一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法，该桁架由锚固角钢、锚固钢板、弦杆、腹杆、预应力筋以及锚具组成。桁架各部件均在工厂预制，通过螺栓进行现场装配，预应力筋锚固于桁架两端。桁架在预应力张拉过程中能发生一定变形，以保证预应力有效地施加于被加固构件，达到减小构件下挠、闭合裂缝的作用；张拉完成后通过斜杆固定桁架使其成为受力骨架，与构件共同承受弯矩和剪力，增大构件刚度，同时增强了预应力筋锚固体系，起到减小预应力损失的作用。该加固桁架采用装配式理念，施工便捷，无需中断交通，也无需大型吊装设备，施工工期短，同时充分发挥了桁架和体外预应力两种加固方式的优点，在混凝土结构加固领域具有广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法
本专利技术涉及桥梁及建筑结构加固领域，特别涉及一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法。
技术介绍
混凝土结构由于其优越的性能目前已广泛应用于工程实践，然而由于混凝土老化、开裂、钢筋锈蚀、缺陷压浆、超载等原因，既有混凝土结构在服役期内出现承载力、刚度不足，因此需要一种高效的加固方法对结构进行加固。目前，混凝土结构加固的方法主要有粘钢加固、粘贴纤维复合材料加固、体外预应力加固、增大截面加固等方法。粘钢以及粘贴纤维复合材料加固方法虽然加固后结构自重增加较小，但由于粘贴钢板和纤维复合材料的结构胶的材料性能的限制，钢板和纤维复合材料易于剥离，耐久性较差；而体外预应力加固法虽然能显著提高结构承载能力，但其施工比较复杂，可能会因预应力过大且集中而导致混凝土结构局部开裂；而对于增大截面加固法，虽然能够大幅提高混凝土结构的刚度和承载能力，但其施工过程比较复杂，施工周期长，加固后结构截面积、自重显著增大。近年来，随着组合结构的应用和发展，一些学者已逐步将其应用于混凝土结构加固领域，比如专利技术专利申请“变高度索-桁架桥梁加固结构体系”(公开号：CN106567344A)中，采用变高度索-桁架的组合结构对桥梁进行加固，该变高度桁架位于桥梁底部，且未固定于桥梁结构上，依靠穿过桁架底部传力滑轮的预应力筋提供的预应力将其与梁底结合，同时预应力筋在桥墩上转向并在桥梁两端锚固，而预应力在传力滑轮处形成向上的合力，并传递给桁架，再通过分配梁将合力传递给桥梁而形成顶升力，将整桥顶升。桁架组装完成后需要大型吊装设备进行安装，施工过程比较复杂，同时桁架安装位置要求较高，否则容易偏心；桁架位于桥梁底部会减小桥下净空，对于加固有通航、通车等要求的桥梁时，需要控制加固后的桥下净空；预应力张拉时需要进行严格的控制，预应力过大会使得全桥整体顶升，导致结构失稳。该加固方法适用于等截面且梁底较宽的箱梁、板的整体加固，对于变截面的箱梁、T梁、墙等则不适用，也不适用于梁、板、墙等的局部加固。专利技术专利“一种桥梁结构分离式钢—混凝土组合桁架加固法”(公开号：CN102535355A)中，通过组合结构加固技术，将两片混凝土T梁顶板形成的分离式主梁上翼缘加固成钢板-混凝土组合结构，下翼缘加固成低高度钢箱梁-混凝土组合结构，将分离式主梁变为箱型组合截面，安装桁架斜腹杆连接钢板和低高度钢箱梁，并张拉体外预应力筋，最后得到体外预应力钢-混凝土组合桁架加固的结构。该加固方法需要大型吊装设备对钢板以及低高度钢箱梁进行吊装，同时需要将低高度钢箱梁的钢板外围与植筋焊接，施工过程复杂；混凝土梁表面植筋多，会对结构造成损伤；在原混凝土梁与加固钢板以及低高度钢箱梁之间浇注混凝土，会增加结构自重，延长施工工期，同时混凝土在养护期间需中断交通。该加固方法仅限于对多片分离式的T梁或者小箱梁进行整体加固，对于大型箱梁、板、墙等则不适用，也不适用于梁、板、墙等的局部加固。专利技术专利“一种预应力混凝土箱梁桥的体外预应力加固方法”(公开号：CN101230562A)中，空间钢桁架安装于混凝土箱梁内，并分段设置于体外预应力束转向和锚固或腹板开裂的位置；通过影响线理论进行优化分析，找出体外预应力束的最优布置；预应力束采用通长束与支点顶板短束相结合的方式，并在桁架上锚固和转向。空间桁架和预应力束均设置于箱梁内，安装设备的使用受限，施工过程困难、复杂；桁架的上、下整体节点板通过植筋与箱梁连接，需要在箱梁表面大量钻孔植筋，会对结构造成损伤。该加固方法仅限于对大型箱梁进行加固，对于矩形梁、T梁、小箱梁、板、墙等则不适用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的施工工艺复杂、耐久性较差、施工周期以及中断交通时间长、增大结构自重、适用性不强等一些问题，本专利技术提出了一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法。该加固方法基于装配式的理念，通过变形可控桁架与预应力的结合来提高结构的承载能力和抗裂性能，并能够有效提高结构耐久性和加固效率，缩短工期，可广泛应用于混凝土结构的加固。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是：一种加固用装配式预应力桁架，包括锚固钢板、A端锚固角钢、B端锚固角钢、上弦杆、下弦杆、腹杆、锚具和预应力筋，所述的锚固钢板固定于混凝土构件上，所述的A端锚固角钢和B端锚固角钢以锚固钢板为对称轴对称固定于混凝土构件上，A端锚固角钢和B端锚固角钢均包括底面钢板和竖向钢板，所述的底面钢板的一侧接触混凝土构件，所述的竖向钢板垂直的设置在底面钢板未接触混凝土构件的一侧表面上，竖向钢板上设有用于穿过预应力筋的孔，所述的上弦杆和下弦杆分别包括连接A端锚固角钢和锚固钢板，以及连接锚固钢板和B端锚固角钢的两组连接杆，每组连接杆包括至少两根连接杆，每组连接杆依次首尾连接，上弦杆和下弦杆分别设置于锚固钢板、A端锚固角钢和B端锚固角钢的上下两端，所述的腹杆包括多根竖杆和斜杆，所述的每根竖杆的两端分别连接到上弦杆和下弦杆中相同位置的连接杆的接头处，所述的每根斜杆的两端分别连接至上弦杆和下弦杆中相邻位置的连接杆的接头处，每根斜杆的其中一端上设有长条形的长条孔以连接到接头处，所述的锚具分别设置于A端锚固角钢和B端锚固角钢的竖向钢板的相对两侧，锚具上用于穿过预应力筋的孔洞的位置相向设置，所述的预应力筋经锚具穿过A端锚固角钢和B端锚固角钢上竖向钢板的孔，下弦杆中的每组连接杆上至少有一根连接杆上固定有一个用于将预应力筋的张拉力传递到桁架的转向器，预应力筋从一端的锚固角钢穿出后从转向器下沿绕过到达另一端的锚固角钢。所述的一种加固用装配式预应力桁架，所述的A端锚固角钢和B端锚固角钢的竖向钢板上分别设有朝向中间锚固钢板方向的弯折，所述的穿过预应力筋的孔设置在弯折内朝向下弦杆方向处。所述的一种加固用装配式预应力桁架，所述的弯折上穿过预应力筋的孔为长条形的孔。所述的一种加固用装配式预应力桁架，所述的弯折在穿过预应力筋的孔处为弧形，且锚具底部也为与此弧形相匹配的弧状。所述的一种加固用装配式预应力桁架，所述的A端锚固角钢和B端锚固角钢的竖向钢板上在设置穿过预应力筋的孔位置处设有与底面钢板垂直且一端连接竖向钢板的加劲肋。所述的一种加固用装配式预应力桁架，所述的转向器与连接杆的杆面垂直，且转向器上设有用于容纳预应力筋以保持预应力筋相对位置的凹槽。所述的一种加固用装配式预应力桁架，所述的A端锚固角钢、B端锚固角钢和锚固钢板通过锚栓固定在混凝土构件上，且上弦杆和下弦杆通过锚栓连接到A端锚固角钢、B端锚固角钢和锚固钢板上。所述的一种加固用装配式预应力桁架，所述的桁架对称的安装在被加固混凝土构件的两侧。一种加固用装配式预应力桁架的施工方法，采用所述的桁架，包括以下步骤：步骤1，在混凝土构件需加固区域定位锚栓孔位置，钻孔并植入锚栓；步骤2，通过锚栓安装A端锚固角钢、B端锚固角钢和锚固钢板；步骤3，安装上、下弦杆，再安装竖杆，此时上、下弦杆相互平行，各竖杆相互平行，桁架为可变体系；步骤4，将预应力筋穿过A端锚固角钢上的孔、转向器、B端锚固角钢上的孔，然后进行张拉，并通过锚具锚固于桁架两端；步骤5，预应力张拉完成后，从一端锚固角钢往另一端锚固角钢依次安装斜杆，通过拧紧螺帽来固定桁架，使桁架成为不变体系。所述的一种加固用装配式预应力桁架的施工方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加固用装配式预应力桁架，其特征在于，包括锚固钢板、A端锚固角钢、B端锚固角钢、上弦杆、下弦杆、腹杆、锚具和预应力筋，所述的锚固钢板固定于混凝土构件上，所述的A端锚固角钢和B端锚固角钢以锚固钢板为对称轴对称固定于混凝土构件上，A端锚固角钢和B端锚固角钢均包括底面钢板和竖向钢板，所述的底面钢板的一侧接触混凝土构件，所述的竖向钢板垂直的设置在底面钢板未接触混凝土构件的一侧表面上，竖向钢板上设有用于穿过预应力筋的孔，所述的上弦杆和下弦杆分别包括连接A端锚固角钢和锚固钢板，以及连接锚固钢板和B端锚固角钢的两组连接杆，每组连接杆包括至少两根连接杆，每组连接杆依次首尾连接，上弦杆和下弦杆分别设置于锚固钢板、A端锚固角钢和B端锚固角钢的上下两端，所述的腹杆包括多根竖杆和斜杆，所述的每根竖杆的两端分别连接到上弦杆和下弦杆中相同位置的连接杆的接头处，所述的每根斜杆的两端分别连接至上弦杆和下弦杆中相邻位置的连接杆的接头处，每根斜杆的其中一端上设有长条形的长条孔以连接到接头处，所述的锚具分别设置于A端锚固角钢和B端锚固角钢的竖向钢板的相对两侧，锚具上用于穿过预应力筋的孔洞的位置相向设置，所述的预应力筋经锚具穿过A端锚固角钢和B端锚固角钢上竖向钢板的孔，下弦杆中的每组连接杆上至少有一根连接杆上固定有一个用于将预应力筋的张拉力传递到桁架的转向器，预应力筋从一端的锚固角钢穿出后从转向器下沿绕过到达另一端的锚固角钢。...

【技术特征摘要】
1.一种加固用装配式预应力桁架，其特征在于，包括锚固钢板、A端锚固角钢、B端锚固角钢、上弦杆、下弦杆、腹杆、锚具和预应力筋，所述的锚固钢板固定于混凝土构件上，所述的A端锚固角钢和B端锚固角钢以锚固钢板为对称轴对称固定于混凝土构件上，A端锚固角钢和B端锚固角钢均包括底面钢板和竖向钢板，所述的底面钢板的一侧接触混凝土构件，所述的竖向钢板垂直的设置在底面钢板未接触混凝土构件的一侧表面上，竖向钢板上设有用于穿过预应力筋的孔，所述的上弦杆和下弦杆分别包括连接A端锚固角钢和锚固钢板，以及连接锚固钢板和B端锚固角钢的两组连接杆，每组连接杆包括至少两根连接杆，每组连接杆依次首尾连接，上弦杆和下弦杆分别设置于锚固钢板、A端锚固角钢和B端锚固角钢的上下两端，所述的腹杆包括多根竖杆和斜杆，所述的每根竖杆的两端分别连接到上弦杆和下弦杆中相同位置的连接杆的接头处，所述的每根斜杆的两端分别连接至上弦杆和下弦杆中相邻位置的连接杆的接头处，每根斜杆的其中一端上设有长条形的长条孔以连接到接头处，所述的锚具分别设置于A端锚固角钢和B端锚固角钢的竖向钢板的相对两侧，锚具上用于穿过预应力筋的孔洞的位置相向设置，所述的预应力筋经锚具穿过A端锚固角钢和B端锚固角钢上竖向钢板的孔，下弦杆中的每组连接杆上至少有一根连接杆上固定有一个用于将预应力筋的张拉力传递到桁架的转向器，预应力筋从一端的锚固角钢穿出后从转向器下沿绕过到达另一端的锚固角钢。2.根据权利要求1所述的一种加固用装配式预应力桁架，其特征在于，所述的A端锚固角钢和B端锚固角钢的竖向钢板上分别设有朝向中间锚固钢板方向的弯折，所述的穿过预应力筋的孔设置在弯折内朝向下弦杆方向处。3.根据权利要求2所述的一种加固用装配式预应力桁架，其特征在于，所述的弯折上穿过预应力筋的孔为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，吴兵辉，张旭辉，张建仁，马亚飞，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43