一种用于大跨径混凝土连续梁桥的梁段置换加固方法与流程

本发明涉及混凝土桥梁的加固技术，具体涉及一种用于大跨径混凝土连续梁桥的梁段置换加固方法。

背景技术：

国内于上世纪70年代开始大跨径混凝土连续梁(刚构)桥的建设工作，因其良好适应性和经济性迅速成为跨径60m～300m范围内最具竞争力的桥型，被广泛运用于公路大型桥梁及市政高架桥梁。由于当时桥梁结构设计和材料理论不完善、日益递增的交通运输量、养护管理的局限性和近年来恶劣的自然条件，引发了部分桥梁的各种问题和结构性病害，主要表现为开裂(“腹板开裂”、“底板开裂”、“顶板开裂”)和“跨中下挠”等问题，轻者影响结构耐久性和美观，严重者将限制桥梁的正常使用或导致结构丧失承载能力。对旧桥、危桥的加固维修，已引起了世界性的关注。

目前，桥梁加固技术主要分为三种。一是增加恒载加固法，提高承载力的同时增加了结构的恒载，主要包括粘贴钢板法、增大截面法等，多为被动加固法，加固效率较低。二是基本维持恒载加固法，如改变结构体系加固法、体外预应力加固法等，为主动加固方法，理论上加固效果较好，但耐久性、可靠性有待提升。三是减轻恒载加固法，主要包括减轻桥面铺装，更换轻质护栏等，为主动加固法，但由于多为减轻附属结构的重量，加固效果有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种用于大跨径混凝土连续梁桥的梁段置换加固方法，其既能主动加固减轻恒载，又能从改变结构体系的方法入手，彻底地解决跨中下挠、梁段开裂等病害。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种用于大跨径混凝土连续梁桥的梁段置换加固方法，包括如下步骤：

S1、将置换混凝土梁段从混凝土连续梁的待加固跨上切割并吊运；

所述步骤S1包括：

S11、拆除置换混凝土梁段的桥面铺装及其附属设施，对混凝土连续梁进行局部加固，并在两个固定段上均对应设置支撑系统及与支撑系统连接的吊装系统，并通过吊装系统将置换混凝土梁段吊装固定；

S12、在置换混凝土梁段的两端呈八字形对称切割，并采用临时体外预应力或桥下主动受力支架保护边跨梁体，确保中间梁段拆除过程安全；

S13、切割完成后，控制吊装系统将切割后的置换混凝土梁段吊装下放至相对应的放置平台。

S2、待加固跨切割后形成两个固定段，在两个固定段的切割端面上均设置钢砼接头；

S3、将钢梁吊至两个钢砼接头之间并与钢砼接头连接。

按上述方案，所述步骤S11中局部加固包括：在待加固跨的相邻两跨上张拉体外预应力，在固定段的箱梁内浇筑横隔板，且在固定段靠近其切割端面一端的上下面凿孔至预应力筋束，并对预应力筋束进行灌浆浇筑。

按上述方案，所述步骤S12还包括在切割至设定厚度时，在固定段的切割端面上设置防冲击挑梁，防冲击挑梁的前端设置液压装置，液压装置一端抵接置换混凝土梁段的切割端面。

按上述方案，所述步骤S13还包括在吊装下放过程监控置换混凝土梁段四个角的相对高度，使置换混凝土梁段任意两个角之间的竖直相对高度小于10mm。

按上述方案，所述步骤S2包括：

S21、凿除固定段靠近其切割端面的1m内的混凝土，并将固定段的凿除混凝土后的梁端整形、凿毛、清洗、切割剪力健，并保留固定段内原有的支撑钢筋和预应力筋；

S22、将钢砼接头吊至安装位置，并与固定段的混凝土凿除端固定连接；

S23、在钢砼接头与固定段连接处浇筑混凝土并养护，至混凝土达到设定强度后张拉预应力。

钢砼接头由钢砼接头混凝土梁段和钢砼接头钢箱梁段组成，采用填充砼后板式的方式，先竖向放置钢砼接头钢结构，浇筑填充混凝土，再平置钢砼接头，通过船运输至桥位，最后将钢箱梁端部的顶板、底板和腹板做成双璧板，将填充的混凝土与紧邻的混凝土箱梁段的顶板、底板和腹板通过PBL剪力板、预应力钢筋和普通钢筋连接，并向前延伸将其与混凝土横隔板连接，预应力短束钢筋锚固在混凝土横隔板和钢箱横隔板上，预应力长束钢筋锚固在混凝土横隔板后梁段的顶板、底板的齿块上。

按上述方案，所述步骤S3包括：

S31、制作与两个钢砼接头相配合的钢梁，将钢梁运至钢砼接头下方并吊至两个钢砼接头之间；

S32、将钢梁一端通过高强螺栓与其中一个钢砼接头固定后焊接，然后将钢梁另一端通过高强螺栓与另一个钢砼接头固定后焊接。

S33、张拉钢梁预应力。

按上述方案，所述步骤S33中用于钢梁张拉预应力的钢束两端分别锚固于钢梁离其一端10m位置。

与现有技术相比，本发明通过钢梁替代已经出现病害的置换混凝土梁段，从而可彻底地解决跨中下挠、开裂等病害，改善桥面线形，同时也提高了混凝土连续梁桥的整体承载力。具有安全可靠、操作性强、加固成本低廉、实用性强的优点。

附图说明

图1是本发明的置换混凝土梁段的拆除示意图。

图2是本发明的钢砼接头的安装示意图。

图3是本发明的钢梁安装示意图。

图4是本发明的钢砼接头结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2、图3所示，本发明的实施例以一中跨为98m、相邻两个边跨3为65m的混凝土连续梁桥为例，对应的设置中间两个为主墩2、靠近边缘两个为边墩1，两个主墩2之间为中跨，边墩1与主墩2之间为边跨3。其中，中跨中部受损，本实施例选取中跨中受损的中间梁段为置换混凝土梁段4，并将其置换为钢梁9。该中间梁段需有足够的自承载能力，并且两端处于弯矩较小的区域，该梁段混凝土可以采用整节段下放拆除，也可以分段拆除，图中所示为整节段下放拆除。

参阅图1，其为本实施例的置换混凝土梁段4的拆除示意图，其具体置换步骤如下：

S1、将置换混凝土梁段4从混凝土连续梁的待加固跨上切割并吊运；

需要说明的是，本实施例所述待加固跨即为上述中跨，所述置换混凝土梁段4即为受损的混凝土中间梁段。

具体切割、吊运步骤如下：

S11、拆除置换混凝土梁段4的桥面铺装及其附属设施，对混凝土连续梁进行局部加固，并在两个固定段上均对应设置支撑系统5及与支撑系统5连接的吊装系统6，并通过吊装系统6将置换混凝土梁段4吊装固定；

在切割前首先需要将置换混凝土梁段4的桥面铺装及其附属设置拆散，例如栏杆等。拆除后，在待加固跨的相邻两跨上张拉体外预应力，即在两边跨3上张拉预应力，具体可通过在两边跨3上设置预应力钢束10。同时，由于固定段上需要设置支撑系统5及吊装系统6以便于置换混凝土梁段4和钢梁9的吊装，由于置换混凝土梁段4和钢梁9的重力较大，易在吊装过程中给予固定段较大的压力，故本实施例在固定段用于承载支撑系统5的位置的箱梁内浇筑横隔板11以增加固定段内箱梁的承载能力；而且，在固定段靠近其切割端面一端的上下面凿孔至预应力筋束，并对预应力筋束进行灌浆浇筑，具体在固定段靠近其切割端面5m左右的范围内预应力孔道进行分段凿孔，而对凿孔内的预应力筋波纹管进行二次灌浆浇筑，增强预应力孔道灌浆饱满度。

加固后，可现场拼装支撑系统5和吊装系统6，本实施例的支撑系统5和吊装系统6均为现有的常规设备，以简单、方便、安全且能够满足需求为佳，拼装完成后，可进行试吊，并监控固定段受到的应力变化及支撑系统5和吊装系统6受到的应力变化，易保证混凝土连续梁桥的箱梁结构和施工的安全性。

S12、在置换混凝土梁段4的两端呈八字形对称切割；

具体切割时，先用两个吊装系统6将置换混凝土梁段4两端吊住，然后再进行切割，切割时采用八字形切割。在切割至设定厚度时，一般切割至置换混凝土梁段4厚度的二分之一至三分之一时，在固定段的切割端面上设置防冲击挑梁，防冲击挑梁的前端设置液压装置，液压装置一端抵接置换混凝土梁段4的切割端面，液压装置可采用常规的千斤顶，切割时可通过千斤顶调节固定段的切割端面与置换混凝土梁段4的切割端面之间的受力，防止置换混凝土梁段4发生突然的不均匀下沉和冲击。

而且，应先等置换混凝土梁段4一端切割完成后，再切割另一端。置换混凝土梁段4两端均切割完成后，可通过千斤顶调节其顶推力缓慢释放切断时的冲击力。

其中，当置换混凝土梁段4较长时，可分段切割下方，例如可将中间梁段置换混凝土梁段4先切割中部的19m，然后分段对称向边跨切割，具体分段可为两个3m、两个3m、两个3m、两个2m。其具体切割可根据实际需要进行，在此不作限定。

S13、切割完成后，控制吊装系统6将切割后的置换混凝土梁段4吊装下放至相对应的放置平台7。

具体吊装下放过程中，需要实时监控置换混凝土梁段4四个角的相对高度，保证置换混凝土梁段4任意两个角之间的竖直相对高度小于10mm，且该竖直相对高度越小越好，尤其是置换混凝土梁段4处于水平状态为佳。

如图2所示，其为本实施例的钢砼接头8的安装示意图，其安装步骤如下：

S2、待加固跨切割后形成两个固定段，在两个固定段的切割端面上均设置钢砼接头8；如图4所示，钢砼接头钢结构设计：接头纵向长4m，其中钢箱部分长2.5m，内填充混凝土部分8.1长1.5m，在结合面设置一块50mm的承压板8.3，连接钢箱梁部分8.2顶板采用加劲板，与混凝土部分内的加劲板(PBL)对应；先竖向放置钢砼接头钢结构，浇筑填充混凝土，再平置钢砼接头。

钢砼接头8的具体安装流程如下

S21、凿除固定段靠近其切割端面一段的混凝土，且沿固定段长度方向凿除，凿除长度为1m左右，并将固定段的凿除混凝土后的梁端整形、凿毛、清洗、切割剪力健，并保留固定段内原有的支撑钢筋和预应力筋；

且在步骤S21之前，需要将支撑系统5和吊装系统6向边跨移动一定距离；

S22、将钢砼接头8吊至安装位置，将钢箱梁端部的顶板、底板和腹板做成双璧板，将填充的混凝土与紧邻的混凝土箱梁段的顶板、底板和腹板通过PBL剪力板8.4、预应力钢筋和普通钢筋等得到很好地连接，再稍往前延伸将其与混凝土横隔板8.5连接，预应力短束钢筋锚固在混凝土横隔板和钢箱横隔板上，预应力长束钢筋锚固在混凝土横隔板后梁段的顶板、底板的齿块上，为了保证安装的精确性，需要对钢砼接头8进行精确定位，定位后与固定段的混凝土凿除端固定连接；

S23、在钢砼接头8与固定段连接处浇筑混凝土并养护，至混凝土达到设定强度后张拉预应力，该设定强度按本领域的常规方式实施，在此不作赘述。张拉预应力后，按常规方式进行钢砼接头8的防护和涂装。

如图3所示，其为本实施例的钢梁9的安装示意图，其安装步骤如下：

S3、将钢梁9吊至两个钢砼接头8之间并与钢砼接头8连接。

S31、制作与两个钢砼接头8相配合的钢梁9，将钢梁9运至钢砼接头8下方并吊至两个钢砼接头8之间；

钢梁9具体可在工厂或设定位置制作，钢梁9长度应根据来个钢砼接头8之间的距离进行设置，本实施例的钢梁9为45m。钢梁9为在整体总拼胎架上无应力状态下制作，且制作时根据混凝土连续梁桥的实际荷载进行计算分析，并根据计算分析的数据设置钢梁9的预拱度。

在钢梁9吊运前，需要钢梁9与两个钢砼接头8精确对应，即钢梁9在防止平台的位置7需要定位，以保证钢梁9竖直吊上来后与两个钢砼接头8相契合。而且，吊装过程中，钢梁9的四个角中任意两个角之间的竖直高度差应小于10mm，具体可通过监控系统实时监控，以保证钢梁9吊装过程中的平稳度。

S32、将钢梁9一端通过高强螺栓与其中一个钢砼接头8固定后焊接，然后将钢梁9另一端通过高强螺栓与另一个钢砼接头8固定后焊接。

将钢梁9吊装定位后，首先将钢梁9一端通过高强螺栓与钢砼接头8临时固定，然后焊接进行永久固定，最后将钢梁9另一端通过高强螺栓连接，连接后调整位置然后进行焊接。

S33、张拉钢梁9预应力，用于钢梁9张拉预应力的钢束两端分别锚固于钢梁9离其一端10m位置。

钢梁9预应力张拉后，可进行钢梁9桥面铺装及其附属设施的安装。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均包含在本发明权利要求的保护范围内。