CN106087782A - 一种桥面漂浮系杆拱桥的改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，属于施工方法领域。本发明包括：1)拆除拱桥横梁处桥面铺装，凿除桥面板端头的混凝土直至横梁上表面，空心板最外侧边腹板不凿除，使横梁上方两排空心板之间形成一个连通的凹槽；2)在混凝土凿除处的横梁顶面进行植筋，并植筋一端勾住桥面板，增强桥面板与横梁的连接；3)向所述的凹槽以及桥面板顶部与横梁之间填充满高韧性复合材料；4)在最短吊杆的横梁与拱肋间增设一条纵向的钢梁和一条斜向的钢梁，以限制桥面纵向与横向位移；5)在桥面系中间设置伸缩缝。本发明可以防止短吊杆长期受到设计中没有考虑在内的弯剪力，使其不会产生结构性积累损伤，且可以防止因单根吊杆断裂导致的桥面结构垮塌风险。

Description

一种桥面漂浮系杆拱桥的改造方法

技术领域

本发明属于施工方法领域，具体涉及一种桥面漂浮系杆拱桥的改造方法。

背景技术

中下承式拱桥造型优美，跨越能力大，在近几十年得到较广泛应用。我国中下承式系杆拱桥的建设起步较晚，现阶段这些桥梁吊杆、系杆以及其他方面的的病害开始逐渐暴露，对系杆拱桥存在的这些问题也开始重视，但是研究仍然相对滞后。系杆拱桥的主要病害主要集中在拱肋、吊杆、锚具、系梁、横梁等结构上。

桥面漂浮系杆拱桥中吊杆的危害尤为突出。由于此类桥梁由于系梁均支撑在横梁上,而每根横梁是靠两根吊杆吊着，一旦一根吊杆断裂或锚具松脱,那么横梁和支撑在其上的系梁以及桥面就会在瞬间一同掉落。因吊杆耐久性、可靠性引发的问题日渐突出，已成为该类桥梁不可忽视的普遍问题。例如2001年11月7日小南门金沙江大桥短吊杆断裂部分桥面垮塌事件、2011年4月12日314国道孔雀河大桥短吊杆断裂部分桥面垮塌事件、2011年7月15日福建公馆大桥短吊杆断裂部分桥面垮塌事件等。

针对短吊杆的断裂问题，现有技术中存在拱桥短吊杆纵向限位装置，做法为在交接横梁及与之相邻的短吊杆横梁之间的至少两根连杆。该装置能限制短吊杆发生纵向位移，消除疲劳破坏和应力腐蚀对短吊杆的威胁，但该类桥梁还涉及第3～4根短吊杆断裂和全桥纵向与横向漂移问题，其只是定性分析短吊杆断裂原因，并没有从试验角度剖析短吊杆断裂深层原因，也就不能全面解决这类问题。当桥梁因汽车或风荷载耦合作用发生横向漂移时，仍然会对导致短吊杆受到弯剪力。因此其仅能起到延缓作用，长此以往仍然会导致短吊杆断裂。

发明内容

本发明针对桥面漂浮系杆拱桥桥面系纵、横向变形较大，吊杆(尤其短吊杆)钢丝容易产生疲劳损伤的问题，提出一种能有效控制结构变形、提高整体性的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，以解决吊杆在使用过程中产生结构积累损伤，影响使用寿命的问题。

下面介绍一下本发明的理论依据：桥面漂浮系杆拱桥中，短吊杆不仅承受拉力(已在设计计算中考虑)，而且承受弯剪力(没有在设计计算中考虑)，产生结构积累损伤，短吊杆钢丝扫描未损伤和损伤的切片扫描试验结果分别件图1和图2。对比后可以明显看出，短吊杆钢丝存在结构积累损伤。该类桥型均为中下承式系杆拱桥，其桥面系属于漂浮体系，如图3所示，即采用吊杆系横梁，横梁上铺设纵向桥面板的桥面结构体系，并由单吊杆支撑，另外桥面系吊杆锚固端部锈蚀严重，两者都会影响结构使用寿命，一旦某一根吊杆发生失效，桥面结构即成为可变体系，该吊杆相邻两跨的桥面板必然随之坠落，从而导致一些中下承式系杆拱桥因吊杆突然断裂而产生部分桥面垮塌。

本发明所采用的具体技术方案如下：

桥面漂浮系杆拱桥的改造方法包括：

1)拆除拱桥横梁处桥面铺装，凿除桥面板端头的混凝土直至横梁上表面，空心板最外侧边腹板不凿除，使横梁上方两排空心板之间形成一个连通的凹槽；

2)在混凝土凿除处的横梁顶面进行植筋，且植筋一端勾住桥面板，增强桥面板与横梁的连接；

3)向所述的凹槽以及桥面板顶部与横梁之间填充满高韧性复合材料，将桥面板与横梁粘合成一体；

4)在最短吊杆的横梁与拱肋间增设一条纵向的钢梁和一条斜向的钢梁，两条钢梁、横梁和拱肋之间形成三角形支撑结构，以限制桥面纵向与横向位移；

5)在桥面系中间设置伸缩缝。

上述改造方法中，1)～3)的作用是将横梁上方的原有桥面板之间的混凝土用高韧性复合材料进行替代，将桥面纵向和横向的桥面板均连成一个整体。同时横梁也一并被粘结在桥面板上，最终使原有的桥面板和横梁成为一个共同受力体，起到共同受力变形的作用。即使其中一条吊杆发生失效，桥面结构也能在其他吊杆的作用下维持平衡体系，不会瞬间发生垮塌事故。而4)的作用则是对该共同受力体进行横向和纵向的限位，使桥面板在因温差热胀冷缩或其他外力作用下伸缩变形时，不会带动短吊杆移动，防止其长期受到弯剪力，而从出现结构积累损伤。而由于桥面连成了一个移动受限的整体，因此需要适应性地设置伸缩缝防止热胀冷缩过程中出现损伤，适应温变效应等结构变形需求，。

作为优选，所述的钢梁的安装方法为：在拱梁结合部位架设吊装设备或在桥下搭设支架，通过锚栓将钢板固定于横梁侧面，然后吊装钢梁一端焊接在该钢板上；当拱肋为钢结构时，钢梁的另一端直接焊接于拱肋上，当拱肋为混凝土结构时，通过锚栓将钢板固定于拱肋侧面，再将钢梁的另一端直接焊接于钢板上。该方式能够便捷地对限位钢梁进行安装，减少对原有结构造成的影响。

作为优选，所述的高韧性复合材料满足如下要求：1)抗拉强度不小于30Mpa，抗压强度不小于45Mpa；2)弹性模量为3000～4000Mpa；3)与混凝土界面之间的粘结强度不小于2.5Mpa；4)拌和后，凝固时间大于半小时。

在本发明中，高韧性复合材料所起的作用分为两方面，一是提高不同空心板、横梁之间的整体性结构强度；二是将空心板与横梁粘结为整体。基于此，下面具体解释上述参数选择的依据：

1)抗拉强度不小于30Mpa、抗压强度不小于45Mpa、弹性模量为3000～4000Mpa的原因是与结构内配置钢材的相应指标匹配，该参数下高韧性复合材料能够与填缝、空心板等结构内的钢材共同受力变形。

2)与混凝土界面之间的粘结强度不小于2.5Mpa的原因是：一般混凝土抗裂强度为2Mpa，因此，混凝土粘结强度应不小于2Mpa，经过试验优选不小于2.5Mpa，留有安全系数。当粘结材料满足该要求时，不同空心板之间即使受到过高的载荷，铰缝处的粘结也不会发生破坏，相反的破坏反而发生在空心板混凝土内。因此，其大大提高了空心板之间的整体性。

3)拌和后，凝固时间大于半小时的原因是：考虑到施工工序的需要，拌合后的凝固时间不易过短，否则无法在浇筑过程中实现最佳粘结性能。

上述3个要求均是使空心板与横梁形成整体的要件，施工过程中需要特别进行调整。

进一步的，所述的高韧性复合材料具体可以采用满足上述3个要求的MPC复合材。

作为另一种优选方式，所述的植筋施工满足如下要求：1)采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRB400；2)钢筋直径不小于20mm，间距不大于500mm；3)加工成L形，上端勾住桥面板；4)植筋胶采用A级胶。上述参数要求的目的是将横梁和空心板进一步进行联结，加强整体性。

作为优选，所述的钢梁的要求：1)采用焊接H型钢、热轧工字钢、热轧H型钢、圆钢管或方钢管；2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm；3)采用Q345或Q235钢；4)采用耐候钢、碳素钢或低合金高强度钢。上述参数是为了满足钢梁的能够实现限位功能时的结构受力要求。

进一步的，所述的钢梁当采用碳素钢或低合金高强度钢时，应在钢梁外壁进行长效型防腐涂装，否则容易导致其余部分锈蚀，影响钢梁的刚度，最终导致桥梁加固性能衰减。。

本发明相对于现有技术而言，通过高韧性复合材料替代混凝土，再在短吊杆横梁处进行横向和纵向的限位，防止短吊杆长期受到设计中没有考虑在内的弯剪力，使其不会产生结构性积累损伤。而将横梁和空心板通过MPC等材料粘结为一体，可进一步提高其受力整体性，防止因单根吊杆断裂导致的桥面结构垮塌风险。

附图说明

图1为短吊杆未损伤端的切片扫描照片；

图2为短吊杆损伤端的切片扫描照片；

图3为漂浮体系中承式拱桥立面结构示意图；

图4为图3中A大样的示意图；

图5为图4中Ⅰ-Ⅰ剖面示意图；

图6为桥面漂浮中承式系杆拱桥改造方案立面图；

图7为桥面板改造方案节点详图(尺寸单位：厘米)；

图8为图7中Ⅰ-Ⅰ剖面示意图；

图9为最短吊杆的横梁与拱肋间增设限位钢梁平面图；

图10为钢梁安装连接部大样图(尺寸单位：毫米)。

上述附图中，部分图由于对称或者过长，采用简化示意。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述，以便更好的理解本发明。本具体实施方式中提供了一种较佳的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法。但下述各个技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图3和4所示，本实施例中的桥梁为中承式系杆拱桥，桥面系属于漂浮体系。采用吊杆系横梁，横梁上铺设纵向桥面板的桥面结构体系，两端通过吊杆进行承拉受力。在日常使用过程中，桥面板会因为温度变化或其他原因导致纵向或横向伸缩。由于吊杆在设计时没有考虑弯剪力，因此在长期受力过程中会产生图2所示的损伤。而左右两端的短吊杆的长度最短，其受力最大，损伤最为严重，实际也是短吊杆最容易发生断裂。另一方面，该桥梁还存在另一隐患，由于桥面系吊杆锚固端部为金属结构，在长期的日晒雨淋下，容易产生锈蚀。当该锈蚀扩展到影响结构安全时，桥梁的垮塌风险便随之产生。针对该桥梁，利用本发明的改造方法对其进行加固，具体包括以下步骤：

1)如图5所示，桥面板上方原本依次设有10cm混凝土和10cm沥青混凝土铺装。由于要进行加固，因此首先拆除拱桥横梁处桥面铺装，凿除横梁上方两侧桥面板端头之间原本填充的混凝土，凿除至横梁上表面。空心板最外侧边腹板不凿除，而上方的铺装需要略微多凿除一部分面积，以便于施工。凿除后，横梁上方在两排原本衔接的空心板之间形成形成一个连通的凹槽，该凹槽底部延伸至横梁上表面。清理干净凹槽中的杂物。

2)在混凝土凿除处的横梁顶面，即该凹槽处进行植筋，且将植筋顶部弯曲，使一端勾住桥面板，增强桥面板与横梁的连接。植筋施工满足如下要求：1)采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRB400；2)钢筋直径不小于20mm，间距不大于500mm；3)加工成L形，上端勾住桥面板；4)植筋胶采用A级胶。

3)向所述的凹槽以填充满高韧性复合材料，将桥面板与横梁粘合成一体；同时，桥面板顶部与横梁之间也会存在一定的缝隙，因此高韧性复合材料也会渗入缝隙中，将横梁上表面与桥面板底面粘结呈一体。粘结够的凹槽处结构如图7和8所示，横向和纵向相邻的桥面板均被连接成整体。

本实施例中，高韧性复合材料采用MPC复合材料，其性能满足如下要求：1)抗拉强度不小于30Mpa，抗压强度不小于45Mpa；2)弹性模量为3000～4000Mpa；3)与混凝土界面之间的粘结强度不小于2.5Mpa；4)拌和后，凝固时间大于半小时。高韧性复合材料也可采用满足上述条件的其他材料，如环氧砂浆等。具体的性能参数可以根据实际施工进行微调。

4)如图9所示，在最短吊杆所对应的横梁与拱肋间增设一条与桥梁延伸方向相同的钢梁和一条与延伸方向相交的斜向钢梁，两条钢梁、横梁和拱肋之间形成三角形支撑结构。该结构可以限制桥面纵向与横向位移。为了满足其结构性能要求，钢梁需要采如下参数：1)采用焊接H型钢、热轧工字钢、热轧H型钢、圆钢管或方钢管；2)梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm；3)采用Q345或Q235钢；4)采用耐候钢、碳素钢或低合金高强度钢，当采用碳素钢或低合金高强度钢时，应在钢梁外壁进行长效型防腐涂装。

钢梁两端可分别按如下方法安装。针对与横梁相接一侧，可在拱梁结合部位架设吊装设备或在桥下搭设支架，通过锚栓将钢板固定于横梁侧面，然后吊装钢梁一端焊接在该钢板上，如图10所示。而针对与拱肋连接一侧，当拱肋为钢结构时，钢梁的另一端直接焊接于拱肋的相应位置上。当拱肋为混凝土结构时，也可采用与横梁端相同的施工方式，即通过锚栓将钢板固定于拱肋侧面，再将钢梁的另一端直接焊接于钢板上。

5)在桥面系的中间位置设置伸缩缝，然后对凿除的桥面铺装进行重建。最终改造加固后的拱桥结构如图6所示，图中“O”表示采用MPC加固，“||”表示设置伸缩缝

6)将桥面铺装、伸缩缝等加固部分养生24天。

7)完成后，桥梁正常通车运输，并在后续过程进行监测与反馈。上述方法能够较好地协调桥梁的整体受力，降低桥梁两端短吊杆受到的弯剪力，降低其垮塌风险。

上述实施例仅用于解释说明本发明要求保护的内容，但并不是用于限制本发明的要求保护的范围。本领域技术人员在本发明精神内所做的改进和替换，均属于保护范围内。

Claims (7)

1.一种桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，其特征在于，包括：

1）拆除拱桥横梁处桥面铺装，凿除桥面板端头的混凝土直至横梁上表面，空心板最外侧边腹板不凿除，使横梁上方两排空心板之间形成一个连通的凹槽；

2）在混凝土凿除处的横梁顶面进行植筋，且植筋一端勾住桥面板，增强桥面板与横梁的连接；

3）向所述的凹槽以及桥面板顶部与横梁之间填充满高韧性复合材料，将桥面板与横梁粘合成一体；

4）在最短吊杆的横梁与拱肋间增设一条纵向的钢梁和一条斜向的钢梁，两条钢梁、横梁和拱肋之间形成三角形支撑结构，以限制桥面纵向与横向位移；

5）在桥面系中间设置伸缩缝。

2.如权利要求1所述的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，其特征在于，所述的钢梁的安装方法为：

在拱梁结合部位架设吊装设备或在桥下搭设支架，通过锚栓将钢板固定于横梁侧面，然后吊装钢梁一端焊接在该钢板上；当拱肋为钢结构时，钢梁的另一端直接焊接于拱肋上，当拱肋为混凝土结构时，通过锚栓将钢板固定于拱肋侧面，再将钢梁的另一端直接焊接于钢板上。

3.如权利要求1所述的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，其特征在于，所述的高韧性复合材料满足如下要求：1）抗拉强度不小于30Mpa，抗压强度不小于45Mpa；2）弹性模量为3000~4000Mpa；3）与混凝土界面之间的粘结强度不小于2.5Mpa；4）拌和后，凝固时间大于半小时。

4.如权利要求3所述的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，其特征在于，所述的高韧性复合材料采用MPC复合材料。

5.如权利要求1所述的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，其特征在于，所述的植筋施工满足如下要求：1）采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRB400；2）钢筋直径不小于20mm，间距不大于500mm；3）加工成L形，上端勾住桥面板；4）植筋胶采用A级胶。

6.如权利要求1所述的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，其特征在于，所述的钢梁的要求：1）采用焊接H型钢、热轧工字钢、热轧H型钢、圆钢管或方钢管；2）梁高不少于400mm，板厚或壁厚不少于8mm；3）采用Q345或Q235钢；4）采用耐候钢、碳素钢或低合金高强度钢。

7.如权利要求6所述的桥面漂浮系杆拱桥的改造方法，其特征在于，所述的钢梁当采用碳素钢或低合金高强度钢时，应在钢梁外壁进行长效型防腐涂装。