一种用于解决大跨度PC梁桥持续下挠问题的结构及方法与流程

一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构及方法
技术领域
1.本发明涉及桥梁维修加固技术领域，尤其是一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.现阶段，大跨度预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥的持续下挠、腹板斜向开裂、跨中底板横向开裂，是普遍发生的问题，也是世界性难题。
4.国外1977年建成的koror-babeldaob桥，主跨241m，曾是世界上最大跨径预应力混凝土箱梁桥，该桥跨中设计最大挠度为0.53-0.65m，然而服役过程中，由于“时间依赖性结构行为”的影响，挠度持续增大，至1995年，其跨中挠度已达1.39m，1996年当地政府对该桥进行加固，尽管如此，在加固三个月后该桥梁还是出现了整体垮塌。
5.国内的虎门大桥辅航道桥等一大批桥梁均存在严重的持续下挠和开裂问题，一直未找到简单有效的加固手段，东明黄河大桥曾经采用一种矮塔斜拉结构缓解该病害，但发明人发现，这需要设置独立的基础，且从力学角度上看，改善效率偏低，因此现阶段针对既有大跨度混凝土梁桥的持续下挠问题，并没有一种简单有效的结构体系。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，能够定量控制恒载传递途径，定量改善内力状态。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.一种用于解决大跨度pc(prestressed concrete:预应力混凝土)梁桥持续下挠问题的结构，包括：
9.同病害桥梁连接的桥塔，桥塔设有若干对，每一对桥塔中的两桥塔分别设于病害桥梁的两侧；
10.塔梁结合部，包括连接桥塔底端和病害桥梁的若干对支撑架，支撑架低于病害桥梁梁面设置，每一对支撑架设于病害桥梁的两侧，两侧的一对支撑架之间设置穿过病害桥梁的拉杆，拉杆的两端分别同支撑架的一端连接；
11.主缆，通过桥塔支撑，主缆的端部锚固于病害桥梁；
12.托梁，固连于所述病害桥梁箱梁底部，托梁的两侧分别设置吊杆，吊杆顶端同主缆连接。
13.如上所述的结构，桥塔通过塔梁结合部实现与病害桥梁的连接，对病害桥梁进行支撑，在主缆的作用下托梁对病害桥梁也起到支撑作用，通过桥塔支撑主缆，主缆穿过吊杆，主缆端部锚固于病害桥梁，改善大跨度预应力连续刚构和连续梁桥的内力状态，彻底解决其持续下挠和开裂病害问题。
14.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，考虑到桥塔位于病害桥梁的两侧，两侧桥塔之间的距离大于病害桥梁梁面的宽度，所述支撑架为人字型支架，人字型支架包括横杆，横杆的一端同所述桥塔的底端连接，另一端同所述拉杆的一端连接；
15.人字型支架还包括同横杆连接的斜杆，斜杆的一端同所述病害桥梁连接。
16.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，考虑到支撑架斜杆同病害桥梁的连接，所述支撑架的一端设置连接板，连接板同病害桥梁纵向梁通过紧固件连接，紧固件穿过病害桥梁纵向梁同连接板稳定连接。
17.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，所述连接板包括两块，两块连接板分别设于病害桥梁纵向梁的两侧。
18.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，所述吊杆设有多对，吊杆设于桥塔和主缆锚固端之间；
19.吊杆的顶端固定设置索夹以供所述主缆穿过。
20.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，所述吊杆的一端穿过托梁后设置锁紧件以对吊杆进行张拉，而且可根据病害发展情况对吊杆力进行调整。
21.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，所述桥塔的顶端设置用于支撑所述主缆的鞍座，以适应纵向变位需求，鞍座开有用于主缆穿过的开口环；
22.每一对桥塔中的两桥塔顶侧通过连接座连接，使得一对桥塔呈门型结构。
23.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，由于箱梁底面存在弧度，所述托梁设置若干调平锚板，调平锚板穿过托梁设置；
24.调平锚板通过锚栓与所述病害桥梁的箱梁连接。
25.如上所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，考虑到病害桥梁的结构，所述主缆的端部设置锚块，锚块固定于所述病害桥梁的侧部，主缆通过锚具固定于锚块；
26.所述锚块为混凝土结构件。
27.第二方面，本发明还提供了一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的方法，采用所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，包括如下内容：
28.根据病害桥梁的病害程度，确定吊杆力和桥塔底力，以确定桥塔、支撑架、拉杆和吊杆的尺寸；
29.对病害桥梁钻孔，架设塔梁结合部、桥塔和主缆；
30.安装托梁和吊杆，主缆同吊杆连接；
31.张拉吊杆；
32.在长期使用过程中，根据病害发展情况，进一步张拉吊杆。
33.上述本发明的有益效果如下：
34.1)本发明通过整体结构的设置，桥塔通过塔梁结合部实现与病害桥梁的连接，对病害桥梁进行支撑，在主缆的作用下托梁对病害桥梁也起到支撑作用，通过桥塔支撑主缆，主缆穿过吊杆，主缆端部锚固于病害桥梁，改善大跨度预应力连续刚构和连续梁桥的内力状态，彻底解决其持续下挠和开裂病害问题。
35.2)本发明通过将支撑架设定为人字型支架，人字型支架包括横杆和斜杆，充分考虑到桥塔的设置位置，充分保证桥塔与病害桥梁的可靠连接；
36.再通过拉杆穿过病害桥梁对两侧的支撑架进行连接，进一步保证塔梁结合部连接地可靠性。
37.3)本发明通过吊杆的设置，吊杆的吊杆力可进行调整，可根据长期使用过程中的病害发展情况，随时调节吊杆力，使结构内力始终处于合理状态。
38.4)本发明通过方法的提供，吊杆力通过托梁传递给病害桥梁，桥塔通过塔梁结合部传递给病害桥梁，整体受力合理，能够定量控制恒载传递途径，按照理论值，定量改善内力状态。
附图说明
39.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
40.图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构整体示意图。
41.图2是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构桥塔处横断面图。
42.图3是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构桥跨处横断面图。
43.图4是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构锚块处横断面图。
44.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
45.其中：1.桥塔，2.病害桥梁，3.塔梁结合部，4.支撑架，4-1.横杆，4-2.斜杆，5.拉杆，6.主缆，7.托梁，8.箱梁，9.吊杆，10.索夹，11.锁紧件，12.鞍座，13.开口环，14.连接座，15.调平锚板，16.锚块，17.锚具，18.散索套，19.紧固件。
具体实施方式
46.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
47.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
48.正如背景技术所介绍的，现有技术中既有大跨度pc梁桥持续下挠的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构。
49.实施例一
50.本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，包括同病害桥梁2连接的桥塔1，桥塔1在病害桥梁2上设置多对，本实施例设置两对桥塔1，每对桥塔1中的两个桥塔1分别搭设在病害桥梁2的两侧；
51.如图2所示，每一对桥塔1中的两个桥塔顶侧通过连接座14连接，使得一对桥塔呈
门型结构，连接座的长度等于两桥塔之间的距离，桥塔与连接座14通过螺栓连接；
52.桥塔1与病害桥梁2连接的地方为塔梁结合部3，塔梁结合部3包括连接桥塔1底端和病害桥梁2的支撑架4，支撑架的数量与桥塔1的数量相同，支撑架4低于病害桥梁2梁面设置，每一对支撑架4设于病害桥梁2的两侧，两侧的一对支撑架4之间设置穿过病害桥梁2的拉杆5，拉杆5的两端分别同支撑架4的一端连接；
53.具体的，考虑到桥塔1位于病害桥梁2的两侧，因此两侧桥塔1之间的距离大于病害桥梁2梁面的宽度，两侧的支撑架结构相同，支撑架4为人字型支架，人字型支架包括横杆4-1和斜杆4-2，位于病害桥梁两侧的横杆4-1之间通过拉杆5连接，拉杆5上下设置四组，每一组可设置多根拉杆，横杆4-1的另一端连接桥塔底端和斜杆4-2的一端，横杆4-1与桥塔1垂直设置，斜杆4-2的另一端同病害桥梁2连接。
54.考虑到支撑架4的斜杆4-2同病害桥梁的连接，斜杆4-2与病害桥梁2连接的一端焊接设置连接板，连接板同病害桥梁纵向梁通过紧固件19连接，紧固件19穿过病害桥梁2的纵向梁同连接板稳定连接，每一对支撑架4包括两块连接板，分别设置在斜杆4-2与病害桥梁纵向梁两侧连接处。
55.具体地，在病害桥梁每个零号块处设置两对支撑架，通过拉杆和高栓攻强承受桥塔底部的力，相应地，支撑架的斜杆设置两组，对应于零号块的两个横隔板位置。
56.本实施例的紧固件19为高强度螺栓(简称高栓)，连接板和病害桥梁2的纵向梁通过四组高栓连接，为了保证连接板与病害桥梁2的纵向梁连接的稳定性，也可以增加高栓的数量。
57.本实施例中，支撑架4设定为人字型支架，人字型支架包括横杆和斜杆，横杆水平设置，充分考虑到桥塔的设置位置，充分保证桥塔与病害桥梁的可靠连接；
58.再通过拉杆穿过病害桥梁对两侧的支撑架的横杆进行连接，进一步保证塔梁结合部连接地可靠性。
59.如图1和图3、图4所示，桥塔的顶端设置用于支撑主缆的鞍座12，鞍座12上方开有用于主缆穿过的开口环13，开口环13的外径大于主缆6的外径，主缆6穿过鞍座12上的开口环13，主缆6的两端设置锚块16，锚块16固定于病害桥梁的侧部，主缆6通过锚具17固定于锚块，锚块为混凝土结构件。
60.本实施例通过主缆端部设置现有的散索套18，主缆6通过散索套18发散形成多股分缆，分缆在散索套的夹持下分缆根部呈弯曲状态，以扩大锚固面积，散索套18连接锚具17，通过锚具17固定于锚块16，锚块16通过植筋或对拉锚杆与既有桥梁连接。
61.如图3所示，托梁7设置在病害桥梁2的箱梁8底部，托梁7的两侧连接吊杆9，吊杆9穿过托梁7后设置锁紧件11以对吊杆进行张拉，锁紧件11为六角螺栓，而且可根据病害发展情况对吊杆力进行调整，吊杆9的顶端固定设置有现有的索夹10，以供主缆6穿过；
62.可以理解的是，吊杆9与索夹10为销接式连接，索夹10能够连接主缆6和吊杆9，采用刚性索夹将主缆箍紧，同时还能够保持主缆6的线形，产生收缩变形时也不致滑动。
63.本实施例的吊杆9设有多对，其中桥塔1和主缆6的锚固端之间设置四对吊杆9，桥塔1与桥塔之间的主缆上设置六对吊杆9，吊杆力通过托梁7传递给病害桥梁，桥塔1通过塔梁结合部传递给病害桥梁2，整体受力合理，能够定量控制恒载传递途径，按照理论值，定量改善内力状态。
64.当然，在其他一些示例中，吊杆还可以设置为其他数量。
65.如图1和图3所示，由于箱梁8的底面存在弧度，因此托梁设置多对调平锚板15，调平锚板15穿过托梁7设置，调平锚板15上端通过锚栓与病害桥梁2的箱梁8连接，由于主要承受压力，锚栓深度不需太大，以避免与预应力管道冲突，调平锚板底面水平，以便与托梁连接。
66.另外，托梁7可采用双槽钢或其它焊接截面，具体尺寸根据桥宽和吊杆力计算确定。
67.需要说明的是，本实施例的桥塔1高度取决于病害桥梁的跨度，根据病害程度计算所需的吊杆力，选择合适的矢跨比、最短吊杆9长度，然后计算桥塔1高度。矢高越大，主缆6拉力越小，锚块16的体积和主缆6截面均可降低，但需要增加桥塔1高度，吊杆9的根数和间距也可根据实际需要拟定，一般情况下，为了达到更高的加固效率，尽量多布置于病害桥梁的跨中。
68.考虑到病害桥梁的结构，主缆的端部设置锚块，锚块固定于病害桥梁的侧部，主缆通过锚具固定于锚块16；
69.如图4所示，锚块16为内部设有钢筋的混凝土结构件，锚块16结构整体呈上小下大、前窄后宽的结构构造，通过植筋或对拉锚杆与既有桥梁连接。锚块的具体尺寸，视主缆拉力大小通过计算确定。为尽量减小锚块自重，也可通过现有的拓扑分析，优化锚块具体形状。
70.对于三跨结构，锚块16一般设置于边跨，必要时在边墩设置压重，对于多跨结构可设置于次墩零号块处，锚块16的具体位置可根据计算确定，以尽量减小桥塔1根部的弯矩。
71.本实施例通过整体结构的设置，桥塔1通过塔梁结合部3实现与病害桥梁2的连接，对病害桥梁2进行支撑，在主缆6的作用下托梁7对病害桥梁2也起到支撑作用，通过桥塔1支撑主缆6，主缆6穿过吊杆9，主缆6端部锚固于病害桥梁2，改善大跨度预应力连续刚构和连续梁桥的内力状态，彻底解决其持续下挠和开裂病害问题。
72.实施例二
73.本实施例提供了一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的方法，采用实施例一所述的一种用于解决大跨度pc梁桥持续下挠问题的结构，包括如下内容：
74.根据病害桥梁2的病害程度，拟定吊杆力和桥塔底力，确定桥塔1、支撑架4、拉杆5和吊杆9的尺寸；
75.对病害桥梁2钻孔，架设塔梁结合部3、桥塔1和主缆6，桥塔1与支撑架4的横杆4-1连接，位于病害桥梁2两侧的横杆4-1之间通过拉杆5连接，横杆4-1与桥塔1连接的一端还连接斜杆，斜杆4-2的另一端的连接板通过高强度螺栓与病害桥梁的纵向梁连接；
76.主缆穿过桥塔1上鞍座12的开口环13，主缆6通过散索套18发散形成多股分缆后连接锚具，通过锚具将主缆固定于锚块，锚块16通过植筋或对拉锚杆与既有桥梁连接，锚块16的具体尺寸视主缆拉力大小通过计算确定。
77.吊杆9上端安装索夹10，采用销接式连接，通过索夹10将吊杆9与主缆6连接，防止吊杆9在主缆6上滑动；
78.吊杆9下端穿过托梁7的两端，利用锁紧件11连接吊杆与托梁7，托梁7上设置调平锚板15，调平锚板15上端设置锚栓与病害桥梁2的箱梁8连接；
79.根据病害程度计算所需的吊杆力，选择合适的矢跨比、最短吊杆9长度，调节锁紧件11，张拉吊杆；
80.在长期使用过程中，根据病害发展情况，进一步张拉吊杆。
81.本实施例能够在不增设下部结构和基础的情况下，改善大跨度预应力连续刚构和连续梁桥的内力状态，已彻底解决其持续下挠和开裂病害。
82.其中：吊杆力即每根吊杆的拉力，桥塔底力即桥塔根部对塔梁结合部的作用力。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。