一种复合材料抢修桥墩结构形式及其快速化架设方法与流程

1.本发明涉及一种复合材料抢修桥墩结构形式及其快速化架设方法，属于桥梁工程技术领域。


背景技术：

2.从公开资料来看，较少见到国外开发专门用于桥墩抢修的专用器材。国内的桥梁抢修墩一般可以分为铁路抢修桥墩和公路抢修桥墩两大类，铁路抢修桥墩装备主要包括八三式铁路军用桥墩(5～10m)和六五式铁路军用桥墩(10～40m)，还有少量的铁路抢修高墩(70m以上)。公路抢修桥墩主要包括装配式公路钢桥墩和利用装配式公路钢桥桁架片(321或zb-200型)拼装的临时桥墩，另外还有钢管临时墩。由此可见，在抢修墩制式装备研发和使用方面，国内主要以铁路桥梁抢修墩为主，公路桥梁抢修墩只有两款器材，而且适应高度最大为30米，已经远远不能满足大量出现的高墩公路桥梁抢修需求；且现有抢修墩均为钢制结构，存在的主要问题为构件类型与数量多、重量大，拼装架设周期随墩高增加呈非线性增长，一般20米以内桥墩可以控制在数小时以内，但是超过50米的高墩架设时间以数天计，难以完全满足现代战争与抢险救灾快速化抢修的要求。抢修墩主要采用扒杆或吊车进行构件吊装、高空人工拼装为主的架设方式，只有铁路抢修高墩采用了底部人工进行构件拼装、桥墩整体液压顶升的方法进行架设，其架设过程复杂，架设周期长。
3.综上所述，现有抢修桥墩基本上都存在钢制构件类型和数量多，重量大等缺点，导致拼装架设周期长，从而难以完全满足现代战争与抢险救灾快速化抢修的要求。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种结构形式简单、轻量化的抢修桥墩及其快速化架设的方法。
5.技术方案：本发明提供了一种复合材料抢修桥墩结构形式，即一种结构形式简单且轻量化的抢修桥墩，包括设于顶部的帽梁，用于支撑帽梁的人字柱，一组水平支撑，一组斜杆；人字柱由一组标准拼装节段拼接而成；相邻标准拼装节段采用预应力齿连接的套筒连接，套筒外设置有带耳法兰；所述一组水平支撑水平设置于人字柱内，一组斜杆倾斜设置于人字柱内，水平支撑端部和斜杆的端部均设置带耳法兰；套筒外设置的带耳法兰与水平支撑端部、斜杆的端部设置的带耳法兰之间通过螺栓连接；所述标准拼装节段、水平支撑、斜杆均为frp管。
6.作为改进，所述帽梁与人字柱顶部的标准拼装节段之间通过变截面连接装置进行连接。
7.作为另一种改进，所述帽梁和/或变截面连接装置分别独立的为金属帽梁，优选地为铝合金帽梁；所述帽梁的横截面为矩形。
8.作为另一种改进，所述人字柱底部的标准拼装节段与地面设置的槽钢铰接；所述标准拼装节段的长度为～m。
9.本发明还提供了上述抢修桥墩的快速化架设方法，包括以下步骤：
10.(1)首先在架设现场搭设工作架，工作架为两层框架结构；
11.(2)在工作架上，通过手动葫芦将帽梁提升至工作架顶部；将拼装好的两节标准拼装节段安装在帽梁底部；同时将稳定索一端锚固于帽梁侧面中心处，另一端锚固于地面锚卡装置上；张拉稳定索，实时监测柱顶位移和索力；
12.(3)在工作架的顶层平台上，利用提升装置提升已部分安装的抢修桥墩至底部的标准拼装节段至预定高度；提升过程中稳定索随提升缓慢滑动；使用限位装置将已部分安装的抢修桥墩的人字架在工作架上进行限位，同时在部分安装的抢修桥墩底部继续拼装标准拼装节段；
13.(4)重复步骤(3)至所有标准拼装节段拼装完成；
14.(5)人字柱最底部的标准拼装节段与地面支座槽钢铰接。
15.步骤(1)中，工作架为钢制工作架。
16.步骤(2)中，稳定索为bfrp扁条索，实现顶升过程中索力实时监测调节和柱顶位移调整，保证风荷载等作用下墩柱顶升过程中的结构稳定。
17.步骤(3)中，所述提升装置为穿心式千斤顶、手动或电动葫芦。
18.步骤(3)中，标准拼装节段每次提升过程中，其水平位移为：u＝l*cos(α)；其中，l为每节标准拼装节段的长度，α为标准拼装节段与水平面的夹角。
19.步骤(3)中，所述稳定索的滑动和锁闭控制系统通过锚卡装置和传感控制装置实现；锚卡装置由滑轮组构成，当滑轮组制动轮松开时，索可随着墩柱顶升缓慢滑动；当滑轮组制动轮锁闭时，滑轮与索之间的摩擦力可提供有效锚固力；传感控制装置为计米器，当稳定索的位移差大于一定阈值后，滑轮组自动锁闭。
20.有益效果：本发明提供的抢修桥墩结构形式简单，结构形式是利用复合材料管结合预应力齿连接技术及铝合金等金属材料节点而实现的轻型结构形式，便于运输与安装；同时，抢修桥墩采用标准模块拼装，拼装快速化，架设周期短，能有效地适应现代战争与抢险救灾快速化抢修的要求。
附图说明
21.图1为本发明抢修桥墩的结构示意图；
22.图2为本发明抢修桥墩的主视图；
23.图3为本发明抢修桥墩的左视图；
24.图4为本发明抢修桥墩两标准拼装节段通过法兰连接的示意图；
25.图5为本发明抢修桥墩最后一节标准拼装节段与地面支座铰接示意图；
26.图6为工作架的结构示意图；
27.图7为抢修桥墩架设施工过程中帽梁安装示意图；
28.图8为抢修桥墩架设施工过程中提升装置提升示意图；
29.图9为抢修桥墩架设施工过程中限位以及下一标准节段拼装示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
31.结构形式简单且轻量化的抢修桥墩，见图1至5，包括设于顶部的帽梁1，用于支撑帽梁1的人字柱2，一组水平支撑3，一组斜杆4；人字柱2由一组标准拼装节段9拼接而成；相邻标准拼装节段9采用预应力齿连接的套筒10连接，套筒10外设置有带耳法兰12；一组水平支撑3水平设置于人字柱2内，一组斜杆4倾斜设置于人字柱2内，水平支撑3端部和斜杆4的端部均设置带耳法兰12；套筒10外设置的带耳法兰12与水平支撑3端部、斜杆4的端部设置的带耳法兰12之间通过螺栓连接；标准拼装节段9、水平支撑3、斜杆4均为frp管。
32.帽梁1与人字柱2顶部的标准拼装节段之间通过变截面连接装置进行连接。
33.帽梁1和/或变截面连接装置分别独立的为金属帽梁，优选地为铝合金帽梁；帽梁的横截面为矩形。
34.人字柱2底部的标准拼装节段与地面设置的槽钢铰接；标准拼装节段9的长度为2～3m。
35.上述抢修桥墩的快速化架设方法，见图6至9，包括以下步骤：
36.s1：首先在架设现场搭设工作架，工作架为两层框架结构，为钢制工作架，见图6；
37.s2：在工作架上，通过手动葫芦将帽梁提升至工作架顶部；将拼装好的两节标准拼装节段安装在帽梁底部；同时将稳定索一端锚固于帽梁侧面中心处，另一端锚固于地面锚卡装置上；张拉稳定索，实时监测柱顶位移和索力；稳定索为bfrp扁条索，实现顶升过程中索力实时监测调节和柱顶位移调整，保证风荷载等作用下墩柱顶升过程中的结构稳定；见图7；
38.s3：在工作架的顶层平台上，利用提升装置提升已部分安装的抢修桥墩至底部的标准拼装节段至预定高度；提升过程中稳定索随提升缓慢滑动；使用限位装置将已部分安装的抢修桥墩的人字架在工作架上进行限位，同时在部分安装的抢修桥墩底部继续拼装标准拼装节段；所述提升装置为穿心式千斤顶、手动或电动葫芦；
39.标准拼装节段每次提升过程中，其水平位移为：u＝l*cos(α)；其中，l为每节标准拼装节段的长度，α为标准拼装节段与水平面的夹角；
40.所述稳定索的滑动和锁闭控制系统通过锚卡装置和传感控制装置实现；锚卡装置由滑轮组构成，当滑轮组制动轮松开时，索可随着墩柱顶升缓慢滑动；当滑轮组制动轮锁闭时，滑轮与索之间的摩擦力可提供有效锚固力；传感控制装置为计米器，当稳定索的位移差大于一定阈值后，滑轮组自动锁闭；见图8和9；
41.s4：重复s3至所有标准拼装节段拼装完成；
42.s5：人字柱最底部的标准拼装节段与地面支座槽钢铰接。