采用矮塔-上承式懸索橋結構體系的剛構橋加固方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于交通運輸業橋涵工程中的橋梁加固技術領域，尤其涉及一種采用矮 塔-上承式懸索橋結構體系的剛構橋加固方法。
【背景技術】
[0002] 混凝土剛構橋具有單位造價低、施工方便等優點，在我國中等跨徑橋梁建設中占 有重要地位，但受混凝土的長期收縮徐變影響，隨著使用年限的增加，剛構橋的跨中下撓問 題將越發突出，由此引發的剛構橋預應力松弛、腹板開裂加劇等病害嚴重危及橋梁的安全 與使用性能。上承式懸索橋是美籍華人林同炎先生發明的一種橋梁結構，具有結構受力合 理、承載能力大等特點，在100-300m的中等跨徑橋梁建設領域具有較強的競爭力。

【發明內容】

[0003] 本發明要解決的技術問題是提供一種采用矮塔-上承式懸索橋結構體系的剛構 橋加固方法，以起到對剛構橋原有結構卸載的作用，大幅提高剛構橋的整體剛度，減小由于 長期收縮徐變而發展迅速的跨中撓度。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：采用矮塔-上承式懸索橋結構 體系的剛構橋加固方法，通過引入矮塔-上承式懸索橋結構體系使剛構橋發生受力體系的 轉變，使原有剛構橋受力體系發生卸載效應，抑制剛構橋由于混凝土收縮徐變而產生的長 期下撓。
[0005] 上述采用矮塔-上承式懸索橋結構體系的剛構橋加固方法，在剛構橋中跨下翼緣 安裝鋼橫梁與多個高度不等的鋼爪字型支承結構，支承結構下端為拉索轉向固定裝置；在 剛構橋的墩頂橫隔板處加澆筑傾斜立柱與橫梁，傾斜立柱與橫梁通過栓釘或植筋與剛構橋 墩頂橫隔板連接，共同形成上部矮橋塔的基座，在墩頂截面的該基座上設置矮橋塔，在矮橋 塔中設置散索孔道；根據拉索的預設形狀，在剛構橋下翼緣底板上鉆孔形成拉索孔道，在上 翼緣a8上設置拉索孔道；將中跨鋼絞線拉索al穿過拉索孔道、拉索轉向裝置，將中跨鋼絞 線拉索al通過散索孔道錨固在矮橋塔上，并施加設計索力N1;將邊跨鋼絞線a2穿過邊跨上 翼緣板拉索孔道，分別錨固在矮橋塔與主梁齒塊a3上，并施加設計預應力匕。
[0006] 中跨鋼絞線拉索al施加的設計預應力&與邊跨鋼絞線設計預應力F關系為：
[0007]
[0008] 式中，a為中跨預應力鋼絞線拉索al錨固段與垂直方向的夾角邛i為各邊跨預 應力鋼絞線a2與垂直方向的夾角。
[0009] 鋼爪字型支承結構由多根斜桿構成，每個鋼爪字型支承結構的斜桿總截面面積 EAGi應滿足下式要求，且每根支撐桿件應滿足受壓桿件的穩定性要求；
[0010]
[0011] 式中，AGi為每個鋼爪字型支承結構的任意斜桿截面面積，％為任意斜桿與水平 面的夾角，I為安全系數，FG i為鋼絞線拉索al對鋼爪字型支承結構的反作用力，FG 1表達 式為：
[0012]
[0013]
[0014]
[0015] 式中，FGi-1，i和FGi，i+1分別為支撐點左右兩邊的堅向力，&為跨中拉索al的 設計預應力值，yi和x ;為點i的橫、堅坐標值。
[0016] 跨中鋼絞線拉索al形成的形狀為內切于懸鏈線或拋物線的折線，并使支撐段長 度為中跨跨徑長度的0. 45-0. 55倍之間。
[0017] 中跨鋼絞線拉索、邊跨預應力鋼絞線的設計容許應力水平為0. 4倍的鋼絞線屈服 應力fspk。
[0018] 跨中的鋼拉索al為整束的平行鋼絲拉索或鋼絞線拉索。
[0019] 跨中鋼絞線拉索為多根，采用多個鋼結構爪字型支承結構在橋梁橫向進行布置， 或采用能同時布置多根拉索的轉向固定裝置。
[0020] 矮橋塔的中跨拉索錨固點到橋面的高度bl與主跨跨徑1長度的比例取為2/50~ 3/50,矮橋塔距橋面的高度為中跨拉索錨固點到橋面高度bl加1~2m，主跨鋼束的最低 點離橋面高度b2與主跨長度的比例取為1/15~1/20,使跨中上承式拉索的矢跨比取為 1/11~1/9,即滿足下式：
[0021]
[0022] 矮橋塔在橫橋向的寬度小于1~1. 2m，并設置縱向中心分隔帶a9。
[0023] 針對剛構橋長期下撓與開裂缺乏有效加固措施的問題，發明人大膽提出將矮 塔-上承式懸索橋結構體系用于加固設計中，從而建立了一種采用矮塔-上承式懸索橋結 構體系的剛構橋加固方法，通過引入矮塔-上承式懸索橋結構體系使剛構橋發生受力體 系的轉變，使原有剛構橋受力體系發生卸載效應，抑制剛構橋由于混凝土收縮徐變而產生 的長期下撓。該法具有以下主要優點：
[0024] a.與普通的體外索方法相比，該法體外索的矢跨比大，從而使體外索的效率顯著 提升，加固性能好，可以大幅提高剛構橋的剛度，改善跨中下撓問題。
[0025] b.結構簡單、計算簡便，施工快捷、經濟性能好，無需增設基礎。
[0026] c.引入了拉索體系加固后的橋梁線條獨特，提升了橋梁的景觀效果。
[0027] 總之，應用本發明的剛構橋加固方法可大大改善剛構橋的長期下撓問題，提高剛 構橋的承載能力與結構耐久性，具有很好的工程推廣價值。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發明采用矮塔-上承式懸索橋結構體系的剛構橋加固方法的總體布置示 意圖。
[0029] 圖2是本發明方法中鋼爪型支承結構的鋼架布置示意圖。
[0030] 圖3是本發明方法中中跨是單根鋼拉索的轉向固定裝置示意圖。
[0031] 圖4是本發明方法中中跨是兩根鋼拉索的轉向固定裝置示意圖。
[0032] 圖5是本發明方法中剛構橋墩頂箱室與矮橋塔布置示意圖。
[0033] 圖6是本發明方法中的索塔錨固區域布置示意圖。
[0034] 圖7是應用本發明的跨徑90m+160m+90m剛構橋跨中爪型支承結構支撐的剛構橋 梁段示意圖。
[0035] 圖8是跨中支撐段范圍內重量變化比率引起的收縮徐變變化比率關系圖。
[0036] 圖中：1下翼緣鋼橫梁；2鋼爪字型支承結構，21斜桿；3拉索轉向固定裝置，31穿 過轉向裝置3的拉索鋼絞線，32轉向固定結構3的高強螺絲，33轉向固定結構3上的縱向 加勁肋，34轉向固定結構高強螺栓連接板，35圓形索體包管，36斜桿與固定轉向裝置3連接 部位的局部加勁肋，37固定轉向裝置3的圓弧型外包鋼管，38轉向固定結構3上的縱環向 加勁肋，39轉向裝置之間的連接構件，39a轉向裝置連接構件頂板，39b轉向裝置連接構件 的橫加勁肋，39c轉向裝置連接構件的腹板，39d轉向裝置連接構件的底板；4墩頂橫隔板；5 墩頂后澆筑立柱；6墩頂后澆筑橫梁；7矮塔；8散索孔道，81散索孔道錨固端的抗壓橫向鋼 筋；9剛構橋混凝土下翼緣底板；10下翼緣底板中的拉索孔道；11中跨鋼絞線拉索在上翼 緣板中的拉索孔道；12邊跨拉索在上翼緣中的孔道；al中跨拉索；a2邊跨拉索；a3邊跨拉 索下翼緣主梁齒塊；a4剛構橋腹板；a5剛構橋橋墩；a6剛構橋上翼緣板，a7后置橋塔處上 翼緣板開洞，a8剛構橋上翼緣頂板，a9橋梁縱向中心分隔帶，alO爪型結構支承剛構橋梁 段；bl橋塔錨固點到橋面的高度，b2主跨鋼束的最低點離橋面高度。【具體實施方式】
[0037] -、采用矮塔-上承式懸索橋結構體系的剛構橋加固方法的建立
[0038] 1?基本原理
[0039] 通過引入矮塔-上承式懸索橋結構體系使剛構橋發生受力體系的轉變，使原有剛 構橋受力體系發生卸載效應，抑制剛構橋由于混凝土收縮徐變而產生的長期下撓。
[0040] 2?具體步驟
[0041] 如圖1所示，根據跨中鋼索預設線型，在剛構橋中跨下翼緣安裝鋼橫梁1與多個高 度不等的鋼爪字型支承結構2,支承結構下端為拉索轉向固定裝置3(圖3和圖4);在剛構 橋的墩頂橫隔板4處加澆筑傾斜立柱5與橫梁6,傾斜立柱5與橫梁6通過栓釘或植筋與剛 構橋墩頂橫隔板4連接，共同形成上部矮橋塔的基座，在墩頂截面的該基座上設置矮橋塔 7 (圖5)，在矮橋塔7中設置散索孔道8 ;根據拉索的預設形狀，在剛構橋下翼緣底板9上鉆 孔形成拉索孔道10,在上翼緣a8上設置拉索孔道11、12;將中跨鋼絞線拉索al穿過中跨拉 索孔道10、11、拉索轉向裝置3,將中跨鋼絞線拉索al通過散索孔道8錨固在矮橋塔上，并 施加設計索力N 1;將邊跨鋼絞線a2穿過邊跨上翼緣板孔道12,分別錨固在矮橋塔7與主梁 齒塊a3上，并施加設計預應力匕，最終完成采用矮塔-上承式懸索橋結構體系對剛構橋進 行加固。
[0042] 其中，跨中的鋼拉索al為整束的平行鋼絲拉索或鋼絞線拉索。跨中鋼絞線拉索可 為多根，可采用橫向寬度較小的多個鋼結構爪字型支承結構2在橋梁橫向進行布置，或采 用能同時布置多根跨中拉索的轉向固定裝置3。
[0043] 中跨拉索掛索施工時，先在無應力狀態下將鋼拉索穿過轉向裝置，此時轉向裝置3 的高強螺絲32不擰緊，不約束拉索的縱向移動，在鋼拉索張拉到設計預應力值后，將轉向 裝置3的高強螺絲32擰緊，使轉向裝置與拉索箍緊。
[0044] 3?設計計算
[0045] 中跨鋼絞線拉索al施加的設計預應力&與邊跨鋼絞線設計預應力F關系為：
[0046]
[0047] 式中，a為中跨預應力鋼絞線拉索al錨固段