可适应桥梁变形的附属设施基础及施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及可适应桥梁变形的附属设施基础及施工方法。


背景技术：

2.随着城市交通日益发展，城市桥梁的数量不断增加，桥上的附属设施，如路灯、交通牌、环境监测仪器等设施和仪器也不断增加。现行技术中，此类附属设施一般采用桥梁混凝土护栏中预留混凝土基础，或者使用后加钢结构的形式安装在单边桥梁混凝土护栏上。但是，随着各类附属设施的数量增加，而且附属设施上的设备集成化布置程度越来越高，附属设施基础所承受的重量以及由集约设备传递到基础的风荷载也会不断增长，可能导致附属设施基础发生损坏和失效。
3.现有专利文件中，有部分设计通过钢结构的形式连接相邻两幅桥梁的混凝土护栏并以钢结构的形式作为附属设施的基础。这种方法虽然能够加强附属设施基础的承载力，但导致两幅桥梁护栏刚性连接，当桥梁受温度梯度变化、交通荷载变化等影响，相邻两幅桥梁可能会产生相对位移或变形，导致相邻刚接的混凝土护栏承受极大的应力，从而导致附属设施和混凝土护栏基础的损伤和失效。此外，由于部分高精度的交安和监测设施对变形非常敏感，过大的位移可能影响附属设施的功能实现。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供可适应桥梁变形的附属设施基础及施工方法，所采用的技术方案如下：
5.本发明所提供的可适应桥梁变形的附属设施基础的施工方法，包括：
6.施工准备：结合附属设施类型和各类荷载要求以及左右两幅桥梁之间的安装距离和安装控件要求确定十字轴、第一耳板、第二耳板、第一紧固螺栓、第二紧固螺栓的具体尺寸，并在安装前对各部件预打孔，完成各个部件的制作；
7.预埋第二紧固螺栓：在桥梁防撞护栏浇筑期间，对第二紧固螺栓进行预埋；
8.安装第二耳板和十字轴：定位安装第二耳板，第二耳板安装定位过程中，对十字轴进行定位安装，旋转限位螺母锁紧第二紧固螺栓，使第二耳板与桥梁防撞护栏连接为整体；
9.定位第一耳板：调整第二轴体的位置，焊接安装第二限位垫圈以限制第二轴体沿桥体长度方向的位移，根据设计尺寸要求，在第一轴体上焊接安装第一限位垫圈，将第一耳板套设在第一轴体上；
10.安装基础箱室：放置基础箱室，通过第一紧固螺栓对基础箱室进行安装定位，旋转限位螺母锁紧第一紧固螺栓，使第一耳板与基础箱室连接为整体，完成可适应桥梁变形的附属设施基础的施工。
11.本发明的某些实施例中，预埋第二紧固螺栓时，依据第二紧固螺栓的预埋位置，将第二紧固螺栓与防撞护栏骨架钢筋进行焊接或绑扎，以保证第二紧固螺栓的连接强度。
12.本发明的某些实施例中，安装第二耳板之前，在第二耳板与桥梁防撞护栏之间安装钢垫板。
13.本发明的某些实施例中，在钢垫板靠近混凝土一侧涂抹环氧树脂以提供临时粘结力。
14.本发明的某些实施例中，通过桥梁设计计算两幅桥梁在温度梯度变化、交通荷载变化因素下，桥梁沿桥梁宽度方向极限变形wh、沿桥梁高度方向极限变形ws、沿桥梁长度方向的极限变形wz，并通过极限变形设计计算第一耳板孔径dh、第二耳板孔径ds、第一轴体直径dh、第二轴体直径ds，计算方程为
15.dh＝ds；
16.dh ds-dh-ds＝wh；
17.((lh dh-dh)
2-(lh-(dh ds-dh-ds))2)
1/2
＝ws；
18.((lh ds-ds)
2-(lh-(dh ds-dh-ds))2)
1/2
＝wz；
19.其中，lh是基础箱室两侧的第一轴体之间的间距。
20.本发明还提供可适应桥梁变形的附属设施基础，附属设施基础包括基础箱室、至少两个第一耳板、至少两个第二耳板、连接轴，所述基础箱室用于安装附属设施；所述第一耳板与所述基础箱室连接；所述第二耳板与所述第一耳板连接，所述第二耳板用于连接桥梁防撞护栏；所述第一耳板和所述第二耳板通过连接轴连接，所述第一耳板和所述连接轴间隙配合，所述第二耳板和所述连接轴间隙配合。
21.本发明的某些实施例中，所述第一耳板和所述第二耳板相互垂直设置。
22.本发明的某些实施例中，所述连接轴包括第一轴体和第二轴体，所述第一轴体用于连接两个第一耳板，所述第二轴体用于连接两个第二耳板。
23.本发明的某些实施例中，所述附属设施基础包括垫板，所述垫板设置在所述第二耳板与桥梁防撞护栏之间。
24.本发明的某些实施例中，所述第一耳板和所述第二耳板相互平行设置。
25.本发明的实施例至少具有以下有益效果：基础箱室通过第一耳板和第二耳板与桥梁防撞护栏，第一耳板和第二耳板之间通过连接轴连接，第一耳板与连接轴间隙配合，第一耳板与连接轴之间相对转动以适应桥梁变形；第二耳板与连接轴间隙配合，第二耳板与连接轴之间相对转动以适应桥梁变形。
附图说明
26.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
27.图1为可适应桥梁变形的附属设施基础的实施例一的结构示意图；
28.图2为图1所提供的实施例一的结构示意图；
29.图3为图2所提供的实施例一中连接轴的结构示意图；
30.图4为可适应桥梁变形的附属设施基础的实施例二的结构示意图；
31.图5为可适应桥梁变形的附属设施基础的实施例三的结构示意图。
32.附图标记：100、基础箱室；210、第一耳板；211、第一紧固螺栓；220、第二耳板；221、第二紧固螺栓；222、钢垫板；300、连接轴；310、第一轴体；311、第一限位垫圈；320、第二轴
体；321、第二限位垫圈。
具体实施方式
33.下面结合图1至图5详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。限定有“第一”、“第二”的特征是用于区分特征名称，而非具有特殊含义，此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.随着城市交通日益发展，城市桥梁的数量不断增加，桥上的附属设施，如路灯、交通牌、环境监测仪器等设施和仪器也不断增加。现行技术中，此类附属设施一般采用桥梁混凝土护栏中预留混凝土基础，或者使用后加钢结构的形式安装在单边桥梁混凝土护栏上。但是，随着各类附属设施的数量增加，而且附属设施上的设备集成化布置程度越来越高，附属设施基础所承受的重量以及由集约设备传递到基础的风荷载也会不断增长，可能导致附属设施基础发生损坏和失效。
37.现有专利文件中，有部分设计通过钢结构的形式连接相邻两幅桥梁的混凝土护栏并以钢结构的形式作为附属设施的基础。这种方法虽然能够加强附属设施基础的承载力，但导致两幅桥梁护栏刚性连接，当桥梁受温度梯度变化、交通荷载变化等影响，相邻两幅桥梁可能会产生相对位移或变形，导致相邻刚接的混凝土护栏承受极大的应力，从而导致附属设施和混凝土护栏基础的损伤和失效。此外，由于部分高精度的交安和监测设施对变形非常敏感，过大的位移可能影响附属设施的功能实现。
38.本发明涉及可适应桥梁变形的附属设施基础，附属设施基础包括基础箱室100、至少两个第一耳板210、至少两个第二耳板220、连接轴300，基础箱室100用于安装附属设施；第一耳板210与基础箱室100连接；第二耳板220与第一耳板210连接，第二耳板220用于连接桥梁防撞护栏；第一耳板210和第二耳板220通过连接轴300连接，第一耳板210和连接轴300间隙配合，第二耳板220和连接轴300间隙配合。基础箱室100通过第一耳板210和第二耳板220与桥梁防撞护栏，第一耳板210和第二耳板220之间通过连接轴300连接，第一耳板210与连接轴300间隙配合，第一耳板210与连接轴300之间相对转动以适应桥梁变形；第二耳板
220与连接轴300间隙配合，第二耳板220与连接轴300之间相对转动以适应桥梁变形。
39.在一些实施例中，基础箱室100由钢板焊接而成，基础箱室100的两侧钢板预留用于连接第一耳板210的固定孔位。可以理解，基础箱室100的顶部根据不同的附属设施类型及底座法兰尺寸预留安装孔位，并在箱室焊接时预留安装操作空间。
40.进一步地，附属设施基础包括垫板，垫板设置在第二耳板220与桥梁防撞护栏之间。可以理解，在第二耳板220与桥梁防撞护栏之间设置垫板可以起到垫衬作用，避免第二耳板220与桥梁护栏混凝土之间的直接接触。在一些实施例中，垫板采用钢垫板222。
41.进一步地，垫板与桥梁防撞护栏接触的一侧覆盖有粘结涂层。可以理解，粘结涂层可以为垫板与桥梁防撞护栏混凝土之间的连接提供粘结力，有利于提高第二耳板220与桥梁防撞护栏连接的整体性。在一些实施例中，粘结涂层采用环氧树脂材料，涂抹在垫板与防撞护栏接触的一侧。
42.在一些实施例中，第一耳板210与基础箱室100之间通过第一紧固螺栓211连接。结合附图，每个第一耳板210通过至少两个第一紧固螺栓211连接在基础箱室100的侧壁，第一紧固螺栓211通过限位螺母实现紧固，旋转限位螺母以提供拧紧力矩实现第一耳板210的固定。
43.在一些实施例中，第二耳板220与桥梁防撞护栏之间通过第二紧固螺栓221连接。结合附图，每个第二耳板220通过至少两个第二紧固螺栓221固定在桥梁防撞护栏上。具体地，第二紧固螺栓221在桥梁防撞护栏浇筑期间通过与防撞护栏骨架钢筋焊接或绑扎的形式预埋进桥梁防撞护栏内。可以理解的是，在已有桥梁基础上施工时，也可以通过在防撞护栏上打孔植入第二紧固螺栓221，打孔时需注意避开护栏钢筋。
44.实施例一：
45.结合图1至图2可以理解，第一耳板210和第二耳板220相互垂直设置。具体地，第一耳板210为横向耳板，基础箱室100与桥梁防撞护栏连接的两侧各设置有两个横向耳板；第二耳板220为竖向耳板，
46.结合附图，连接轴300为十字轴，十字轴包括第一轴体310和第二轴体320，第一轴体310用于连接两个第一耳板210，第二轴体320用于连接两个第二耳板220，第一轴体310和第二轴体320相互垂直设置。十字轴采用高强度钢材一体化成型制作，以提高十字轴的连接强度。
47.进一步地，十字轴包括第一限位垫圈311，第一限位垫圈311套设在第一轴体310外，第一限位垫圈311用于限制第一轴体310的轴向位移。结合图1，第一限位垫圈311设置在第一耳板210相对的内侧。可以理解，第一限位垫圈311可以定位第一轴体310，防止第一轴体310沿自身轴向方向偏移。具体地，第一限位垫圈311通过焊接的方式固定在第一轴体310上。
48.进一步地，十字轴包括第二限位垫圈321，第二限位垫圈321套设在第二轴体320外，第二限位垫圈321用于限制第二轴体320的轴向位移。结合图2，第二限位垫圈321设置在第二耳板220相背的外侧。可以理解，第二限位垫圈321通过焊接的方式固定在第二轴体320上。
49.可以理解，十字轴可以保证附属基础设施沿第一轴体310轴向自由转动、沿第二轴体320轴向自由转动，释放两幅桥梁由温度梯度变化、交通荷载变化等因素引起的弯矩与次
内力。通过调节第一耳板210连接孔的孔径，可以调整附属设施基础适应桥体长度方向变形的能力；通过调节第二耳板220连接孔的孔径，可以调整附属设施基础适应桥体高度方向变形的能力。
50.实施例二：
51.结合图4可以理解，第一耳板210和第二耳板220相互平行设置。具体地，第一耳板210和第二耳板220均为横向耳板。本实施例适用于桥梁沿桥体长度方向的变形远远大于其他方向的变形的情况。此时第一耳板210相对于第二耳板220沿桥体长度方向移动，第一耳板210与连接轴300相对转动，第二耳板220与连接轴300相对转动以适应桥体的变形。可以理解，通过调节第一耳板210和第二耳板220上连接孔的孔径大小可以调整附属设施基础适应桥梁沿桥体长度方向变形的能力。
52.实施例三：
53.结合图5可以理解，第一耳板210和第二耳板220相互平行设置。具体地，第一耳板210和第二耳板220均为竖向耳板，本实施例适用于桥梁沿桥体高度方向的变形远远大于其他方向的变形时，第一耳板210相对于第二耳板220沿桥体高度方向移动，第一耳板210与连接轴300相对转动。第二耳板220与连接轴300相对转动以适应桥体的变形。可以理解，通过调节第一耳板210和第二耳板220上连接孔的孔径大小可以调整附属设施基础适应桥梁沿桥体高度方向变形的能力。
54.本发明还涉及可适应桥梁变形的附属设施基础的施工方法，具体包括：
55.施工准备：结合附属设施类型和各类荷载要求以及左右两幅桥梁之间的安装距离和安装控件要求确定十字轴、第一耳板210、第二耳板220、第一紧固螺栓211、第二紧固螺栓221的具体尺寸，并在安装前对各部件预打孔，完成各个部件的制作；
56.预埋第二紧固螺栓221：在桥梁防撞护栏浇筑期间，对第二紧固螺栓221进行预埋；
57.安装第二耳板220和十字轴：定位安装第二耳板220，第二耳板220安装定位过程中，对十字轴进行定位安装，旋转限位螺母锁紧第二紧固螺栓221，使第二耳板220与桥梁防撞护栏连接为整体；
58.定位第一耳板210：调整第二轴体320的位置，焊接安装第二限位垫圈321以限制第二轴体320沿桥体长度方向的位移，根据设计尺寸要求，在第一轴体310上焊接安装第一限位垫圈311，将第一耳板210套设在第一轴体310上；
59.安装基础箱室100：放置基础箱室100，通过第一紧固螺栓211对基础箱室100进行安装定位，旋转限位螺母锁紧第一紧固螺栓211，使第一耳板210与基础箱室100连接为整体，完成可适应桥梁变形的附属设施基础的施工。
60.进一步地，预埋第二紧固螺栓221时，依据第二紧固螺栓221的预埋位置，将第二紧固螺栓221与防撞护栏骨架钢筋进行焊接或绑扎，以保证第二紧固螺栓221的连接强度。可以理解，一般附属设施的安装采用桥梁混凝土护栏中预留混凝土基础的方式，将第二紧固螺栓221在桥梁防撞护栏浇筑期间预埋进混凝土内，并通过焊接或绑扎的方式固定第二紧固螺栓221与防撞护栏骨架钢筋，以保证第二紧固螺栓221的连接强度与稳定性。
61.可以理解，在其他实施例中，如在已有桥梁基础上增设附属设施的情况下，可以在桥梁防撞护栏上打孔植入第二紧固螺栓221以实现第二耳板220与桥梁防撞护栏的连接。需要注意的是，打孔时避开防撞护栏骨架钢筋。
62.进一步地，安装第二耳板220之前，在第二耳板220与桥梁防撞护栏之间安装钢垫板222。
63.进一步地，在钢垫板222靠近混凝土一侧涂抹环氧树脂以提供临时粘结力。
64.进一步地，确定十字轴、第一耳板210、第二耳板220、第一紧固螺栓211、第二紧固螺栓221的具体尺寸具体包括：
65.根据附属设施的类型及各类荷载要求确定各个部件的尺寸、钢板厚度，其中，各个部件设计的总尺寸不超过两幅桥梁防撞护栏外侧设计初始距离lb，并保证足够的安装操作空间；
66.通过桥梁设计计算确定两幅桥梁在温度梯度变化、交通荷载变化等因素下，两幅桥梁最大的沿桥梁宽度方向变形wh、沿桥梁高度方向变形ws、沿桥梁长度方向变形wz；
67.设第一耳板210的连接孔孔径为dh，第二耳板220的连接孔孔径为ds，第一轴体310的轴径为dh，第二轴体320的轴径为ds，可以计算第一耳板210的轴孔间隙eh＝1/2(dh-dh)，第二耳板220的轴孔间隙es＝1/2(ds-ds)；
68.设基础箱室100两侧的第一轴体310之间的间距为lh，第二轴体320与防撞护栏外侧的间距为ls，当第一轴体310和第二轴体320分别处于同一竖向平面，即，两侧的十字轴相互平行并平行于防撞护栏外侧时，满足lb＝lh 2ls,其中，lh需要满足安装基础箱室100和第一耳板210的尺寸要求，ls需要满足安装钢垫板222和第二耳板220的尺寸要求；
69.当两幅桥梁发生沿桥梁宽度方向的位移时，附属设施基础可适应的相对变形为2(eh es)≤wh，附属设施基础可适应的沿桥梁宽度方向极限变形为2(eh es)＝dh ds-dh-ds＝wh；
70.当两幅桥梁发生沿桥梁高度方向的位移时，附属设施基础可适应的相对变形为((lh 2eh)
2-(lh-2(eh es))2)
1/2
≤ws，附属设施基础可适应的沿桥梁高度方向极限变形为((lh dh-dh)
2-(lh-(dh ds-dh-ds))2)
1/2
＝ws；
71.当两幅桥梁发生沿桥梁长度方向的位移时，附属设施基础可适应的相对变形为((lh 2es)
2-(lh-2(eh es))2)
1/2
≤wz，附属设施基础可适应的沿桥梁长度方向的极限变形为((lh ds-ds)
2-(lh-(dh ds-dh-ds))2)
1/2
＝wz；
72.为保证十字轴质量，一般在加工十字轴时等轴径设置，即dh＝ds，基于上述极限变形方程求解确定dh、ds、dh、ds；
73.对各部件尺寸进行承载能力校核，若满足要求，确定各部件尺寸，若不满足要求，重新拟定lh与ls进行后续验算校核。
74.下面以一个具体的实施例来详细描述根据本发明的内容，应注意的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。
75.可适应桥梁变形的附属设施基础的施工方法，具体包括：
76.施工准备：结合附属设施类型和各类荷载要求以及左右两幅桥梁之间的安装距离和安装控件要求确定十字轴、第一耳板210、第二耳板220、第一紧固螺栓211、第二紧固螺栓221的具体尺寸，并在安装前对各部件预打孔，完成各个部件的制作；
77.预埋第二紧固螺栓221：在桥梁防撞护栏浇筑期间，对第二紧固螺栓221进行预埋，依据第二紧固螺栓221的预埋位置，将第二紧固螺栓221与防撞护栏骨架钢筋进行焊接或绑扎，以保证第二紧固螺栓221的连接强度；
78.安装第二耳板220和十字轴：依次将钢垫板222和第二耳板220定位安装，在钢垫板222靠近混凝土一侧涂抹环氧树脂以提供临时粘结力，第二耳板220安装定位过程中，对十字轴进行定位安装，旋转限位螺母锁紧第二紧固螺栓221，使第二耳板220与桥梁防撞护栏连接为整体；
79.定位第一耳板210：调整第二轴体320的位置，焊接安装第二限位垫圈321以限制第二轴体320沿桥体长度方向的位移，根据设计尺寸要求，在第一轴体310上焊接安装第一限位垫圈311，将第一耳板210套设在第一轴体310上；
80.安装基础箱室100：放置基础箱室100，通过第一紧固螺栓211对基础箱室100进行安装定位，旋转限位螺母锁紧第一紧固螺栓211，使第一耳板210与基础箱室100连接为整体，完成可适应桥梁变形的附属设施基础的施工。
81.在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
82.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。