独柱墩桥专用自适应动平衡加固系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种独柱墩桥专用自适应动平衡加固系统，属于桥梁加固技术领域。


背景技术：

2.城市立交、高速匝道等曲线桥梁多采用独柱现浇连续箱梁结构形式，该种桥梁的下部结构形式具有减少占地、缓解桥梁基础与地下建筑位置冲突、增加视野和桥梁美观的优点。但其桥墩横向支承体系为单支点支承，在偏载作用下，结构的横向抗倾覆非常不稳定，导致桥梁整体抗倾覆稳定性的安全储备不足。而且，目前我国载重车辆普遍存在超载现象，个别车辆超载甚至达到200%～300%，导致该种结构形式的桥梁在使用过程中已发生多起倾覆事故。
3.为保证独柱墩桥梁运营安全，有必要开展独柱墩桥梁的抗倾覆加固工作，目前通常采用增设钢抱箍及连杆式抗拉拔装置两种方法进行加固。
4.采用增设钢抱箍的方式进行加固，可参考公开号为cn105421250a、名称为“独柱墩桥梁抗倾覆结构”的中国专利，这种加固方式存在工程量大、工序多、施工较为困难的缺陷，而且独柱墩在受到桥面横向大的倾覆力矩时，加固钢抱箍会对独柱墩产生很大的扭切力，在偏心荷载的作用下，加固钢抱箍会对独柱墩产生巨大的水平剪应力与扭曲应力，依旧会造成桥梁下部结构的突然失稳，影响独柱墩的安全，因此这种方案不能完全达到治标又治本的效果。
5.采用在独柱墩桥梁两侧的双柱墩盖梁的两侧增设连杆式抗拉拔装置进行加固，由于结构自身的缺陷，盖梁的混凝土抗拉拨强度不足以承受整个桥面板的倾覆荷载力矩的作用，应力集中下易造成混凝土撕裂破坏，导致混凝土抗拉拨失效后不足以抵抗桥面系动荷载作用下的倾覆力矩作用，桥面依旧会产生滑移倾覆。
6.另外，独墩柱桥梁的下方通常都有公路主干道或者辅道，要求桥梁的墩柱要落在有限的范围之内。申请人在实践中发现，在桥下作业时，吊车工作面受地质条件或者道路交通的影响，当独墩柱桥梁很高的时候，采用以上两种加固方案，均存在吊车举升高度可能不够的问题，或者即使高度勉强够到，但定位与安全操作也都比较困难。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于，提出一种能够有效防止独墩柱桥梁倾覆的自适应动平衡加固系统。
8.为实现上述目的，本实用新型采用如下方案：一种独柱墩桥专用自适应动平衡加固系统，所述独柱墩桥的梁体两侧分别设有第一滑轮组，所述第一滑轮组包括沿梁体的长度方向设置的若干滑轮以及绕在滑轮上的第一绳索，所述第一绳索的两端分别设有一组配重块；所述配重块设置在地基上，所述第一绳索呈张紧状态，但在自然状态下，配重块施加在第一绳索上的力小于预设阈值。
9.本实用新型通过在独柱墩桥的梁体两侧分别设置第一滑轮组，并在梁体的每一侧通过绕过第一滑轮组的第一绳索设置两组配重块，通过配重块防止独墩柱桥梁倾覆。本实用新型在独柱墩桥的一侧受到较大的倾覆动荷载或倾覆扭转力矩时，所述独柱墩桥另外一侧能够通过动态地调整配重块施加的反方向的扭矩，从而有效动平衡对倾覆动荷载或倾覆扭转力矩的抵抗作用，使得独柱墩桥的桥面受力平衡，防止桥面倾覆。
10.本实用新型与悬索桥或斜拉桥近似，以承受拉力的绳索作为主要承重构件，但本实用新型中梁体受到绳索向下的拉力，以达到防止桥面倾覆的目的，而悬索桥或斜拉桥中桥面受到的是绳索向上的拉力，对桥面进行支承，两者的原理完全不相同。而且，本实用新型中绳索与梁体通过是通过滑轮组连接的，可以动态平衡桥面受到的扭转倾覆荷载，而悬索桥或斜拉桥中绳索与桥面是单点锚固连接的。
11.另外，本实用新型与悬索桥或斜拉桥不同的是：悬索桥或斜拉桥多为新建桥梁，在设计阶段就已经决定了绳索的位置、安装方式等，而本实用新型是在独柱墩桥施工完成后进行的加固，因此需要方便加固施工，并保证加固后的稳定性；当然，本实用新型也能够应用在新建桥梁上。
12.本实用新型带来的有益效果如下：1）本实用新型施工方便，可以在桥面上采用桥梁检测车进行第一滑轮组的布置锚固施工；本实用新型通过第一滑轮组的多个滑轮使梁体均匀受力，使得桥梁在受到倾覆荷载作用时受力面积均匀，对局部混凝土结构不易造成拉裂损坏。2）第一滑轮组可以改变受力方向，这样通过合理布置滑轮和配重块的位置，就可以避免配重块与地下建筑或桥下道路位置之间的冲突。3）在桥面系受到各向非线型扭转倾覆荷载作用时，破坏力矩通过桥面系梁体上的第一滑轮组均匀转换成线型荷载传递走，可以有效扺抗桥面系的倾覆力矩，防止桥梁某个点集中受力，因此本实用新型可以提供更大的有效平衡力矩。4）在扺抗桥面系的倾覆力矩时，独柱墩只受到垂直方向的压力作用，而不会受到水平方向的剪切力和扭转力的作用，因此避免了桥梁下部结构的突然失稳，在能够防止桥面倾覆的基础上，而又不会影响独柱墩本身的安全，达到了治标又治本的加固效果。
附图说明
13.图1是实施例一的结构示意图；
14.图2是实施例二的示意图。
15.附图标记：1、独柱墩；2、梁体；3、第一滑轮组；4、配重块；5、支架；6、第一绳索；7、基坑；8、第二绳索；9、支承平台；10、抗拔桩；11、第二滑轮组。
具体实施方式
16.实施例一
17.如图1所示的一种独柱墩桥专用自适应动平衡加固系统，所述独柱墩桥的梁体2两侧分别设有第一滑轮组3（图中另外一侧的第一滑轮组3未示出），所述第一滑轮组3包括沿梁体2的长度方向设置的若干滑轮以及绕在滑轮上的第一绳索6，所述第一绳索6的两端分别设有一组配重块4。本实施例中，可以在桥面上采用桥梁检测车进行第一滑轮组3的布置锚固施工，优选采用多点锚固的方式安装在所述独柱墩桥的梁体上，以提高滑轮与梁体的连接强度。
18.另外，所述第一滑轮组3优选设置在所述独柱墩桥的梁体的翼缘处，在翼缘处下方布置多个滑轮，可以保证梁体受力面积均匀，对局部混凝土结构不易造成拉裂损坏。
19.如图1所示，所述配重块4设置在地基上，所述第一绳索6呈张紧状态，但在自然状态下，配重块4施加在第一绳索6上的力小于预设阈值。也就是说，既要使第一绳索6呈张紧状态，又不能使配重块4施加过大的力作用在梁体上，最好的状态是配重块4施加在梁体上的力基本为0。配重块的合适重量可以根据桥梁的一些设计参数计算得到，也可以根据实际情况进行增加或去除配重块的数量来调整其重量，此为现有技术，不再赘述。
20.在独柱墩桥的一侧受到较大的倾覆动荷载或倾覆扭转力矩时（此时本实施例的系统处于工作状态），所述独柱墩桥另外一侧的两组配重块4通过第一绳索6施加反方向的扭矩，从而将能将倾覆动荷载或者倾覆力转力矩通过第一滑轮组的转换来进行有效动平衡对覆动荷载或者倾覆力转力矩的抵抗作用，将破坏力矩通过第一滑轮组均匀转换成线型荷载传递走，使得独柱墩桥的桥面受力平衡，防止桥面倾覆。在倾覆动荷载或倾覆扭转力矩消失时，第一滑轮组恢复自然状态。通过第一滑轮组3均匀分配受到的倾覆动荷载，还能够保证独柱墩1仅受到垂直方向的压力，避免了水平方向的剪切力破坏独柱墩1的结构稳定性。
21.本实施例还可以作以下改进：
22.1）所述第一绳索6为sma绳索。sma绳索具有超弹性和形状记忆性能，能够保证一直处于张紧状态，在独柱墩桥一侧受到倾覆动荷载或倾覆扭转力矩时，另外一侧的配重块能够始终保证有效。
23.2）所述地基上设有支架5，所述支架5上安装有第二滑轮组11，所述第一绳索6绕过第二滑轮组11后与配重块4连接。
24.3）因为冬天和夏天气温相差较大，第一绳索热胀冷缩可能导致第一绳索松弛后不再张紧，因此增加用于张紧第一绳索的张紧装置。张紧装置为现有技术，不再赘述。
25.实施例二
26.本实施例是在实施例一基础上的改进，其改进之处在于：如图2所示，所述配重块的下方设有基坑7，所述基坑内设有多根第一抗拔桩10，所述配重块4通过第二绳索8与第一抗拔桩10连接，所述第二绳索8呈张紧状态，以便保证配重块4的重量不足以平衡独柱墩桥受到的倾覆动荷载或倾覆扭转力矩时，第二绳索8起到进一步防止桥面倾覆的作用。
27.所有的第一抗拔桩10均与支承平台9连接在一起，因此，第二绳索8与支承平台9连接即可保证第二绳索8与第一抗拔桩10连接在一起。抗拔桩的设置为现有技术，可参考相关文献，通常具有以下几种方式：1）采用粗长的单桩；2）采用群桩作为抗拔系统，桩顶有承台基础底板，以汇合抗拔桩系统的组合拉力或者摩阻力；如图2所示，所有的第一抗拔桩10均与支承平台9连接在一起，因此，第二绳索8与支承平台9连接即可保证第二绳索8与第一抗拔桩10连接在一起；3）可能是一个较大的沉井系统，或者是一个大的基础筏板锚碇系统。
28.第二绳索8可以采用普通强力绳索，比如：钢丝绳索或复合材料绳索。优选的，所述第二绳索为sma绳索，钢丝与sma的组合编织绳索，或者复合材料与sma的组合编织绳索，sma具有超弹性和形状记忆性能，能够保证一直处于张紧状态，使得第一抗拔桩10始终有效。
29.本实施例还可以作以下改进：所述支架5的下方设有第二抗拔桩（图中未示出），所述支架与第二抗拔桩连接。第二抗拔桩的设置方式与第一抗拔桩类似，不再赘述。
30.实施例三
31.本实施例是在实施例一基础上的另一种改进，其改进之处在于：所述配重块的下方设有基坑，所述基坑内设有第一抗拔桩，所述配重块通过拉伸弹簧与第一抗拔桩连接，通过拉伸弹簧的回弹力保证第一抗拔桩在必要时始终有效。第一抗拔桩的设置方式可参考实施例二。