一种主动加固大跨度混凝土箱梁桥腹板的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及对既有混凝土箱梁桥的加固修复措施，公开一种主动加固大跨度混凝土箱梁桥腹板的方法，该方法包括以下步骤：（１）根据混凝土箱梁桥的结构参数，采用结构分析方法及对应的通用或专用分析软件，建立拟加固板壳混凝土箱梁桥的有限元模型，得到箱梁腹板加固前的主拉应力、竖向应力、纵向应力和剪应力的量值及其分布规律；（２）比较主拉应力与《规范》容许限值的差异得到桥梁的竖向应力增量目标值，再据该目标值确定实际加固参数；（３）在混凝土箱梁腹板的上下缘锚固张拉装置，系接软钢丝束并进行张拉；（４）摇动张拉装置中的手动绞车的摇把逐一张拉每根软钢丝束，当箱梁腹板的实际竖向应力增量大于等于理论计算值时，插入卡栓，固定张拉手动绞车；（５）修补裂缝。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及对既有混凝土桥梁的修复措施，具体涉及一种的混凝土箱梁桥腹板的体外预应力加固修复方法。
技术介绍
：大跨度混凝土箱梁桥(连续箱梁、连续刚构)腹板开裂是桥梁工程界近年来普遍关注的问题之一，也是一种难以彻底根治的桥梁病害。混凝土箱梁腹板开裂一般表现为腹剪裂缝，危害性比较大，其原因多与竖向预应力筋张拉不到位、锚固构造不当等原因造成竖向预应力σy损失过大从而导致主拉应力σtp超限有关。由于混凝土箱梁桥恒载所占比例较大且无法卸载，在加固补强期间也难以完全封闭交通以减小活荷载效应，因此，一旦混凝土箱梁腹板因竖向预应力不足而开裂，再次施加竖向预应力从材料、构造、施工工艺等方面均非常困难。我国现行的《混凝土结构加固技术规范》(CECS25-1990)及国内外工程实践中采用的加固方法主要有：加大截面加固法、外包钢板加固法、粘贴碳纤维布(板)加固法、改变结构受力体系法和预应力加固法等。其中，加大截面加固法、外包钢板加固法、粘贴碳纤维布(板)加固法均属被动加固的范畴，这种方法可以有效地提高结构的极限强度，但不能改善其使用应力状况，因此，采用上述被动加固方法加固混凝土箱梁腹板后再次开裂者也不乏其例。受结构型式等因素制约，改变结构传力途径或受力体系的加固方法往往难以用于混凝土箱梁桥腹板的加固补强。预应力加固法是一种主动加固方法，这种方法不仅可以显著提高结构的极限强度，而且可以有效地改变结构的使用应力状况、阻止结构裂缝的扩展，但对于混凝土箱梁的腹板而言，预应力加固法存在诸如预应力束(或精轧螺纹钢筋)无处锚固、张拉设备难以布设、张拉方法工艺不适用等技术困难，导致大跨度混凝土箱梁腹板因竖向预应力不足开裂后，工程界常常束手无策；而另一方面，由于原设计规范(《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85))不够完善、施工质量、车辆超载等因素的影响，腹板开裂已成为我国大跨度混凝土箱梁桥的常见病害之一，迫切需要提出、完善箱梁腹板的竖向预应力加固补强的方法。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种主动加固混凝土箱梁桥腹板的方法，该专利技术具有布置灵活、传力均匀、张拉设备轻巧、张拉简便、监测易实现等优点。本专利技术解决上述问题的技术方案如下面所述：一种主动加固大跨度混凝土箱梁桥腹板的方法，该方法包括下列步骤：(1)根据混凝土箱梁桥的结构参数，按照以下步骤进行混凝土箱梁桥正常使用阶段的应-->力分析计算：(1.1)采用结构分析方法及对应的通用或专用分析软件SAP2000或ANSYS建立拟加固混凝土箱梁桥的板壳有限元模型；(1.2)利用桥梁结构的荷载影响线，找出该桥的最不利活载分布位置；(1.3)利用所述的通用或专用分析软件计算加固前恒载和最不利活载产生的控制截面箱梁腹板的应力状态，得到箱梁腹板加固前的主拉应力σtp1、竖向应力σy1、纵向应力σx和剪应力τxy的量值及其分布规律；(1.4)比较主拉应力σtp1与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004，以下简称《规范》)容许限值[σtp]的差异，按下式(I)确定箱梁腹板主拉应力增量目标值[Δσtp][Δσtp]≥σtp1—[σtp]   (I)然后由下式(II)解得竖向应力增量目标值[Δσy][Δσy]=τxy2+σtp2×σx-σtp22σx-σtp2-σy1---(II)]]>(II)式中，σtp2为加固后的主拉应力，σtp2＝σtp1+[Δσtp]；(2)先根据式(II)解得竖向应力增量目标值[Δσy]，预选组成软钢丝束的软钢丝的规格、软钢丝束的根数和布置间距，再将软钢丝束允许张拉力施加在板壳有限元分析模型的对应位置，然后采用所述的通用或专用分析软件对所构建的分析模型进行分析计算；当算得的竖向应力增量Δσyc大于等于[Δσy]与Δσy1之和时，所预选组成软钢丝束的软钢丝的规格、软钢丝束的根数以及软钢丝束均匀布置的间距即确定为实际加固参数，其中Δσy1为张拉过程中竖向预应力损失之和；(3)将预制的张拉装置的上半张拉装置和下半张拉装置分别锚固在混凝土箱梁腹板上下边缘上，并使得上半张拉装置中的卡销与下半张拉装置中的手动绞车垂直对应，然后将步骤(2)所确定的每一根软钢丝的两头分别系接于上半张拉装置上的卡销和半张拉装置上的手动绞车上；该步骤所述的张拉装置由上半张拉装置和下半张拉装置组成，其中，上半张拉装置是依据步骤(2)所确定的软钢丝束的布置间距在上基板上纵向排布锚固软钢丝束的卡销构成的，下半张拉装置是依据步骤(2)所确定的软钢丝束的布置间距在下基板上纵向排布手动绞车构成的，其中所述的手动绞车由销轴穿套具有摇把的卷筒构成；(4)摇动所述下半张拉装置上的摇把，逐一张拉每一根软钢丝束，并同步用应力应变测试仪监测腹板的实际竖向应力增量，当应力应变测试仪的检测值大于等于步骤(1.4)中公式(II)的计算值时，插入卡栓固定下半张拉装置；-->(5)视既有裂缝宽度大小，对于宽度大于0.2mm的裂缝，采用化学灌浆方法修补裂缝，对于宽度小于0.2mm的裂缝，采用表面封闭方法修补裂缝。本专利技术所述的方法，其中步骤(1.3)在分析计算中得到箱梁腹板加固前的主拉应力σtp1、竖向应力σy1、纵向应力σx和剪应力τxy后，将它们的量值列成表格，以便将主拉应力σtp1与《规范》容许限值[σtp]比较，对比分析加固前后腹板应力状态的变化。本专利技术所述方法，其中步骤(4)在用应力应变测试仪监测腹板的实际竖向应力增量的同时，用钢尺监测软钢丝束的伸长量，使得每一根软钢丝束的实际伸长量大于等于理论计算值，以便利用软钢丝束伸长量的量测结果来校验张拉效果，确保软钢丝束的张拉达到预期的箱梁腹板应力的改善目标。上述用钢尺测量软钢丝束伸长量的方法可采用工程中常用的方法，具体是，张拉前在上半张拉装置和下半张拉装置之间的软钢丝束做一个标记，再于该标记等高处的箱梁腹板上做一个固定标记，张拉过程中钢尺所监测到的软钢丝束上的标记相对于箱梁腹板上的固定标记之间的距离即为张拉前软钢丝束上的标记至上半张拉装置之间软钢丝束的伸长量，由该伸长量即可进一步算出上半张拉装置和下半张拉装置之间的软钢丝束的伸长量。上述方法中所述的软钢丝束的理论伸长量可采用下式(III)进行计算δ=Δσn×LE---(III)]]>(III)式中，δ为软钢丝束的理论伸长量，L为软钢丝束的长，E为软钢丝束的弹性模量，σn为软钢丝束的控制张拉应力，一般按《规范》取为1000MPa。本专利技术所述的方法，其中步骤(2)所述的竖向应力损失之和Δσy1等于锚具(包括上半张拉装置、下半张拉装置和锚固件)损失软钢丝束松弛损失弹性压缩损失之和，约占竖向应力增量目标值[Δσy]的15％，因此步骤(4)中应力应变测试仪的检测值应大于等于步骤(1.4)中公式(II)的计算值的115％。上述锚具损失松弛损失和弹性压缩损失的计算方法参见《规范》。本专利技术还涉及实施上述方法的张拉装置，该张拉装置由上半张拉装置和下半张拉装置组成，其中，上半张拉装置依据上述方法的步骤(2)所确定的软钢丝束的布置间距在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动加固大跨度混凝土箱梁桥腹板的方法，该方法包括下列步骤：　（１）根据混凝土箱梁桥的结构参数，按照以下步骤进行混凝土箱梁桥正常使用阶段的应力分析计算：　（１．１）采用结构分析方法及对应的通用或专用分析软件ＳＡＰ２０００或ＡＮＳＹＳ建立拟加固混凝土箱梁桥的板壳有限元模型；　（１．２）利用桥梁结构的荷载影响线，找出该桥的最不利活载分布位置；　（１．３）利用所述的通用或专用分析软件计算加固前恒载和最不利活载产生的控制截面箱梁腹板的应力状态，得到箱梁腹板加固前的主拉应力σ↓［ｔｐ１］、竖向应力σ↓［ｙ１］、纵向应力σ↓［ｘ］和剪应力τ↓［ｘｙ］的量值及其分布规律；　（１．４）比较主拉应力σ↓［ｔｐ１］与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＧＤ６２－２００４，以下简称规范）容许限值［σ↓［ｔｐ］］的差异，按下式（Ⅰ）确定箱梁腹板主拉应力增量目标值［Δσ↓［ｔｐ］］　［Δσ↓［ｔｐ］］≥σ↓［ｔｐ１］－［σ↓［ｔｐ］］　（Ⅰ）　然后由下式（Ⅱ）解得竖向应力增量目标值［Δσ↓［ｙ］］　＊＊＊（Ⅱ）　式中，σ↓［ｔｐ２］为加固后的主拉应力，σ↓［ｔｐ２］＝σ↓［ｔｐ１］＋［Δσ↓［ｔｐ］］；　（２）先根据式（Ⅱ）解得竖向应力增量目标值［Δσ↓［ｙ］］，预选组成软软钢丝束的软钢丝规格、软钢丝束的根数和布置间距，再将软钢丝束允许张拉力施加在板壳有限元分析模型的对应位置，然后采用所述的通用或专用分析软件对所构建的分析模型进行分析计算；当算得的竖向应力增量Δσ↓［ｙｃ］大于等于［Δσ↓［ｙ］］与Δσ↓［ｙ１］之和时，所预选组成软软钢丝束的软钢丝的规格、软钢丝束的根数以及软钢丝束均匀布置的间距即确定为实际加固参数，其中Δσ↓［ｙ１］为张拉过程中竖向预应力损失之和；　（３）将预制的张拉装置的上半张拉装置和下半张拉装置分别锚固在混凝土箱梁腹板上下边缘上，并使得上半张拉装置中的卡销与下半张拉装置中的手动绞车垂直对应，然后将步骤（２）所确定的每一根软钢丝束的两头分别系接于上半张拉装置上的卡销和半张拉装置上的手动绞车上；　该步骤所述的张拉装置由上半张拉装置和下半张拉装置组成，其中，上半张拉装置是依据步骤（２）所确定的软钢丝束的布置间距在上基板上纵向排布锚固软钢丝束的卡销构成的；下半张拉装置是依据步骤（２）所确定的软钢丝束的布置间距在下基板上纵向排布手动绞车构成的，其中所述的手动绞车由销轴穿套具有摇把的卷筒构成；　（４）摇动所述下...

【技术特征摘要】
1.一种主动加固大跨度混凝土箱梁桥腹板的方法，该方法包括下列步骤：(1)根据混凝土箱梁桥的结构参数，按照以下步骤进行混凝土箱梁桥正常使用阶段的应力分析计算：(1.1)采用结构分析方法及对应的通用或专用分析软件SAP2000或ANSYS建立拟加固混凝土箱梁桥的板壳有限元模型；(1.2)利用桥梁结构的荷载影响线，找出该桥的最不利活载分布位置；(1.3)利用所述的通用或专用分析软件计算加固前恒载和最不利活载产生的控制截面箱梁腹板的应力状态，得到箱梁腹板加固前的主拉应力σtp1、竖向应力σy1、纵向应力σx和剪应力τxv的量值及其分布规律；(1.4)比较主拉应力σtp1与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004，以下简称规范)容许限值[σtp]的差异，按下式(I)确定箱梁腹板主拉应力增量目标值[Δσtp][Δσtp]≥σtp1—[σtp]             (I)然后由下式(II)解得竖向应力增量目标值[Δσy][Δσy]=τxy2+σtp2×σx-σtp22σx-σtp2-σy1---(II)]]>(II)式中，σtp2为加固后的主拉应力，σtp2＝σtp1+[Δσtp]；(2)先根据式(II)解得竖向应力增量目标值[Δσy]，预选组成软软钢丝束的软钢丝规格、软钢丝束的根数和布置间距，再将软钢丝束允许张拉力施加在板壳有限元分析模型的对应位置，然后采用所述的通用或专用分析软件对所构建的分析模型进行分析计算；当算得的竖向应力增量Δσyc大于等于[Δσy]与Δσy1之和时，所预选组成软软钢丝束的软钢丝的规格、软钢丝束的根数以及软钢丝束均匀布置的间距即确定为实际加固参数，其中Δσy1为张拉过程中竖向预应力损失之和；(3)将预制的张拉装置的上半张拉装置和下半张拉装置分别锚固在混凝土箱梁腹板上下边缘上，并使得上半张拉装置中的卡销与下半张拉装置中的手动绞车垂直对应，然后将步骤(2)所确定的每一根软钢丝束的两头分别系接于上半张拉装置上的卡销和半张拉装置上的手动绞车上；该步骤所述的张拉装置由上半张...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊平，沈祝源，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]