一种用于加固psc连续箱梁桥的斜拉桥结构及施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于加固PSC连续箱梁桥的斜拉桥结构及施工方法（PSC:预应力 钢筋混凝土），该发明的加固结构包括桥塔、拉索和放置在桥面中心线上的组合型钢，通过 斜拉桥体系改变PSC连续梁桥受力状况，从而提高其承载能力。通过连接装置使型钢锚固 箱梁顶板上。桥塔焊接在组合型钢上，通过拉索连接桥塔和组合型钢。传统斜拉桥中，中跨 跨中无索区域主梁受到很大的轴向拉力；而桥塔根部主梁受到很大的轴向拉力。过大的拉 力、压力都对主梁产生不利影响。本发明中将组合型钢锚固在主梁上，并用拉索连接组合型 钢，这样过大的轴向拉力、压力都作用在组合型钢上，对主梁无不利影响，而组合型钢在拉 索作用力下对主梁提供向上的提升力，增强了主梁抗弯、抗剪能力，减小了主梁下挠变形， 并能抑制主梁裂缝的发展。这种斜拉桥的加固方法可以使提高PSC连续箱梁桥承载力更加 高效、简单、安全和经济。
【背景技术】
[0002] 目前国内外对桥梁进行加固改造的主要技术方法如下：
[0003] 1)增大截面加固法：这种方法通过增加混凝土构件的截面和增加配筋，提高构件 的承载力和刚度。根据加固目的和要求的不同，可以增大截面为主的加固，也可以是以增加 配筋为主的加固。加固中须要确保新旧混凝土结合良好。但这种方法缺点也非常明显，由 于加固中不可避免地增加了结构自重，所以对于本发明所研宄的大跨度预应力混凝土连续 箱梁桥不是很适用。
[0004] 2)加厚桥面补强法：该方法是凿除原有的桥面铺装层，重新铺设一层混凝土或钢 筋混凝土补强层。这种方法能修复已经出现裂缝、剥离等病害的桥面板，又能增加原有主 梁的有效高度，增加主梁的抗弯能力，改善铰接梁的荷载横向分布，从而提高桥梁的承载能 力。但这种方法由于增加了桥梁自重，使恒载弯矩增加较多，并且仍然受到原桥梁结构下缘 受拉区域钢筋允许应力的限制，故此加固方法一般只适用于跨径较小的T形梁桥或板梁。 该方法同样对于大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固效果不佳。
[0005] 3)增大梁肋加固法：增大梁肋加固法常用于T梁加固，对于这类桥梁，可以将梁的 下端加宽，增大横截面面积，并在新混凝土截面中增设受力主筋。但增大截面后同样增加了 结构自重，也不适用于大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固。
[0006] 4)粘贴碳纤维加固法：粘贴碳纤维加固法是利用粘结剂碳纤维增强复合材料 (CFRP)粘贴在梁体混凝土表面，当梁体受到汽车、人群等活载时，碳纤维与梁体混凝土协调 变形而共同受力，从而提高了桥梁的承载能力与刚度，起到了加固作用。但是由于施工中需 要粘贴增强复合材料到梁底，需要工人站在支架上涂抹粘结剂，操作极为不便，粘贴质量难 以得到保障。同时，由于增强复合材料仅在桥梁受到活载时参与工作，属于被动受力，当增 强复合材料发挥作用时，被加固的梁体下挠变形往往已经较大，因此，在大跨度预应力混凝 土连续箱梁桥已经发生较大下挠变形的情况下，加固效果不理想。
[0007] 5)增设承重构件加固法：当桥梁承载力不能满足要求，但梁体结构基本完好时， 为了提高承载力，可以采用增加承重构件的方法，新增构件的承载力和刚度较大。施工中必 须确保新旧构件之间的连接可靠，使其共同参与受力作用，这种加固方法施工期间要对交 通影响较大，而且存在新旧构件受力不同步的问题。
[0008] 6)粘贴钢板加固法：利用环氧树脂系列黏结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物 的受拉侧或薄弱部位，使钢板与原结构物形成整体共同受力，提高结构物的抗弯、抗剪能力 及刚度，改善原结构物的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝发展，从而提高桥梁的承载力 与耐久性。与粘贴碳纤维加固法相似，粘贴钢板加固法同样属于被动加固，也不适用于已经 发生较大下挠变形的大跨度预应力混凝土连续箱梁桥。
[0009] 7)体外预应力加固法：体外预应力加固梁式桥，是一种改变了梁体原有受力状态 的加固方法。当桥梁结构承载力不足或需要提高荷载等级时可以考虑采用体外预应力加固 法。这一方法是在梁体外部布置施加了预应力的钢筋或钢丝束，以改善桥梁的受力状况。这 种方法往往需要在梁体安装预应力锚固装置，对梁体产生损伤；局部过大的压应力存在超 限的可能性，造成安全隐患。
[0010] 8)改变桥梁体系加固法：这种加固方法是通过改变桥梁结构体系来减少主梁内 应力、提高承载能力。如在简支梁下增设支架或桥墩；将相邻两跨简支梁连接成为连续梁。 这种加固方法施工中往往要在桥下作业来增设桥墩，因而占用桥下净空，影响交通或桥梁 泄洪。这种加固方式效果较好，是目前国内外解决临时通行超重车的常见措施。重车通行 后，再拆除临时桥墩或支架。本发明中的加固方法就属于这种方法。
[0011] 9)锚喷混凝土加固法：锚喷混凝土加固法是利用机械喷射高压、高速的混凝土到 已锚固好的钢筋网上，使其凝固硬化形成钢筋混凝土结构，增大原桥梁结构强度和刚度。但 此种加固方法在浆砌片石拱桥加固中运用较多，能较好地解决石拱桥常见病害。
[0012] 我国道路交通量随社会经济的发展而迅猛增长；同时，以往规范中设计荷载标准 值相对较低导致大量桥梁承载能力相对不足，存在不容忽视的安全隐患。针对当前常规桥 梁加固方法在提高大跨度预应力混凝土连续箱梁桥承载力时还存在一些不足的情况，本发 明以既有大跨度预应力混凝土箱梁桥为研宄对象，搜集并分析导致其承载力不足的桥梁病 害及设计缺陷，设计出一种用于加固PSC连续箱梁桥的斜拉桥结构及施工方法，使提高PSC 连续箱梁桥承载力更加高效、简单、安全和经济。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的是提高加固PSC连续箱梁桥效益，设计出一种用于加固PSC连续箱 梁桥的斜拉桥结构及施工方法，本发明的结构特征如下：
[0014] 斜拉桥结构的加固原理：
[0015] 箱梁顶板1和组合型钢2通过竖向预应力钢筋3及连接装置10锚固在一起，拉索 4连接桥塔5和组合型钢2,桥塔5焊接在组合型钢2上，拉索4对组合型钢2施加拉力，使 组合型钢2受到轴力和竖向提升力，由于锚固作用，箱梁顶板1也受到竖向提升力，桥塔5 受到拉索4的拉力，桥塔5将作用力传递给桥墩上方的组合型钢2,组合型钢2再将荷载传 递给箱梁0号块6,0号块6承受作用力传递给中支点支座7,然后通过桥墩8和基础9传递 至地基。组合型钢在区域AB、CD受到轴向压力，在无索区域BC受到轴向拉力，这样过大的 压力、拉力由组合型钢承担而不是主梁自身，避免了过大的轴力对主梁的不利影响，同时使 主梁受到了向上的提升力。从而增强PSC连续箱梁桥主梁抗弯、抗剪能力，减小主梁下挠变 形，并能抑制主梁裂缝的发展。
[0016] 斜拉桥结构包括：
[0017]箱梁顶板1、组合型钢2、竖向预应力钢筋3、拉索4、桥塔5、0号块6、中支点支座 7、桥墩8、基础9、连接装置10、第一钻孔11、拉索锚头12、拉索锚固块13、挡板14、局部加强 钢板15、钢锚横梁16、牛腿17、拉索锚头18、箱梁19、第二钻孔20、竖直钢板21、下水平钢板 22、上水平钢板23。
[0018]加固前，箱梁19作用在桥墩8上，桥墩8作用于基础9上，基础9作用于地基上， 箱梁19、桥墩8和基础9形成标准的三跨连续箱梁桥。
[0019] 组合型钢2由竖直钢板21、下水平钢板22、上水平钢板23、拉索锚固块13、挡板 14、局部加强钢板15焊接而成。箱梁19为PSC材料结构。使用机械在下水平钢板22上打 出第一钻孔11，连接装置10与竖向预应力钢筋3连接，并将组合型钢2和箱梁顶板1锚固 为一体。
[0020] 桥塔5焊接在组合型钢2上，桥塔5由钢锚横梁16、牛腿17组成。钢锚横梁16用 来承担拉索4的水平力，拉索4的垂直分力由牛腿17来传递给桥塔5,这样的结构使桥塔5 尽量处于受压状态。这样布置的钢锚横梁16和牛腿17避免了桥塔与拉索连接处因应力过 大而发生破坏。
[0021] 拉索由拉索4、拉索锚头12、拉索锚头18组成。拉索锚头12、拉索锚头18分别将 拉索4锚固于组合型钢2和桥塔5上。
[0022] 根据以上发明的结构特征，其施工方法如下：
[0023] 在箱梁19、桥墩8和基础9组成的标准三跨连续箱梁桥上，按图8加工组合型钢 2,其中上水平钢板23在施工最后焊接到组合型钢2上。在组合型钢2设计位置打出第一 钻孔11。利用连接装置10连接竖向预应力钢筋3,在桥面中心线布置组合型钢2后，再利 用连接装置10将组合型钢2锚固在箱梁顶板1上。
[0024]加工桥塔5节段，现场拼接焊接桥塔5节段并安装钢锚横梁16。利用卷扬机、滑轮 提升各个拉索，牵引至桥塔孔道内就位后，用拉索锚头18固定。同样对梁端拉索进行安装， 利用千斤顶张拉各拉索后用拉索锚头12锚固。根据桥梁结构形式及病害程度调整各拉索 索力，使桥梁处于良好的受力状态。最后安装、焊接上水平钢板23,并对所有钢构件进行防 锈处理。
[0025]本发明的有益效果：
[0026]本发明为一种用于加固PSC连续箱梁桥的斜拉桥结构及施工方法，通过组合型 钢、拉索、桥塔对PSC连续箱梁桥加固的