CN106567344A - 变高度索‑桁架桥梁加固结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变高度索‑桁架桥梁加固结构体系，该体系包括预应力钢绞线、桁架、分配梁、转向滑轮和传力滑轮五个部分；所述转向滑轮固定在桥墩上部；所述桁架底部固定倒置传力滑轮，顶部搁置分配梁；所述预应力钢绞线依次穿过各转向滑轮和传力滑轮，连接整桥两侧的固定端和张拉端，使得分配梁紧顶桥梁板下表面。张拉预应力钢绞线，在桁架底部形成向上合力，桁架将合力传至桥面板形成顶升力。所述桁架各竖腹杆长度左右对称，外侧竖腹杆最短，越靠近桁架中心线的竖腹杆越长，采取如是变高度的形式，可以使各竖腹杆传力更均匀，达到最佳加固效果。通过上述方式，本发明能够部分抵消桥梁板自重，有效提高结构承载力和刚度，达到桥梁加固的目的。

Description

变高度索-桁架桥梁加固结构体系

技术领域

本发明涉及桥梁加固工程领域，特别是涉及一种能提高大跨度桥梁过载能力，实现大件运输车通行目的的临时加固结构体系。

背景技术

目前，公知的针对超重车辆过桥的临时加固技术主要有以下几种：一是采用粘贴碳纤维加固方法，利用环氧树脂或专门结胶将碳纤维布或板直接粘贴在混凝土构件表面，使之与构件形成受力整体，但该方法需要清凿表层混凝土并进行找平，对桥面的破坏大，施工期间影响桥梁的正常通行；二是采用钢柱支撑加固方法，在河道桥面外侧打灌注桩增设桥台，但该方法受桥面宽度和桥下净高因素制约，同时施工难度较大；三是采用船上支撑加固桥梁方法，该方法对被加固桥梁承载力的提高作用受河水涨落的影响，尤其是河水暴涨时，存在着较大的事故隐患；四是采用临时桥上钢架桥加固方法，但该方法仅适用于中小跨度桥梁，同时要求桥梁两侧桥台无明显缺陷，当桥梁跨度较大时，因结构自重增大，桥台将无法承受压力而失效。

发明内容

为了克服现有桥梁临时加固技术施工繁琐、难度大以及加固效果受桥型、环境等因素制约的不足，本发明提供一种变高度索-桁架桥梁加固结构体系，该体系独立与桥梁主体结构，能够在不影响桥梁正常通行功能的条件下完成加固，采取竖腹杆变高度的结构形式能够使作用在桥梁板上的顶升力更加均匀，大幅降低桥梁板峰值弯矩和跨中截面挠度，改善桥梁板内力分布，有效提升结构承载力和刚度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种变高度索-桁架桥梁加固结构体系，该体系包括预应力钢绞线、桁架、分配梁、转向滑轮和传力滑轮五个部分；所述转向滑轮固定在桥墩上部；所述桁架底部固定倒置传力滑轮，顶部搁置分配梁；所述预应力钢绞线依次穿过各桥跨桥墩上的转向滑轮和桁架底部的传力滑轮，连接整桥两侧的固定端和张拉端，使得分配梁紧顶桥面下表面。

进一步地，桁架底部用横桥向水平杆连接两榀桁架竖腹杆与下弦杆的相交节点，提高桁架横向刚度；桁架顶部用等距分布的横向分配梁将两榀桁架连接在一起。

进一步地，桁架竖腹杆沿桁架纵跨方向等距布置，不同位置处竖腹杆的长度不同，位于桁架最外侧的竖腹杆长度最短，越靠近跨中位置竖腹杆长度越长，相邻两竖腹杆之间加设斜腹杆与桁架上弦杆交于节间位置。

进一步地，桁架顶部设分配梁传递顶升力，分配梁可以采用工字型截面钢梁，腹板两侧布置沿梁轴向等间距分布的竖向加劲肋。

进一步地，分配梁与上弦杆之间加垫钢板使传力更均匀。

进一步地，两榀桁架下部各角点位置固定传力滑轮，每个传力滑轮由两个等大轮盘组成，供两根钢绞线穿过。

进一步地，桁架两侧桥墩上各固定两个转向滑轮，转向滑轮轮盘朝上竖向正置，与桁架在同一竖平面内。

进一步地，钢绞线以两根为一组分别穿过同一桥墩的两侧转向滑轮，再穿过同一侧桁架下部的传力滑轮形成一个将桁架上抬的张拉角度；钢绞线将桥墩之间的桁架组合在一起，并通过张拉端和锚固端固定于整桥两侧的地面上。通过张拉钢绞线使之对桁架产生向上的抬力，从而达到提高桥梁过载能力的目的。

进一步地，桁架各竖腹杆长度关于桁架中心线左右对称，其中外侧竖腹杆最短，越靠近中心线的竖腹杆越长；桁架各竖腹杆长度决定了钢绞线的线形，关系到整个体系的加固效率，对于不同跨径桥梁，可以参考以下公式来获得某一跨径下采用不同竖腹杆数量时加固效率最高的竖腹杆设计长度：

式中l₀表示桥梁跨径，取相邻两桥墩中轴线间的距离，x表示竖腹杆到桥墩中轴线的距离，y表示钢绞线两端支点以下的竖腹杆设计长度，包括桁架竖腹杆的一部分实际长度和竖腹杆底部的传力滑轮高度。

进一步地，桁架竖腹杆、传力滑轮和分配梁在同一竖平面内。

本发明的有益效果是：本发明通过引入独立于桥梁板的索-桁架结构体系可以在不影响桥梁正常通行功能的条件下完成加固工作，加固体系结构简单，可以采用工厂加工后现场装配的施工方式；加固方案适用于多数桥型，受环境约束小，施工简单、工期短；采用转向滑轮和传力滑轮来连接钢绞线可以有效传递钢绞线内力，减少钢绞线的预应力损失；加固效果显著，能够部分抵消桥梁板自重，同时采用变高度的桁架竖腹杆形式，可以使各竖腹杆传递给桥梁板的顶升力更均匀，大幅降低桥梁板峰值弯矩和跨中截面挠度，改善桥梁板内力分布，有效提升结构承载力和刚度，使桥梁板承受住重型车辆荷载作用。

附图说明

图1是利用本发明的变高度索-桁架加固结构体系对桥梁进行加固时的示意图；

图2是本发明的变高度索-桁架加固结构体系的抬升桁架示意图，(a)为主视图，(b)为侧视图；

图中：1、桁架；2、分配梁；3、传力滑轮；4、桥墩；5、转向滑轮；6、预应力钢绞线；7、分配梁加劲肋；8、桁架竖腹杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1和图2，本发明实施方式包括：

在图1中，变高度索-桁架桥梁加固结构体系布置于桥面板下方，两榀桁架1顶部用分配梁2相连，分配梁2紧顶桥面板下表面，桁架1下部四个角点位置固定传力滑轮3，两侧桥墩4上部固定转向滑轮5，预应力钢绞线6依次穿过各个传力滑轮3和转向滑轮5将桁架1和两侧桥墩4组合在一起共同受力。由于该结构体系中分配梁2受较大集中荷载作用，通常情况下需要对这部分结构采取增设分配梁加劲肋7的构造措施，如图2(b)所示。

在图2中，在桥梁每一跨下布置两榀桁架1，分配梁2横向等距布置于各桁架竖腹杆8所在轴线处，分配梁2下表面与桁架1相连接，上表面紧顶桥面板下表面。桁架1底部固定竖向倒置的传力滑轮3，同时在相邻两跨间的桥墩4上同一高度位置处固定竖向正置的转向滑轮5。将预应力钢绞线6以两根为一组分别穿过同一桥墩4两侧的转向滑轮5，再穿过同一侧桁架1下部的传力滑轮3形成一个将桁架1上抬的张拉角度，预应力钢绞线6将相邻两桥墩4间的桁架1与桥墩4组合在一起，同时连接桥梁两侧的固定端和张拉端。张拉预应力钢绞线6，在桁架1下部的预应力钢绞线6折点处形成向上合力，通过桁架1将合力传至桥面板形成顶升力，从而分担部分桥面板自重实现加固目的。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：该体系包括预应力钢绞线、桁架、分配梁、转向滑轮和传力滑轮五个部分；所述转向滑轮固定在桥墩上部；所述桁架底部固定倒置传力滑轮，顶部搁置分配梁；所述预应力钢绞线依次穿过各桥跨桥墩上的转向滑轮和桁架底部的传力滑轮，连接整桥两侧的固定端和张拉端，使得分配梁紧顶桥面下表面。

2.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：桁架底部用横桥向水平杆连接两榀桁架竖腹杆与下弦杆的相交节点，提高桁架横向刚度；桁架顶部用等距分布的横向分配梁将两榀桁架连接在一起。

3.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：桁架竖腹杆沿桁架纵跨方向布置，不同位置处竖腹杆的长度不同，位于桁架最外侧的竖腹杆长度最短，越靠近跨中位置竖腹杆长度越长，相邻两竖腹杆之间加设斜腹杆与桁架上弦杆交于节间位置。

4.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：桁架顶部设分配梁传递顶升力，分配梁可以采用工字型截面钢梁，腹板两侧布置沿梁轴向等间距分布的竖向加劲肋。

5.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：分配梁与上弦杆之间加垫钢板使传力更均匀。

6.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：两榀桁架下部各角点位置固定传力滑轮，每个传力滑轮由两个等大轮盘组成，供两根钢绞线穿过。

7.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：桁架两侧桥墩上各固定两个转向滑轮，转向滑轮轮盘朝上竖向正置，与桁架在同一竖平面内。

8.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：钢绞线以两根为一组分别穿过同一桥墩的两侧转向滑轮，再穿过同一侧桁架下部的传力滑轮形成一个将桁架上抬的张拉角度；钢绞线将桥墩之间的桁架组合在一起，并通过张拉端和锚固端固定于整桥两侧。

9.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：桁架各竖腹杆长度关于桁架中心线左右对称，其中外侧竖腹杆最短，越靠近中心线的竖腹杆越长；桁架各竖腹杆长度决定了钢绞线的线形，关系到整个体系的加固效率，对于不同跨径桥梁，可以参考以下公式来获得某一跨径下采用不同竖腹杆数量时加固效率最高的竖腹杆设计长度：

$y=\frac{5l_0}{6}\sinh \frac{6x}{5l_0}\sinh \frac{6(x-l_0)}{5l_0}$

式中l₀表示桥梁跨径，取相邻两桥墩中轴线间的距离，x表示竖腹杆到桥墩中轴线的距离，y表示钢绞线两端支点以下的竖腹杆设计长度，包括桁架竖腹杆的一部分实际长度和竖腹杆底部的传力滑轮高度。

10.根据权利要求1所述的变高度索-桁架桥梁加固结构体系，其特征在于：桁架竖腹杆、传力滑轮和分配梁在同一竖平面内。