拟加固施工过程，并对加固后运营期间的梁体进行承载能力、抗裂能力分析验算，得出每一根吊杆的张拉力和张拉顺序。

8、进一步的，根据模型计算所得钢管拱水平力的大小，可选择在拱座处张拉体外预应力作为柔性系杆，减少或平衡拱结构的水平力。

9、进一步的，所述的梁底钢横梁，应根据吊杆的张拉力大小确定其截面形状和尺寸，最大挠度应小于1/400计算跨径。其截面包括但不限于采用工字型、箱型、十字形等形状。

10、进一步的，所述钢横梁，其上设置有供连接吊杆的耳块，耳块与吊杆之间通过销轴连接。根据《钢结构设计标准》(gb50017-2017)的11.6.3条，吊杆下端吊耳块需进行抗拉、抗剪强度计算，销轴需进行承压、抗剪强度计算。

11、进一步的，老桥桥墩横向增大截面，并在墩顶实施拱座，使拱的竖向力通过拱座传递给桥墩，并进一步传递给基础。所述增大的墩身形状，可根据实际空间大小和美观要求情况选择花瓶墩型或板式墩型。加宽部分与老桥墩身的连接采用凿毛、植筋连接，为保证植筋质量的可靠性，植筋深度应确保钢筋与基材的粘结力，通常受拉钢筋的最小锚固长度为0.3倍的基本锚固长度(ls)或10倍的钢筋直径(d)和100mm中的较大值；受压钢筋的最小锚固长度为0.6倍的基本锚固长度(ls)或10倍的钢筋直径(d)和100mm中的较大值。

12、进一步的，横向加宽、向下加厚老桥承台，使新增大的桥墩截面可通过承台支承，将荷载传递至桩基。所述老桥承台向下挖出需加厚的深度，对老桥承台进行凿毛和植筋以加强新老混凝土的连接。加固后承台总厚度不小于1.5倍桩基直径且不小于1.5m，并根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(jtg 3362-2018)》拉杆-压杆模型计算其斜压杆和拉杆承载力，并进行冲切承载力验算；承台加宽宽度，以距离最外侧桩基0.3倍桩基直径且不小于50cm控制。

13、进一步的，所述新增桩基以支承新增荷载，并减小老桥桩基荷载，其通过与承台刚接，同既有桥梁桩基一起参与全桥整体受力。根据“jtg 3363-2019《公路桥涵地基与基础设计规范》(jtg 3363-2019)附录l：按m法计算弹性桩水平位移及作用效应中的第l.06条，桩顶受力的多排竖直桩式桥墩计算用表”，计算确定各个桩基的受力值，并根据其值确定桩长并计算截面配筋。

14、进一步的，所述承台内部安装三角反力桁架和千斤顶，用以对新桩基施加竖向力，加速新桩基的沉降，减少加固后运营期因新老桩基沉降差而产生的负效应。承台内设置三角反力桁架，其通过植筋锚固于老桥承台侧面，在新增桩基顶部放置千斤顶，千斤顶通过三角反力桁架给新增桩基施加竖向力，该力的大小为计算所得加固后的新桩基受荷值。

15、进一步的，因在新增桩基沉降过程中千斤顶的力会不断减小，因此沉降过程需不断调整千斤顶。桩顶反力应逐级加载，最后一级加载结束，全部沉降到位且稳定后，可卸载拆除三角反力桁架，随后浇筑承台。

16、本发明具有如下特点：

17、1、使用时，为了减少新增的结构荷载，对既有的桥梁桩基产生附加荷载，需要通过新增桩基分配其荷载，避免因荷载增加超出老桥桩基的承载极限。

18、2、使用时，新增的桩基通过承台加宽、加厚，与老桥桩基共同参与受力，确保了新老基础结构的整体性。

19、3、使用时，承台内部设置有三角反力桁架和千斤顶，可以使新桩基提前受荷，减少新老桩基沉降差，确保新桩能有效参与受力。

20、4、桥墩横向增大截面，以增大桥墩的结构刚度，增加其抗弯和抗剪承载能力，同时为拱座的设置提供竖向支撑。

21、5、拱座在扩大截面的桥墩上浇筑完后，逐步安装拱肋和吊杆，梁底安装钢横梁，并通过吊杆与钢管拱联系在一起，根据计算所需的张拉力张拉吊杆，所有部件参与受力，完成加固过程的体系转换。

22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

23、1、采用拱式结构，吊杆垂直作用于梁体上，不对梁体产生水平分向力，相比斜拉索加固方式，调整梁体应力分配更有力，可降低对梁体纵向压力，减轻混凝土受压应力。

24、2、通过新增桩基固结于承台参与受力分配，可以承担新增荷载，并减少老桥桩基的受荷，减轻对老桥桩基的损害，也可以满足桥梁未来提载增速的需要。

25、3、承台通过植筋横向加宽，向下加厚，既不侵占桥下的行洪断面或通航净空，最大程度降低对水利或航道管理的影响，同时增大了承台截面，增加了承台刚度，提高承台整体抗弯和抗剪承载力，达到加固、增强承台的效果。

26、4、承台内部的三角反力桁架，可以加速施工期新桩基的沉降，采用主动受荷的方式，在承台固结前就参与既有桥梁荷载的受力分配，减少加固后因为桩基沉降差产生的负效应。

27、5、桥墩通过植筋的方式横向加宽，加大截面尺寸增加其截面惯性矩，整个下部结构形成整体，增大了抗弯、抗剪和承压能力，为加固体系荷载的增加，桥梁后期提载提供了基础。

28、6、钢管拱通过吊杆对梁体提供诺干个向上的支撑力，可有效改善连续梁整体受力，能显著减轻梁体的下挠、震颤的病害并限制裂缝的发展。

29、7、在梁底钢横梁上设置支座与梁底连接，无需对梁体植筋连接，可最大程度减轻整个结构体系对梁体的伤害，且支座为点支撑，受力模式简单，设计和施工难度均较小。

30、8、梁底钢横梁通过耳块与吊杆连接，受力清晰明确，与传统钢锚箱的方式相比，施工更为简单便利，未来更换吊杆操作更便捷。

31、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。