一种桥梁墩盖梁抗冲切与预应力协同控制的加固施工方法与流程

本发明涉及桥梁施工，尤其涉及一种桥梁墩盖梁抗冲切与预应力协同控制的加固施工方法。

背景技术：

1、在缆索吊装施工的大跨度桥梁中，塔架通常支承于引桥的盖梁上，如图1所示。塔架在吊装过程中承受巨大的竖向集中荷载和水平荷载，且荷载随吊装位置变化而动态改变。传统盖梁设计主要考虑恒载和活载的静态组合，忽略了施工过程中风缆张拉、混凝土变形等因素引起的荷载时变效应。此外，塔架立柱与盖梁的连接节点往往采用植筋或预留孔后灌浆方式，存在锚固可靠性差、应力集中明显、后期拆除困难等问题。当塔架荷载较大时，盖梁可能发生两类破坏：一是沿长度方向的整体弯曲破坏；二是塔柱作用区域的局部冲切破坏。现有加固方法中，纵向预应力通常按经验配置，未能精准匹配实际的动态弯矩分布；横向抗冲切措施多为增加箍筋或加厚盖梁，效果有限且影响建筑净空。

2、因此，亟需一种能够动态响应施工荷载变化、同时解决弯曲和冲切问题、并便于拆装的盖梁加固方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种桥梁墩盖梁抗冲切与预应力协同控制的加固施工方法，可有效解决背景技术中的问题。

2、本发明提供的一种桥梁墩盖梁抗冲切与预应力协同控制的加固施工方法，步骤包括：

3、获取塔架传递至盖梁的荷载分布，计算出盖梁所需抵抗的正负弯矩极值与局部冲切临界值；

4、基于正负弯矩极值，在盖梁全长范围内布设并张拉纵向预应力筋，形成纵向预应力体系；

5、基于局部冲切临界值，在盖梁横向布设并张拉多根螺纹钢，形成横向预应力抗冲切体系；

6、在盖梁顶部预埋连接钢板，并在连接钢板上焊接多根竖向螺纹钢，用于与塔架根部节段锁定；

7、将塔架根部底板穿过竖向螺纹钢后放置于连接钢板上，使用双螺母将塔架根部节段锁定，使塔架荷载通过连接钢板传递至盖梁；

8、在缆索吊装系统运行过程中，实时监测纵向预应力筋、螺纹钢以及塔架根部锁定处的应力，将监测值与理论计算值对比，验证可靠性。

9、进一步地，计算正负弯矩极值的具体方法为：

10、将施工过程按顺序将不同的工况进行编号，在第j工况下：

11、计算塔架顶理论偏位u0；

12、计算塔架混凝土累积变形为：

13、；

14、式中，为第i工况塔根平均压应力；

15、为第i工况的持续天数；

16、则塔架顶的修正偏位为：

17、；

18、式中，为第j工况下风缆的实际张拉力；

19、η为风缆影响系数；

20、将作为边界条件代入塔架有限元模型，反算得到传递至盖梁四个塔柱根部的竖向力与水平力；

21、将盖梁沿长度方向设置n个截面；记第n个截面坐标为，其弯矩理论值为：

22、；

23、式中，为第k个塔柱对应的坐标；

24、为第p个支座对应的坐标；

25、为第j工况下第p个支座的反力；

26、i()为示性函数，括号内条件成立时为1，否则为0；

27、计算弯矩时变系数：

28、；

29、式中，为截面处设计弯矩值；

30、计算所有工况下的，最大值和最小值分别为截面处的正弯矩极值和负弯矩极值。

31、进一步地，计算局部冲切临界值的具体方法为：

32、计算盖梁的抗冲切承载力设计基准值；

33、计算变形衰减因子：

34、；

35、式中，t为盖梁浇筑完成至当前施工时刻的龄期；

36、计算荷载偏心放大因子：

37、；

38、式中，为竖向力在塔柱底板上的偏心距；

39、α为塔柱底板边长；

40、计算实际可用抗冲切承载力：

41、；

42、计算需求冲切力：

43、；

44、式中，为中的最大值；

45、计算局部冲切临界值：

46、。

47、进一步地，布设并张拉纵向预应力筋的具体方法为：

48、计算截面处纵向预应力筋在正弯矩区和负弯矩区应提供的等效弯矩：

49、；

50、；

51、计算截面处的偏心距：

52、；

53、式中，为或中的绝对值最大值；

54、rm为钢绞线抗拉强度；

55、为单根钢绞线截面面积；

56、为预应力束数量，≥4且为2的倍数；

57、l为盖梁长度；

58、记h为盖梁厚度，将从小到大进行取值后计算每次取值时所有截面的最大值为，直至满足≤0.2h时，取此时的数值进行后续步骤；

59、将纵向预应力筋分为上下两层，每层布设束；

60、张拉时，从盖梁两侧向中间对称、分级进行张拉，每级张拉后持荷设定时间；张拉顺序为先张拉上层预应力束，后张拉下层预应力束，且同层内先张拉中间束，后张拉两侧束。

61、进一步地，布设并张拉横向预应力抗冲切体系的具体方法为：

62、计算横向预应力筋应提供的总预压力；

63、计算螺纹钢布设数量：

64、；

65、式中，为单根螺纹钢的截面面积；

66、为螺纹钢的抗拉强度；

67、将螺纹钢垂直盖梁长度方向，在塔架作用区域的盖梁全宽范围内分三层、等间距布设；

68、张拉时，对所有螺纹钢同步、分级施加预应力，施加预应力后，采用双螺母配合锚具进行锁定。

69、进一步地，盖梁顶部预埋连接钢板具体方法为：

70、在盖梁浇筑混凝土前，在对应塔架每个立柱落脚点的位置，分别放置一块平面钢板作为连接钢板；

71、在每块连接钢板的底面焊接多根螺纹钢勾筋，并将这些勾筋与盖梁的钢筋骨架绑扎或焊接为一体，确保勾筋锚固于盖梁混凝土内；

72、在每块连接钢板的顶面，垂直焊接多根呈矩阵式分布的竖向螺纹钢；

73、浇筑盖梁混凝土，使连接钢板的顶面与盖梁顶面齐平。

74、进一步地，锁定塔架根部节段的具体方法为：

75、在塔架根部节段的底板上，对应连接钢板顶面的竖向螺纹钢位置，预先开设匹配的预留孔；

76、吊装塔架根部节段，使预埋的竖向螺纹钢穿过底板的预留孔，将底板平稳落于预埋连接钢板上；

77、在穿过底板的多根竖向螺纹钢的顶端，依次安装锚具与双螺母，并采用扭矩扳手对每个双螺母施加相等的拧紧扭矩。

78、进一步地，在完成纵向预应力筋与横向螺纹钢的初次张拉和锚固后，还包括补偿张拉步骤：

79、在盖梁内沿纵向预应力筋的曲线路径和横向螺纹钢的直线路径上，预先布设i个应变传感器，采集初次张拉后第i个测点的混凝土应变，并计算该点的理论弹性应变：

80、；

81、式中，为单束预应力筋的有效预拉力；

82、为第i测点处预应力筋的偏心距；

83、为第i测点至盖梁中性轴的距离；

84、r为截面回转半径；

85、为混凝土弹性模量；

86、为换算截面面积；

87、计算整体效率系数：

88、；

89、计算补偿张拉时应增加的应力值：

90、；

91、式中，为初始张拉控制应力；

92、为补偿调整系数；

93、在安装塔架节段之前，对所有纵向预应力筋和横向螺纹钢按进行补偿张拉。

94、进一步地，实施监测前，先建立理论应力计算模型：

95、建立包括盖梁、纵向预应力筋、横向螺纹钢以及塔架根部预埋连接构造在内的整体有限元模型；

96、将设计荷载施加于模型中的塔架根部节点，计算出各监测点在各级荷载下的理论应力值或应变值；

97、将理论计算值作为监测比对基准，并设定偏差阈值，当实测值超出设定阈值时触发预警。

98、进一步地，监测点的布设位置与监测内容具体为：

99、在每根纵向预应力筋的锚固端和张拉端布设锚索计，监测其长期有效预应力；

100、在盖梁内横向预应力抗冲切体系作用区域的混凝土表面布设振弦式应变计，监测混凝土的压应力分布；

101、在塔架根部节段底板与预埋连接钢板的接缝处布设多个位移计，监测二者之间的相对滑移与开合度；

102、在每根用于锁定塔架根部的竖向螺纹钢的螺母下方布设穿心式压力传感器，监测其轴力变化；

103、所有监测数据通过智能采集模块以设定频率实时上传至监测平台，平台内置理论应力模型，自动对比实测值与理论值，当任一指标超限时触发声光报警。

104、通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

105、本方法通过建立动态荷载模型，将风缆张拉引起的强制偏位和混凝土累积变形纳入塔顶位移修正，反算得到各施工工况下塔根的真实竖向力进而计算出盖梁各截面的弯矩时变系数，使弯矩极值取值更贴合实际，避免了传统静态设计与现实载荷、变形情况相差较大的问题。