连续刚构桥的无背索斜拉加固体系及施工方法技术

本发明专利技术公开了连续刚构桥的无背索斜拉加固体系及施工方法，该体系包括加固承台，设于需加固连续刚构桥桥墩原有承台的两侧；以连续刚构桥顺桥向中心线对称设置的斜索塔，斜索塔底部固定在加固承台上，顶部通过横梁相互连接；斜拉索托梁，设于连续刚构桥箱梁下方；且分两侧设置每根斜拉索的一端与斜索塔固定，另一端与斜拉索托梁固定。本发明专利技术的有益效果是：无背索斜拉体系加固属于主动加固措施，相对于被动加固可以主动控制拉索拉力调节箱梁的受力，从而达到最佳加固效果；无背索斜拉体系加固相对于体外预应力加固措施，拉索的倾角更大，同样的索拉力下对箱梁的提升效果更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种桥梁加固结构，尤其是连续刚构桥的无背索斜拉加固体系及施工方法。
技术介绍
近年来随着我国经济的增强以及高速交通的迅速发展，人们对行车时的平顺舒适要求进一步提高。连续刚构桥型综合了T型刚构和连续梁桥二者的特点，具有结构整体性好、抗震能力强、承载力强、桥梁结构简洁明快、维护方便和便于悬臂施工等优点，近年来得到迅速发展。连续刚构桥的飞速发展也对应的带来了桥梁病害问题,主要有下挠和箱梁裂缝两种病害。实践证明，合适的加固技术和措施，可以恢复和提高旧桥的承载能力和使用能力，延长桥梁的使用寿命，以满足现代化交通运输的需要，带来巨大经济效益。在国外，旧桥加固所需资金是新建桥的10～30％；我国桥梁的加固费用约为新建桥梁的10～20％，所以，加固旧桥具有重要的现实意义和经济意义，尤其是造价较高的连续刚构桥结构。现有的连续刚构桥的加固体系分为被动加固与主动加固：被动加固的加固效果有限，宜用于病害轻微的桥梁；主动加固的加固效果较好，其中应用最广泛的主动加固体系是“体外预应力加固”，而采用体外预应力加固后的桥梁，特别是大跨径连续刚构桥，存在变形恢复量偏小、裂缝未闭合以及体外索张拉过程中导致新的裂缝产生等现象，加固效果并不十分理想。分析原因主要是由于体外加固索的布设受到箱梁内净空的限制，预应力作用效率偏低；另外连续刚构桥主墩对体外预应力索的约束效应明显，进一步降低了体外索的加固效果。考虑到原桥结构安全等因素，体外索用量不可能无限加大。因此，对于连续刚构桥，采用体外索加固方案无法有效改善原病桥结构的受力状态及主梁线形。因此，针对体外预应力加固的预应力索效率低的缺点，本专利技术开发出一种高效简便受力明确加固效果好的新型主动加固形式。与本方案类似的矮塔斜拉加固也属于一种主动加固中的改变结构体系加固形式，多适用于边跨比为0.5～0.8的多跨连续刚构桥。而对于边跨比过低的桥梁，(如连续刚构桥跨径世界排名第二的挪威stolma桥，跨径布置为94+301+72。边跨比达到了0.24～0.31)。若要进行改变结构体系加固的话，选择矮塔斜拉加固第一会造成索塔过高；第二边跨侧主梁必无下挠无需加固，若背索锚固在边跨会造成边跨负弯矩过大导致顶板开裂；若锚固在桥台
后路基两侧，需要征地后施工巨大地锚，既费时又浪费材料，非常不经济。
技术实现思路
本专利技术提出了连续刚构桥的无背索斜拉加固体系及施工方法，该体系整体结构简单，能对连续刚构桥起到主动加固的目的，可以主动控制并调整拉索索力优化箱梁的受力，从而达到最佳加固效果。为了达成上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供的第一个方案是：连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，包括：加固承台，设于需加固连续刚构桥桥墩原有承台的两侧；以连续刚构桥顺桥向中心线对称设置的斜索塔，斜索塔底部固定在加固承台上，顶部通过横梁相互连接；斜拉索托梁，设于连续刚构桥箱梁下方；且分两侧设置每根斜拉索的一端与斜索塔固定，另一端与斜拉索托梁固定。无背索斜拉体系结构新颖，造型独特。无背索后倾的塔身形状表现强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受，优化后的无背索斜拉体系加固相对于矮塔斜拉加固措施来说，具有更加鲜明的景观效应，更有可能成为城市的标志性结构。倾斜设置的斜索塔通过新增承台与原有承台固定在一起，斜索塔对拉索施加拉力，拉索对锚固的托梁形成向上的拉力，托梁设于连续刚构桥主梁箱梁底部，使主梁箱梁得到了向上的提升力，这样主梁箱梁过大的底板拉力被拉索传递至斜索塔，斜索塔传递至承台，承台通过桩基础传递至大地。让整个主跨主梁形成类似弹性支承的多跨连续梁形式，从而彻底地改善原有被加固桥梁结构的加固效果，更加有效地减小整体桥梁结构的内力值，增强了主梁的抗弯、抗剪性能，减小主梁下挠变形，并能抑制主梁裂缝的发展，恢复或提高原有桥梁结构的承载能力。进一步地，所述斜索塔的倾斜方向为顺桥向边跨方向。进一步地，为了提升整体支撑效果，所述斜拉索设于斜索塔与连续刚构桥桥面呈钝角的一侧。进一步地，所述斜拉索托梁通过紧固件与连续刚构桥下表面固定，可以在箱梁的下方设置钢板，通过钢板实现斜拉索托梁与连续刚构桥的连接。进一步地，所述斜拉索托梁为一整段或多段拼接。进一步地，所述加固承台与所述原有承台通过植筋固定。本专利技术提供的另一技术方案：连续刚构桥的无背索斜拉加固体系的施工方法，具体步骤如下：1)确定加固承台、斜索塔、斜拉索托梁和斜拉索的具体布置情况；2)在原有承台的两侧各设置加固承台；3)在步骤2)进行的同时或者之后，固定托梁于连续刚构桥的箱梁上；4)安装斜索塔，并固定斜拉索。进一步地，所述步骤1)中通过实测得到桥梁构造、病害状况，勘测得到预加固桥梁需要提高的承载力大小，用来得到加固承台、钢索塔、拉索、托梁的受力情况，由此确定加固承台、斜索塔、斜拉索托梁和斜拉索的所需个数、尺寸、钢材等级及具体布置情况。进一步地，所述斜索塔为工厂预制件，运输至现场分段安装焊接为整体，在步骤4)中对斜拉索分次张拉。一次张拉索力不易达到精确的设计值，分次张拉更易控制索力达到精确值。本专利技术的有益效果是：1.无背索斜拉体系加固属于主动加固措施，相对于被动加固可以主动控制拉索拉力调节箱梁的受力，从而达到最佳加固效果。2.无背索斜拉体系加固相对于体外预应力加固措施，拉索的倾角更大，同样的索拉力下对箱梁的提升效果更好，拉索利用效率更高。3.无背索斜拉体系加固相对于矮塔斜拉加固措施来说，索塔的数量更少。使用的斜拉索要少，减少了斜拉索、托梁、锚固装置的数量，节省了成本同时减少了复杂的锚固施工。4.无背索斜拉体系加固相对于矮塔斜拉加固措施来说，拉索锚固位置更靠近跨中区域，可以用更少的拉索和索力达到更好的效果，提升效率更高，在经济效益上有显著优势。5.采用无背索斜拉体系加固方案时,从构造上来说,比较简单,施工方便；从受力上来说，受力明确，不需要复杂的受力分析；还有安全经济等优点,并能主动改善桥梁结构整体受力性能。6.无背索斜拉体系加固相对于矮塔斜拉加固措施来说，只需在顺桥向一侧桥墩矗立索塔，从而可以选择两侧桥墩中地基承载力较好的一侧，比矮塔斜拉加固体系有更好的地基承载适应能力。7.本专利技术的无背索斜拉加固体系，进行无背索斜拉加固的过程中，不会妨碍交通的正常运行，索塔采用工厂预制现场分段拼装的钢索塔，需要的施工周期也较短。附图说明图1是本专利技术加固后桥梁侧视图。图2是加固后的承台平面图。图3是加固后的主桥主墩横断面图。图4是托梁构造的正视图。图5是图1中A处放大图。图6是图1部分结构的放大图。图中1.加固承台、2.原有承台、3.托梁、4.斜拉索锚具、5.斜索塔、6.钢横梁、7、索塔上预埋斜拉索管道、8.斜拉索、9.箱梁。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，如图1和图2所示，在原主桥原有承台附近两侧使用钻机或人工挖孔钻进成孔后，进行钻孔灌注桩的钢筋笼制作、下放及混凝土浇筑。钻孔灌注桩之上为新增加固承台，新增加固承台1的宽度和高度与原有承台2相同，新增加固承台1与原有承台2连接方式为植筋，新增加固承台1之上为无背索斜索塔5，倾斜方向为顺桥向边跨方向。斜索塔5采用钢结构，断面为空心长方形结构。斜索塔5内焊接有斜拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，其特征在于，包括：加固承台，设于需加固连续刚构桥桥墩原有承台的两侧；以连续刚构桥顺桥向中心线对称设置的斜索塔，斜索塔底部固定在加固承台上，顶部通过横梁相互连接；斜拉索托梁，设于连续刚构桥箱梁下方；且分两侧设置每根斜拉索的一端与斜索塔固定，另一端与斜拉索托梁固定。

【技术特征摘要】
1.连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，其特征在于，包括：加固承台，设于需加固连续刚构桥桥墩原有承台的两侧；以连续刚构桥顺桥向中心线对称设置的斜索塔，斜索塔底部固定在加固承台上，顶部通过横梁相互连接；斜拉索托梁，设于连续刚构桥箱梁下方；且分两侧设置每根斜拉索的一端与斜索塔固定，另一端与斜拉索托梁固定。2.如权利要求1所述的连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，其特征在于，所述斜索塔的倾斜方向为顺桥向边跨方向。3.如权利要求1所述的连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，其特征在于，所述斜拉索设于斜索塔与连续刚构桥桥面呈钝角的一侧。4.如权利要求1所述的连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，其特征在于，所述斜拉索托梁通过紧固件与连续刚构桥下表面固定。5.如权利要求1所述的连续刚构桥的无背索斜拉加固体系，其特征在于，所述斜拉索托梁为一整段或多段拼接。6.如权利要求1所述的连续刚构桥的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：席兴华，杨则英，高攀，谭婷婷，孙明皓，刘阳宇东，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37