CN102587296B - 一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法 - Google Patents

Abstract

一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于：①混凝土梁上翼缘连接处(5)界面处理；②混凝土梁上翼缘连接处(5)植筋；③安装混凝土梁上翼缘连接处(5)钢筋；④梁底安装转向块(6)的钢筋及转向器(9)；⑤距离梁端2-3m处对称增加横隔板，安装锚具(10)；⑥浇注主梁上翼缘连接处(5)、转向块(6)以及新增横隔板(8)的混凝土；⑦安装、张拉锚固体外索(7)，得到自平衡体外预应力加固的结构。体外预应力体系可以随时检测、调校索的应力，检查索的腐蚀情况，在必要时还能进行维修、换索。自密实混凝土解决了配筋密集、结构复杂、模板和原构件空间狭小等因骨料阻塞造成的空洞等问题，有效保证浇注混凝土密实度，提高了加固效果。可以用于重载铁路桥梁、混凝土箱梁、T梁加固。

Description

一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法

技术领域

本发明涉及土木学科的桥梁和结构工程领域，具体涉及一种桥梁上部结构的加固强化方法以及施工工艺，尤其是对重载铁路桥梁的快速强化提升。

背景技术

随着高速与客运专线铁路大规模建设的不断深入，我国铁路高速及快速客运网已逐步形成，“客货分线”、既有线以开行货物列车为主的运输方式将成为我国铁路运输的主要模式。因此，既有铁路桥梁的重载改造加固与评估是我国铁路目前亟待解决的问题之一。

重载铁路输送能力大，经济和社会效益显著，发展铁路重载运输，已成为世界各国铁路运输发展的方向，也是我国加速提高铁路运输能力的主要途径。加快煤运通道建设和既有线扩能改造力度，形成运力强大、组织先进、功能完善的煤炭运输***是我国《中长期铁路网规划》的重要发展内容之一。要保证重载铁路高效、安全地运营，组成重载铁路***的各要素必须保持高标准，加之我国特有的高行车密度，这对我国重载铁路技术提出了更高的要求。

铁路重载运输是一项综合性的***工程，牵涉到铁路设计、施工、运营与养护维修的全过程。重载铁路与一般铁路的主要差别是桥梁、路基所受的动载强度加大，受载频率增高，引起荷载效应加大、材料应力幅加大，导致既有铁路桥梁和路基以及轨道的使用寿命缩短，结构的强度、刚度、稳定性等方面的安全储备下降，各种病害出现的几率加大、危害性加剧。如我国大秦线、朔黄线经过几年的重载运行，已经产生了桥梁横隔板断裂、梁体裂纹、墩台裂损、梁端顶死、支座倾斜、涵洞裂损、涵洞变形以及桥涵过渡段路基下沉、区间路堤和路堑地段下沉、路肩宽度不足、基床翻浆冒泥及道床板结、排水不良等多种类型病害。随着我国铁路重载运输轴重的加大、牵引质量的不断提高以及行车密度的不断增加，既有铁路桥梁和路基的使用条件将更加恶化，桥梁和路基病害产生的几率将进一步加大。

随着运量的不断增加，桥梁的各种病害日益突出，使用性能不断下降，尤其是跨度为32.0m预应力混凝土分片式梁因横向联结偏弱，横隔板断裂现象逐年增剧。在列车通过时，个别桥甚至出现了因摆动太大而导致的接触网脱弓现象。为了保证运输安全，确保设备的正常使用状态，满足运量不断增长的需要，必须对桥梁进行加固。针对这类梁体如何有效地采取加固措施提升其刚度、强度以及疲劳耐久性成为了铁路运输管理部门十分关注的问题。

目前桥梁工程中常用的加固方法有加大截面加固法、粘钢加固法、FRP材料粘贴加固法、改变结构传力途径加固法以及外包钢加固法等。受结构形式或材料特性的影响，这些传统加固方法均有一定的局限性。

(1)采用加大截面加固法时，如果设计中未能从整体结构的角度上分析，仅仅为局部加大而加大，这样会造成整体结构其它部分形成薄弱层而发生重大破坏；加大构件截面，其质量和刚度将发生变化，结构的固有频率也随之改变，很有可能进入到地震或风震的频率中而产生共振现象。

(2)粘钢加固法虽然施工工艺较简单，可在一定程度上提高结构的承载力，但对梁体表面平整度、清洁度要求较高，而且加固的有效性主要取决于粘结材料的强度及耐久性，抗疲劳性能也不够稳定。

(3)FRP加固对结构刚度的提高不明显，抗剪及连接问题均比较突出，且FRP材料与混凝土之间粘结面的耐久性和防火性能较差。

综上所述，传统加固方法存在新旧两种材料连接可靠性不足、提高的承载力有限、耐久性较差等缺陷。在粘贴钢板、FRP材料及胶液固化期间需要封闭交通，这恰恰是重载铁路运营部门所忌讳的，因为铁路中断一天，其经济损失将达上亿元。本发明经过反复试验开发了一种对铁路分离式桥梁进行强化处理的施工方法，该技术基于体外预应力加固和自平衡理论，预应力索受拉，混凝土受压，可以在提升原桥承载力的同时，不增加原桥梁负担，有效改善桥梁的疲劳耐久性，而且几乎不降低原桥桥下净空高度，施工不中断交通、施工速度快、成本低，后期可以换索。

发明内容

重载铁路桥梁所受的动载强度加大，受载频率增高，引起荷载效应加大、材料应力幅加大，导致既有铁路桥梁和路基以及轨道的使用寿命缩短，结构的强度、刚度、稳定性等方面的安全储备下降，各种病害出现的几率加大、危害性加剧。

本发明的目的在于提供一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，预应力索受拉，混凝土受压，可以在提升原桥承载力的同时，不增加原桥梁负担；具有不影响车辆运行、体外预应力筋可以更换和多次张拉等优点。

本发明的解决方案是在现有技术的基础上，提供一种新型桥梁结构自平衡体外预应力加固技术，两片混凝土T梁的混凝土T梁顶板形成主梁上翼缘，两片混凝土T梁的混凝土T梁底板形成下翼缘，其特征在于：①混凝土梁上翼缘连接处界面处理；②混凝土梁上翼缘连接处植筋；③安装混凝土梁上翼缘连接处钢筋；④梁底安装转向块钢筋及转向管道；⑤距离梁端2-3m处对称增加横隔板，安装锚具；⑥浇注主梁上翼缘连接处、转向块以及新增横隔板混凝土；⑦安装、张拉锚固体外预应力索，得到自平衡体外预应力加固的结构。根据本发明提供的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，预应力索受拉，混凝土受压，形成自平衡体系，可以在提升原桥承载力的同时，不增加原桥梁负担；具有不影响车辆运行等优点。特别针对重载铁路桥梁疲劳问题突出的特点，体外预应力体系可以随时检测、调校索的应力，检查索的腐蚀情况，在必要时还能进行维修、换索。自密实混凝土解决了配筋密集、结构复杂、模板和原构件空间狭小等因骨料阻塞造成的空洞等问题，有效保证浇注混凝土密实度，提高了加固效果。可以广泛应用于重载铁路桥梁、混凝土箱梁、T梁加固，整体造价低，经济、安全、适用，工程质量易于保证，应用前景广泛。

本发明的特征还在于连接分离式主梁各自的上翼缘为一整体结构。全桥连续浇注分离式主梁上翼缘连接处混凝土后，把分离式主梁各自的上翼缘连接为一整体结构，不仅可以增大抗弯和抗扭刚度，还可以直接承受预应力索的张拉力，与体外预应力索形成近似三角形的自平衡体系。既提高了主梁刚度和承载力，增加了桥梁横向整体性，又没有增加主梁负担。

本发明的特征还在于在靠近梁端处新增横隔板。横隔板在加强桥梁的横向联系、保证桥梁的整体性方面起着至关重要的作用。不但可以提高桥梁结构的横向刚度，使桥梁结构的荷载横向分布趋于更加合理，还可以有效地防止桥梁由于横向联系的薄弱而引起的一些病害。本发明在靠近梁端处新增横隔板，可以有效增强横向刚度。

本发明的特征还在于新增横隔板作为体外预应力索的锚固横梁。主梁梁端预应力管道布置复杂，没有体外预应力索的锚固空间；两桥梁端缝隙狭窄，也没有张拉空间，即使存在施工空间，施工难度也特别大。采用新增横隔板作为锚固横梁可以方便的安装体外预应力锚具以及张拉钢索，也能满足钢索在横向布置的要求。新增横隔板可以承受体外预应力索巨大的锚固力，又可以将体外预应力索的锚固力传递到原有分离式主梁的顶底板和腹板中。体外预应力桥梁结构对锚具具有巨大的依赖性，钢索施加的预应力完全依靠锚固点锚具保持，同时体外预应力索要承受比体内预应力筋更不利的动载并由此产生疲劳问题，一旦锚具组件出现问题，其导致的后果是灾难性的，所以体外预应力锚具必须提供比一般体内预应力锚具高得多的可靠性和安全性。本发明采取新增横隔板作为体外预应力索的锚固横梁可以解决这些问题。

本发明的特征还在于体外预应力索的转向结构设置在原有分离式主梁的横隔板处，既可以采用钢筋混凝土结构，也可以采用钢结构。体外预应力混凝土结构中的转向装置是一种特殊构造，它是除锚固构造外，体外预应力索在跨内唯一与混凝土体有联系的构件，并且负担着钢束转向的重要任务，也是体外预应力混凝土结构中最重要、最关键的结构构造之一。本发明结合原有横隔板设置转向结构，可以将转向力直接传递给分离式主梁的顶底板和腹板，受力合理；并且可以确保体外预应力索的位置，有足够的强度以及能够可靠的传递钢束的作用力。

本发明的特征还在于若采用钢筋混凝土转向结构，转向块和主梁下翼缘连接处一起浇注混凝土形成整体。这样，在横隔板处相当于T变箱，它很好的利用了箱梁抗弯、抗扭刚度以及整体性大大优于T梁的特点。同时，可以有效增强桥梁横向整体性。试验研究和工程实践表明，对于铁路桥梁，列车脱轨直接与桥梁横向刚度相关，因此必须保证铁路桥梁横向刚度。

本发明的特征还在于钢筋混凝土转向结构普通钢筋由转向管道的环筋、闭口箍筋以及靠近混凝土表面布置的纵横向钢筋组成。其中，环筋是围住单个转向管道的钢筋，假设拉力全部由环筋承担，可以很方便的计算围住单个转向管道的环筋钢筋面积。纵横向钢筋为构造钢筋，按一定的配筋率在转向结构混凝土表面均匀布置。闭口箍筋是围住所有转向管道的闭口箍筋，也属于构造钢筋，一般其钢筋面积等于环筋的配筋面积。

本发明的特征还在于若采用钢结构作为转向结构，本发明开发一种新型钢结构转向块，由工字钢、水平联结系、横向联结系、U型箍组成。

本发明的特征还在于在钢结构转向块中，根据钢结构转向块的纵向长度，间隔50cm设置一个工字梁；工字梁宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的工字钢，且高度不小于250mm，腹板厚度不小于10mm。

本发明的特征还在于在钢结构转向块中，沿工字钢纵向间隔1-1.5m设置一道腹板加劲肋，角钢交叉焊接在腹板加劲肋上形成横向联结系。角钢宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的角钢，且角钢的边厚度不宜小于10mm；角钢与腹板加劲肋采取三面围焊连接方式；沿工字钢纵向间隔1-1.5m在工字钢顶底板设置水平联结系。

本发明的特征还在于在钢结构转向块中，在工字梁的底部焊接U型箍。U型箍由钢板焊接而成，转向管道穿过U型箍布置，这样就可以固定预应力钢索。

本发明的特征还在于体外预应力索宜采用工厂制造的成品索，成品索应采用热挤高密度聚乙烯外护套的钢绞线索或无粘结钢绞线索，转向器、锚具且应与之配套。

本发明的特征还在于转向器采用集束式转向器，由内管和外钢管组成。集束式转向器可以实现整束钢绞线可更换设计。铁路桥梁所受的动载强度加大，受载频率增高，引起荷载效应加大、材料应力幅加大，导致既有铁路桥梁和路基以及轨道的使用寿命缩短，结构的强度、刚度、稳定性等方面的安全储备下降，各种病害出现的几率加大、危害性加剧，耐久性以及疲劳性问题突出。体外预应力体系可以随时检测、调校索的应力，检查索的腐蚀情况，在必要时还能进行钢绞线更换，有效的解决了铁路桥梁的耐久性以及疲劳性问题。

本发明的特征还在于所用加固混凝土为自密实混凝土。自密实混凝土拌制采用商品混凝土搅拌站进行搅拌。自密实混凝土拌制完成后应进行检测，坍落度应在240mm～270mm；坍落扩展度在600mm～700mm；U型仪试验高度差△h小于30mm；V漏斗通过时间在4s～25s，粗骨料粒径为5mm～20mm，针片状含量小于10%，细骨料的细度模数大于2.3。自密实混凝土突破了传统振捣混凝土在成型方式上的局限，完全依靠自身重力(或只需外力轻微振动)便可自由流淌，穿越钢筋间隙填充模板每个角落，硬化后得到满足要求的强度和良好的耐久性能。自密实混凝土不仅从材料的性能保证了加固的效果，还从施工工艺上保证了加固效果。

本发明的特征还在于在步骤②中的植筋间距为25cm～40cm纵横向等间距布置。

本发明的特征还在于在混凝土梁上翼缘连接处加固混凝土高度一半处安装钢筋网。直径宜采用12mm，布置距离宜为植筋距离的一半，即按照12.5cm～20cm纵横向等间距布置。混凝土梁上翼缘连接处混凝土高度一般为15cm～25cm，若大于25cm需布置两层钢筋网。

本发明的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于根据本发明的方法，与其相关的工序包括以下主要步骤：

步骤A：混凝土梁上翼缘连接处界面处理

在所述步骤A中包括以下步骤：

(1)将上翼缘连接处的粉刷层和装饰层清除，直至露出混凝土表面；

(2)若上翼缘连接处的混凝土存在空洞等初始缺陷，需对其缺陷部位清除至密实处；

(3)将混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表明的浮渣、尘土；

(4)若结构加固部位的钢筋有锈蚀现象时，需对钢筋表明除锈；当结构中钢筋锈蚀面积与原截面面积的比值超过1/12时，需补配钢筋。

步骤B：混凝土梁上翼缘连接处植筋

其操作要点：

(1)采用植筋技术时，桥梁主要构件的混凝土强度等级不得低于C25，其它构件混凝土强度等级不得低于C20。

(2)桥梁受力植筋用胶粘剂应采用A级胶；仅按构造要求植筋时可采用B级胶。

(3)植筋间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

步骤C：安装混凝土梁上翼缘连接处钢筋

在混凝土梁上翼缘连接处混凝土高度一半处安装钢筋网。直径宜采用12mm，布置距离宜为植筋距离的一半，即按照12.5cm～20cm纵横向等间距布置。混凝土梁上翼缘连接处混凝土高度一般为15cm～25cm，若大于25cm需布置两层钢筋网。

步骤D：梁底安装转向块钢筋及转向管道

在所述步骤D中包括以下步骤：

(1)体外预应力索转向块宜安装在分离式主梁横隔板处，横隔板和转向块共同受力，可以有足够的强度以及能够可靠的传递钢束的作用力。转向管道应尽量将其靠近腹板布置，因为这种布置对分离式主梁底板的受力较为有利，并且有利于预应力的传递。

(2)将原混凝土梁横隔板下翼缘底部混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表明的浮渣、尘土。

(3)在凿毛混凝土表面植筋，间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

(4)布置环筋、闭口箍筋以及靠近混凝土表面布置的纵横向钢筋。其中，环筋是围住单个转向管道的钢筋，可以由简化计算方法求得。假设拉力全部由环筋承担，可以很方便的计算围住单个转向管道的环筋钢筋面积。纵横向钢筋为构造钢筋，按一定的配筋率在转向结构混凝土表面均匀布置。闭口箍筋是围住所有转向管道的闭口箍筋，也属于构造钢筋，一般其钢筋面积等于环筋的配筋面积。

(5)转向器设置在原混凝土梁底部，采用集束式转向器，由内管和外钢管组成。集束式转向器可以实现整束钢绞线可更换设计。

体外预应力索转向块也可以不采用普通的钢筋混凝土结构，而采用钢结构。本发明开发一种新型钢结构转向块，由工字钢、水平联结系、横向联结系、U型箍组成。其施工主要步骤为：

(1)根据转向块的纵向长度，间隔50cm设置一个工字梁。

(2)工字梁宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的工字钢，且高度不小于250mm，腹板厚度不小于10mm；

(3)沿工字钢纵向间隔1-1.5m设置一道腹板加劲肋，角钢交叉焊接在腹板加劲肋上形成横向联结系。角钢宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的角钢，且角钢的边厚度不宜小于10mm；角钢与腹板加劲肋采取三面围焊连接方式。

(4)沿工字钢纵向间隔1-1.5m在工字钢顶底板设置水平联结系。

(5)在工字梁的底部焊接U型箍。U型箍由钢板焊接而成，转向管道穿过U型箍布置，这样就可以固定预应力钢索。

步骤E：距离梁端2-3m处对称增加横隔板，安装锚具在所述步骤E中包括以下步骤：

(1)将新增横隔板与原混凝土梁的连接部位混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表明的浮渣、尘土。

(2)在凿毛混凝土表面植筋，间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

(3)布置横隔板钢筋，注意横隔板钢筋要和植筋连接，加强整体工作性。

(4)体外预应力索锚具安装定位。本发明新增横隔板既可以加强整体工作性能，又可以作为锚固横梁，施工方便，可以避免原有主梁梁端预应力锚固复杂，没有施工空间的问题。锚具材料应满足《预应力钢束用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2007）标准的要求，体外预应力束锚具采用相应规范的夹片式锚具，锚具应满足整体换束及调整张拉力的要求。锚具所用钢管均采用符合GB8163-87规定的无缝钢管，锚具其它性能应满足GB／T14370-2000标准的要求。

步骤F：浇注主梁上翼缘连接处、转向块以及新增横隔板混凝土混凝土采用自密实混凝土，包括自密实混凝土拌制、浇注、养护。

自密实混凝土拌制：

采用商品混凝土搅拌站进行搅拌。其原材料为：

(1)水泥：采用普通42.5硅酸盐水泥；

(2)粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰；

(3)砂：河砂，中砂，细度模数2.58，Ⅱ区级配合格，堆积密度1576kg/m³，表观密度2610kg/m³；

(4)石：碎石，5—20mm连续级配合格，针片状含量为9.2%，压碎指标3.4，堆积密度1470kg/m³，表观密度2700kg/m³；

(5)减水剂：高效减水剂，减水率大于25%。

混凝土拌制完成之后，应进行坍落度试验、L型流动仪试验、U型仪试验、V漏斗试验，其检测结果应满足以下标准：坍落度应控制在240mm～270mm；坍落扩展度应控制在600mm～700mm；U型仪试验高度差△h应小于30mm；V漏斗通过时间应控制在4s～25s。

自密实混凝土浇注：

(1)浇注前半个小时，用水充分湿润原混凝土梁以及模板；

(2)自密实混凝土浇注可采用机械连续浇注和人工连续浇注，推荐使用机械连续浇注。尽量保证连续几个浇注孔同时浇注，浇注时可用木锤对钢板稍加敲击振动，必要时用长钎进行适当插捣，确保浇注混凝土的密实；

(3)浇注时应注意结构各部位变形，应连续浇注一个加固构件完毕，并且中间间断时间不能超过混凝土初凝时间；

自密实混凝土养护：

混凝土浇注完成后，应及时施水养护，保证7～14天养护期：前7天每天应该施水养护最少4次：早上上班，中午吃饭前，傍晚吃晚饭前，晚上11～12点间。后7天，每天施水养护早、中、晚三次。

步骤G：安装、张拉锚固体外预应力索

体外预应力索的材料应满足《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224）、《无粘结预应力钢绞线》（JG161）、《建筑缆索用高密度聚乙烯塑料》（CJ/T3078）、《结构用无缝钢管标准》（GB/T8162）、《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝索技术条件》（GB/T18365）、《无粘结预应力筋专用防腐润滑脂》（JG3007-93）及《半精炼石蜡》（GB254）等标准的要求。体外预应力索宜采用工厂制造的成品索，成品索应采用热挤高密度聚乙烯（简称HDPE）外护套的钢绞线索或无粘结钢绞线索，且应与转向器、锚具配套。

本发明的上述技术方案相比传统加固方法具有以下优点：

(1)本发明提供的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，体外预应力索通过转向块布置在原主梁底部，在原主梁上翼缘连接处浇注自密实混凝土，既可以充分发挥体外预应力索的加固作用，又可以让上翼缘连接处混凝土直接承受预加力，从而在提升原桥承载力的同时，不增加原桥梁负担，即自平衡体系。

(2)本发明在靠近梁端处新增横隔板。不但可以提高桥梁结构的横向刚度，还可以将新增横隔板作为体外预应力索的锚固横梁。主梁梁端预应力管道布置复杂，没有体外预应力索的锚固空间；两桥梁端缝隙狭窄，也没有张拉空间，即使存在施工空间，施工难度也特别大。采用新增横隔板作为锚固横梁可以方便的安装体外预应力锚具以及张拉钢索，也能满足钢索在横向布置的要求。

(3)本发明将体外预应力索的转向结构设置在原有分离式主梁的横隔板处，既可以采用钢筋混凝土结构，也可以采用钢结构。转向装置不仅可以安装在梁底，而且对于分离式的主梁，也可以安装在两片分离式主梁的中间连接部位。体外预应力索立面线形布置可以设置水平直线段，也可以不予设置，这样，就可以满足不同的线形布置要求，适用范围广。

(4)本发明若采用钢筋混凝土的转向结构，转向块和主梁下翼缘连接处一起浇注混凝土形成整体。这样，在横隔板处相当于T变箱，可以有效增强桥梁横向整体性。

(5)本发明若采用钢结构的转向结构，根据发明开发的一种新型钢结构转向块，由工字钢、水平联结系、横向联结系、U型箍组成，施工方便快速，经济适用。

(6)针对铁路桥梁疲劳问题突出的特点，体内预应力在灌浆结束后无法检测及换索，体外预应力体系可以随时检测、调校索的应力，检查索的腐蚀情况，在必要时还能进行维修、换索。

(7)采用本发明的自平衡体外预应力加固技术，对结构净空高度影响小，不影响车辆通行。故本发明的技术方法特别适合铁路桥梁、立交桥以及跨线桥，以及对净空高度要求严格的结构。

(8)由于本发明利用了自密实混凝土在浇注过程中无需振捣成型，因此本发明解决了配筋密集、结构复杂、模板和原构件空间狭小等因骨料阻塞造成的空洞等问题，并减少了传统混凝土施工因漏振、过振造成的上下分层蜂窝麻面，提高了混凝土质量和耐久性能，从而大大简化了加固施工工艺，使普通混凝土无法施工的部位变成了可能，特别适用于一些复杂、异性的加固结构构件，大大拓展了适用范围。

(9)由于本发明利用了自密实混凝土技术，显著降低了传统振捣混凝土施工中的噪音污染，大幅度减轻了工人的劳动强度。同时由于配制自密实混凝土需要大量利用粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰等工业固体废弃物，有利于资源的综合利用和生态环境的保护。

综上所述，与现有技术相比，本发明的自平衡体外预应力加固技术结合自平衡原理、利用自密实混凝土、体外预应力各自的优点，能有效提高既有桥梁刚度和承载力，同时不增加原桥荷载。针对重载铁路桥梁疲劳问题突出的特点，体外预应力体系可以随时检测、调校索的应力，检查索的腐蚀情况，在必要时还能进行维修、换索。自密实混凝土解决了配筋密集、结构复杂、模板和原构件空间狭小等因骨料阻塞造成的空洞等问题，有效保证浇注混凝土密实度，提高了加固效果。可以广泛应用于重载铁路桥梁、混凝土箱梁、T梁加固，整体造价低，经济、安全、适用，工程质量易于保证，应用前景广泛。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明。其中

图1是重载铁路预应力混凝土简支T梁桥立面图；

图2是重载铁路预应力混凝土简支T梁桥标准断面图；

图3是重载铁路预应力混凝土简支T梁桥横隔板断面图；

图4是主梁顶板连接处植筋、浇注混凝土示意图；

图5a是体外预应力索钢筋混凝土转向装置安装浇注示意图一；

图5b是体外预应力索钢筋混凝土转向装置安装浇注示意图二；

图6a是体外预应力索钢结构转向装置安装示意图一；

图6b是体外预应力索钢结构转向装置安装示意图二；

图7是钢结构转向装置构造图；

图8a是加固后结构立面布置示意图一；

图8b是加固后结构立面布置示意图二；

图9是钢束中部转向器安装示意图；

图10是转向器构造大样图；

图中附图标记表示为：1—混凝土T梁顶板；2—混凝土T梁腹板；3—混凝土T梁底板；4—横隔板；5—顶板连接处；6—转向块；7—体外预应力索；8—新增横隔板；9—体外预应力索转向器；10—体外预应力索锚具；11—HDPE内管；12—外钢管；13—上翼缘加固混凝土；14—工字梁、15—水平联结系、16—横向联结系、17—U型箍；18—腹板加劲肋；19—三面围焊。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，其中图中附图标记表示为：1—混凝土T梁顶板；2—混凝土T梁腹板；3—混凝土T梁底板；4—横隔板；5—上翼缘连接处；6—转向块；7—体外预应力索；8—新增横隔板；9—体外预应力索转向器；10—体外预应力索锚具；11—HDPE内管；12—外钢管；13—上翼缘加固混凝土；14—工字梁、15—水平联结系、16—横向联结系、17—U型箍；18—腹板加劲肋；19—三面围焊。

本发明的解决方案是在现有技术的基础上，提供一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，两片混凝土T梁的混凝土T梁顶板形成主梁上翼缘，两片混凝土T梁的混凝土T梁底板形成下翼缘，其特征在于包括以下步骤：A、主梁上翼缘连接处界面处理；B、主梁上翼缘连接处植筋；C、安装主梁上翼缘连接处钢筋；D、梁底安装转向块及转向管道；E、靠近梁端对称增加横隔板，安装锚具；F、浇注主梁上翼缘连接处、新增横隔板混凝土；G、安装、张拉锚固体外预应力索，得到自平衡体外预应力加固的结构。

本发明的特征还在于通过在主梁上翼缘底部植筋，两片主梁上翼缘连接处浇注自密实混凝土，主梁底部布置体外预应力索，上翼缘连接处混凝土与体外预应力索形成近似三角形的自平衡体系，所述主梁包括已经存在的T梁、混凝土箱梁、空心板梁、普通钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁。

本发明的特征还在于靠近梁端2-3m处新增横隔板。

本发明的特征还在于新增横隔板作为体外预应力索的锚固横梁，体外预应力索的锚具设置在新增横隔板中。

本发明的特征还在于体外预应力索的转向结构设置在原有分离式主梁的横隔板处。

本发明的特征还在于体外预应力索的转向装置采用钢筋混凝土结构或者采用钢结构，转向装置安装在梁底，或者对于分离式的主梁安装在两片分离式主梁的中间连接部位，或者体外预应力索立面线形布置设置水平直线段。

本发明的特征还在于体外预应力索转向装置若采用钢筋混凝土结构，在步骤D中包括安装转向块普通钢筋的施工步骤，在步骤F中包括浇注转向块混凝土的施工步骤。

本发明的特征还在于转向块和主梁横隔板下翼缘连接处一起浇注混凝土形成整体。

本发明的特征还在于钢筋混凝土转向结构普通钢筋由转向管道的环筋、闭口箍筋以及靠近混凝土表面布置的纵横向钢筋组成，环筋是围住单个转向管道的钢筋，纵横向钢筋为构造钢筋，按一定的配筋率在转向结构混凝土表面均匀布置，闭口箍筋是围住所有转向管道的闭口箍筋，属于构造钢筋，其钢筋面积等于环筋的配筋面积。

本发明的特征还在于体外预应力索转向装置若采用钢结构，钢结构转向装置由工字梁、水平联结系、横向联结系和U型箍组成。

本发明的特征还在于根据钢结构转向装置的纵向长度，间隔50cm设置一个工字梁，工字梁，采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的工字钢，且高度不小于250mm，腹板厚度不小于10mm。

本发明的特征还在于沿工字梁纵向间隔1-1.5m设置一道腹板加劲肋，角钢交叉焊接在腹板加劲肋上形成横向联结系，角钢宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的角钢，且角钢的边厚度不宜小于10mm，角钢与腹板加劲肋采取三面围焊连接方式，沿工字梁纵向间隔1-1.5m在工字梁顶底板设置水平联结系。

本发明的特征还在于在工字梁的底部焊接U型箍，U型箍由钢板焊接而成，转向管道穿过U型箍布置，从而固定体外预应力索。

本发明的特征还在于体外预应力索采用工厂制造的成品索，成品索采用热挤高密度聚乙烯外护套的钢绞线索或无粘结钢绞线索，转向器和锚具与之配套，转向器采用集束式转向器，由内管和外钢管组成。

本发明的特征还在于所述混凝土为自密实混凝土，自密实混凝土拌制采用商品混凝土搅拌站进行搅拌，其原材料为：水泥：采用普通42.5硅酸盐水泥；粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰；砂：河砂，中砂，细度模数2.58，Ⅱ区级配合格，堆积密度1576kg/m³，表观密度2610kg/m³；石：碎石，5—20mm连续级配合格，针片状含量为9.2%，压碎指标3.4，堆积密度1470kg/m³，表观密度2700kg/m³；减水剂：高效减水剂，减水率大于25%。

本发明的特征还在于自密实混凝土拌制完成后进行检测，坍落度应在240mm～270mm；坍落扩展度在600mm～700mm；U型仪试验高度差△h小于30mm；V漏斗通过时间在4s～25s，粗骨料粒径为5mm～20mm，针片状含量小于10%，细骨料的细度模数大于2.3。

本发明的特征还在于在步骤B中的植筋间距为25cm～40cm纵横向等间距布置。

本发明的特征还在于在混凝土梁上翼缘连接处加固混凝土高度一半处安装钢筋网，直径采用12mm，布置距离宜为植筋距离的一半，按照12.5cm～20cm纵横向等间距布置，混凝土梁上翼缘连接处混凝土高度一般为15cm～25cm，若大于25cm需布置两层钢筋网。

具体实施方式为重载铁路预应力简支T梁桥，根据本发明的自平衡预应力加固技术包括以下步骤：

步骤A：混凝土T梁上翼缘连接处5界面处理

图1是重载铁路预应力混凝土简支T梁桥立面图；如图1所示的预应力混凝土简支T梁桥的混凝土T梁顶板1与混凝土T梁底板3之间共有五块横隔板4，横隔板4垂直于混凝土T梁腹板2设置，如图1所示的预应力混凝土简支T梁桥包含有普通断面和含横隔板断面两种不同的断面。

图2是重载铁路预应力混凝土简支T梁桥标准断面图；如图2所示，本实施例的标准断面包括混凝土T梁顶板1、混凝土T梁腹板2和混凝土T梁底板3。

图3是重载铁路预应力混凝土简支T梁桥横隔板断面图；如图3所示，通过垂直于两片混凝土T梁横加面上的环形横隔板4把两片混凝土T梁联结成整体，环形横隔板4同时垂直于两片混凝土T梁的混凝土T梁顶板1、混凝土T梁腹板2和混凝土T梁底板3。

在所述步骤A中包括以下步骤：

图4是主梁顶板连接处植筋、浇注混凝土示意图；如图4所示，

(1)两片混凝土T梁的两混凝土T梁腹板2之间段的混凝土T梁顶板1下部为T梁上翼缘连接处5，将上翼缘连接处5的粉刷层和装饰层清除，直至露出混凝土表面；

(2)若上翼缘连接处5的混凝土存在空洞等初始缺陷，需对其缺陷部位清除至密实处；

(3)将上翼缘连接处5底面凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表面的浮渣、尘土；

(4)若结构加固部位的钢筋有锈蚀现象时，需对钢筋表明除锈；当结构中钢筋锈蚀面积与原截面面积的比值超过1/12时，需补配钢筋。

步骤B：混凝土T梁上翼缘连接处5混凝土表面植筋

其操作要点：

(1)采用植筋技术时，桥梁主要构件的混凝土强度等级不得低于C25，其它构件混凝土强度等级不得低于C20。

(2)桥梁受力植筋用胶粘剂应采用A级胶；仅按构造要求植筋时可采用B级胶。

(3)植筋间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

步骤C：安装混凝土T梁上翼缘连接处5的普通钢筋

图4是主梁顶板连接处植筋、浇注混凝土示意图；如图4所示，在混凝土T梁上翼缘加固混凝土13高度一半处安装钢筋网。直径宜采用12mm，布置距离宜为植筋距离的一半，即按照12.5cm～20cm纵横向等间距布置。T梁上翼缘加固混凝土13的高度一般为15cm～25cm，若大于25cm需布置两层钢筋网。

步骤D：T梁梁底安装转向块6的钢筋及体外预应力索转向器9

根据本发明，转向块6既可以采用钢筋混凝土结构，又可以采用钢结构。图5a是体外预应力索钢筋混凝土转向装置安装浇注示意图一；图5b是体外预应力索钢筋混凝土转向装置安装浇注示意图二；如图5a和图5b所示，

在所述步骤D中包括以下步骤：

(1)体外预应力索转向块6安装在分离式主梁横隔板4处，横隔板4和转向块6共同受力，可以有足够的强度以及能够可靠的传递钢束的作用力。

(2)将原混凝土梁横隔板4下翼缘底部混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表明的浮渣、尘土。

(3)在凿毛混凝土表面植筋，间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

(4)布置环筋、闭口箍筋以及靠近混凝土表面布置的纵横向钢筋。

(5)体外预应力索转向器9设置在原混凝土梁底部，采用集束式转向器。图7是钢束中部转向器安装示意图；如图7所示，根据体外预应力索7的线形布置，在转向块6中预埋体外预应力索转向器9。图9是钢束中部转向器安装示意图；图10是转向器构造大样图；如图10所示，体外预应力索转向器9由HDPE内管11和外钢管12组成。

(6)图5b是体外预应力索钢筋混凝土转向装置安装浇注示意图一；如图5b所示，根据本发明的方法，体外预应力索转向块6也可以设置在两片分离式主梁的中间连接部位，这样可以满足体外预应力索7的各种线形布置要求。

体外预应力索转向块6若采用钢结构，根据本发明开发一种新型钢结构转向块，由工字梁14、水平联结系15、横向联结系16、U型箍17组成。图6a是体外预应力索钢结构转向装置安装示意图一；图6b是体外预应力索钢结构转向装置安装示意图二；图7是钢结构转向装置构造图；如图6a、图6b、图7所示，

其施工主要步骤为：

(1)根据转向块6的纵向长度，间隔50cm设置一个工字梁14。本实施例的转向块6由两个工字梁14组成。

(2)工字梁14宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的工字钢，且高度不小于250mm，腹板厚度不小于10mm。本实施例选用的工字梁14高度为300mm，腹板厚度为13mm。

(3)图7是钢结构转向装置构造图；如图7所示，沿工字梁14纵向间隔1-1.5m设置一道腹板加劲肋18，角钢交叉焊接在腹板加劲肋18上形成横向联结系16。角钢宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的角钢，且角钢的边厚度不宜小于10mm；角钢与腹板加劲肋18采取三面围焊连接方式。本实施例的转向块6的横向宽度为2880mm，沿工字梁14纵向间隔1m设置腹板加劲肋18，腹板加劲肋18的厚度为10mm，角钢的边厚度为10mm，如图7所示，角钢与腹板加劲肋18的焊接方式为三面围焊19。

(4)图7是钢结构转向装置构造图；如图7所示，沿工字梁14纵向间隔1-1.5m在工字梁14顶底板设置水平联结系15。本实施例按照纵向间隔1m焊接10mm厚的钢板形成水平联结系15。

(5)在工字梁14的底部焊接U型箍17。U型箍17由钢板焊接而成，转向管道穿过U型箍17布置，这样就可以固定体外预应力索7。

(6)同钢筋混凝土转向结构一样，图6b是体外预应力索钢结构转向装置安装示意图二；如图6b所示，根据本发明的方法，钢结构的体外预应力索转向块6也可以设置在两片分离式主梁的中间连接部位，这样可以满足体外预应力索7的各种线形布置要求。

步骤E：距离梁端2m处浇注新增横隔板8，安装体外预应力索锚具10

在所述步骤E中包括以下步骤：

(1)将新增横隔板8与原混凝土梁的连接部位混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表明的浮渣、尘土。

(2)在凿毛混凝土表面植筋，间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

(3)布置新增横隔板8的钢筋，注意新增横隔板8的钢筋要和植筋连接，加强整体工作性。

(4)体外预应力索锚具10安装定位。图8a是加固后结构立面布置示意图一；图8b是加固后结构立面布置示意图二；如图8a和8b所示，体外预应力索锚具10安装在新增横隔板8中。根据发明设置的新增横隔板8既可以加强整体工作性能，又可以作为锚固横梁，施工方便，可以避免原有主梁梁端预应力锚固复杂，没有施工空间的问题。

步骤F：浇注T梁上翼缘连接处5、转向块6以及新增横隔板8的混凝土图8a是加固后结构立面布置示意图一；图8b是加固后结构立面布置示

意图二；如图8a和8b所示，本发明的新增横隔板8将作为锚固横梁。混凝土

采用自密实混凝土，包括自密实混凝土拌制、浇注、养护。

自密实混凝土拌制：

采用商品混凝土搅拌站进行搅拌。其原材料为：

(1)水泥：采用普通42.5硅酸盐水泥；

(2)粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰；

(3)砂：河砂，中砂，细度模数2.58，Ⅱ区级配合格，堆积密度1576kg/m³，表观密度2610kg/m³；

(4)石：碎石，5—20mm连续级配合格，针片状含量为9.2%，压碎指标3.4，堆积密度1470kg/m³，表观密度2700kg/m³；

(5)减水剂：高效减水剂，减水率大于25%。

混凝土拌制完成之后，应进行坍落度试验、L型流动仪试验、U型仪试验、V漏斗试验，其检测结果应满足以下标准：坍落度应控制在240mm～270mm；坍落扩展度应控制在600mm～700mm；U型仪试验高度差△h应小于30mm；V漏斗通过时间应控制在4s～25s。

自密实混凝土浇注：

(1)浇注前半个小时，用水充分湿润原混凝土梁以及模板；

(2)自密实混凝土浇注可采用机械连续浇注和人工连续浇注，推荐使用机械连续浇注。尽量保证连续几个浇注孔同时浇注，浇注时可用木锤对钢板稍加敲击振动，必要时用长钎进行适当插捣，确保浇注混凝土的密实；

(3)浇注时应注意结构各部位变形，应连续浇注一个加固构件完毕，并且中间间断时间不能超过混凝土初凝时间；

自密实混凝土养护：

混凝土浇注完成后，应及时施水养护，保证7～14天养护期：前7天每天应该施水养护最少4次：早上上班，中午吃饭前，傍晚吃晚饭前，晚上11～12点间。后7天，每天施水养护早、中、晚三次。

步骤G：安装、张拉锚固体外预应力索7

图8a是加固后结构立面布置示意图一；图8b是加固后结构立面布置示意图二；如图8a和8b所示，根据受力需要，可以采用中间有水平直线段体外预应力索7的布置，如图8a所示；也可以采用三角形布置，如图8b所示。体外预应力索7的转向块可以设置在梁底，如图5a和6a所示；也可以设置在两片分离式主梁的中间连接部位，如图5b和6b所示。这样，根据本发明提供的体外预应力索7布置方法，可以方便灵活的布置体外预应力索7的线形、横向位置、钢束束数。

本发明中的张拉力直接由上翼缘连接处5的混凝土承受，在体外预应力索7和上翼缘连接处5混凝土之间形成自平衡体系，既能充分发挥体外预应力索7的加固作用，又不增加既有混凝土T梁的负担。

体外预应力索7的材料应满足《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224）、《无粘结预应力钢绞线》（JG161）、《建筑缆索用高密度聚乙烯塑料》（CJ/T3078）、《结构用无缝钢管标准》（GB/T8162）、《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝索技术条件》（GB/T18365）、《无粘结预应力筋专用防腐润滑脂》（JG3007-93）及《半精炼石蜡》（GB254）等标准的要求。本实施例的体外预应力索7采用工厂制造的成品索，且与体外预应力索转向器9、体外预应力索锚具10配套。

容易理解，虽然上面是结合T梁桥来对本发明进行的说明，然而本发明可同样地应用于其他结构形式，如混凝土箱梁、空心板梁、公路中的小箱梁等。

最后应说明的是：以上具体实时方式所述仅为本发明的优选实施方案。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

Claims (10)

1.一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于包括以下步骤：

A、主梁上翼缘连接处界面处理；

B、主梁上翼缘连接处植筋；

C、安装主梁上翼缘连接处钢筋；

D、梁底安装转向块及转向管道；

E、靠近梁端对称增加横隔板，安装锚具；

F、浇注主梁上翼缘连接处、新增横隔板混凝土；

G、安装、张拉锚固体外预应力索，得到自平衡体外预应力加固的结构。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于通过在主梁上翼缘底部植筋，两片主梁上翼缘连接处浇注自密实混凝土，主梁底部布置体外预应力索，上翼缘连接处混凝土与体外预应力索形成近似三角形的自平衡体系，所述主梁包括已经存在的T梁、混凝土箱梁、空心板梁、普通钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于靠近梁端2-3m处新增横隔板。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于新增横隔板作为体外预应力索的锚固横梁，体外预应力索的锚具设置在新增横隔板中。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于体外预应力索的转向结构设置在原有分离式主梁的横隔板处。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于体外预应力索的转向装置采用钢筋混凝土结构或者采用钢结构，转向装置安装在梁底，或者对于分离式的主梁安装在两片分离式主梁的中间连接部位，或者体外预应力索立面线形布置设置水平直线段。

7.根据权利要求1所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于体外预应力索转向装置若采用钢筋混凝土结构，在步骤D中包括安装转向块普通钢筋的施工步骤，在步骤F中包括浇注转向块混凝土的施工步骤。

8.根据权利要求7所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于转向块和主梁横隔板下翼缘连接处一起浇注混凝土形成整体。

9.根据权利要求8所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于钢筋混凝土转向结构普通钢筋由转向管道的环筋、闭口箍筋以及靠近混凝土表面布置的纵横向钢筋组成，环筋是围住单个转向管道的钢筋，纵横向钢筋为构造钢筋，按一定的配筋率在转向结构混凝土表面均匀布置，闭口箍筋是围住所有转向管道的闭口箍筋，属于构造钢筋，其钢筋面积等于环筋的配筋面积。

10.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法，其特征在于体外预应力索转向装置若采用钢结构，钢结构转向装置由工字梁、水平联结系、横向联结系和U型箍组成；或者根据钢结构转向装置的纵向长度，间隔50cm设置一个工字梁，工字梁，采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的工字钢，且高度不小于250mm，腹板厚度不小于10mm；或者沿工字梁纵向间隔1-1.5m设置一道腹板加劲肋，角钢交叉焊接在腹板加劲肋上形成横向联结系，角钢宜采用符合国家现行标准《热轧型钢》GB/T706—2008规定的角钢，且角钢的边厚度不宜小于10mm，角钢与腹板加劲肋采取三面围焊连接方式，沿工字梁纵向间隔1-1.5m在工字梁顶底板设置水平联结系；或者在工字梁的底部焊接U型箍，U型箍由钢板焊接而成，转向管道穿过U型箍布置，从而固定体外预应力索；或者体外预应力索采用工厂制造的成品索，成品索采用热挤高密度聚乙烯外护套的钢绞线索或无粘结钢绞线索，转向器和锚具与之配套，转向器采用集束式转向器，由内管和外钢管组成；或者所述混凝土为自密实混凝土，自密实混凝土拌制采用商品混凝土搅拌站进行搅拌，其原材料为：（1）水泥：采用普通42.5硅酸盐水泥；（2）粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰；（3）砂：河砂，中砂，细度模数2.58，Ⅱ区级配合格，堆积密度1576kg/m³，表观密度2610kg/m³；（4）石：碎石，5—20mm连续级配合格，针片状含量为9.2%，压碎指标3.4，堆积密度1470kg/m³，表观密度2700kg/m³；（5）减水剂：高效减水剂，减水率大于25%；或者自密实混凝土拌制完成后进行检测，坍落度应在240mm～270mm；坍落扩展度在600mm～700mm；U型仪试验高度差△h小于30mm；V漏斗通过时间在4s～25s，粗骨料粒径为5mm～20mm，针片状含量小于10%，细骨料的细度模数大于2.3；或者在步骤B中的植筋间距为25cm～40cm纵横向等间距布置；或者在混凝土梁上翼缘连接处加固混凝土高度一半处安装钢筋网，直径采用12mm，布置距离宜为植筋距离的一半，按照12.5cm～20cm纵横向等间距布置，混凝土梁上翼缘连接处混凝土高度一般为15cm～25cm，若大于25cm需布置两层钢筋网。

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