一种桥面漂浮系杆拱桥的改造方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术包括：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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于施工方法领域，具体涉及一种桥面漂浮系杆拱桥的改造方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。下面介绍一下本专利技术的理论依据：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。本专利技术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。在本专利技术中，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。。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱汉华，陈孟冲，李志勇，
申请(专利权)人：宁波市交通规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33