古桥桥面的防滑结构及施工改造方法

1.本发明涉及桥梁修复技术领域，特别涉及一种古桥桥面的防滑结构及施工改造方法。


背景技术：

2.古代桥梁具有悠久的历史。作为古建筑典型代表的古桥是宝贵的历史遗产，也是无法再生的历史资源。经历了漫长的历史年代，一些古桥由于受到自然和人为因素的影响，损坏比较严重。但是根据相关政策，古桥仅能修缮保护。尤其是景点的一些古桥，通常具有历史意义。这一类古桥的施工技术相对落后，数百年的风雨侵蚀，古桥桥面、分水尖、栏板等部位均已存在不同程度的残损、病害和安全隐患，虽没有了较大的车辆交通压力，但是仍然有较多的游客需要通过，桥面的损坏容易打滑，并且本体的结构支承重量未知，造成一定的安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种古桥桥面的防滑结构，其具有改造古桥支承结构，并且改进其桥面，提供防冻防止结冰进行防滑的优点。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种古桥桥面的防滑结构，包括桥墩和桥梁，所述桥梁设于桥墩上，所述桥墩的底部的侧边设有支承柱；所述桥梁上设有桥垮结构；所述桥梁的上侧具有原基础、依次自下而上设于原基础上的下层结构和上层结构，上层结构具有上框架、设于上框架内且呈多个拼接的桥面和设于桥面之间的伸缩缝，所述桥面采用金属材料制成，且内部具有流动空腔；下层结构具有下框架、设于下框架内由揉性材料制成的柔性囊，柔性囊部分设置管道连通至桥面的流动空腔内，所述柔性囊内部设有相变材料；下框架内还设有与柔性囊面接触的导热片、与导热片面接触连接提供导热片热量的多个机械辊组件和连接多个机械辊组件的联动组件以及驱动机械辊组件旋转产热的驱动装置，机械辊组件至少一部分抵触至导热片上。
5.进一步设置：每个所述机械辊组件包括转动连接至下框架内侧的转轴、设于转轴外侧与转轴间隙设置的套筒，联动组件的一部分与转轴联动，转轴上设有第一摩擦轴，转轴和套筒之间设有第二摩擦轴、第三摩擦轴、第四摩擦轴。
6.转轴的端部设有第一齿轮和设于第一齿轮外圈的第一内齿圈，第一齿轮和第一内齿圈之间设有第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮，第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮分别与第一齿轮和第一内齿圈啮合，内齿圈固定至套筒的端部上，所述转轴转动带动第一齿轮转动，并且带动第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮沿第一内齿圈自转；所述第二摩擦轴、第三摩擦轴、第四摩擦轴分别与第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮固定连接，第二摩擦轴、第三摩擦轴、第四摩擦轴于第一摩擦轴和套筒之间滚动摩擦产热，所述套筒与导热片面接触连接。
7.进一步设置：所述转轴的端部设有支承组件，支承组件包括与转轴连接的支承轴、设于支承轴上的支承盘，支承盘设有供支承轴穿设通过的中心孔、设于支承盘上且位于中心孔外圈的三个轴位，三个轴位均处于同一圆周路径上，支承轴位于支承盘的其中一侧设有与中心孔同轴的第五齿轮，三个轴位处设有与第五齿轮啮合的第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮，第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮的外侧设有与三者啮合的第二内齿圈，所述第一齿轮联动，所述转轴与支承轴设有联动齿套，支承轴转动并且带动第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮沿第一内齿圈自转。
8.进一步设置：所述联动组件为链轮链条传动组件，联动组件包括设于各个支承轴上的第一链轮、设于桥墩上的一个第二链轮和连接各个第一链轮和第二链轮的链条。
9.进一步设置：所述驱动装置包括二级变速器和联动二级变速器运转的动力源，所述二级变速器的输入端设有连接器，输出端与第二链轮联动，动力源至少一部分与连接器相接，动力源与电源接通，动力源的输出端自带蜗轮蜗杆减速器并且蜗轮蜗杆减速器的输出端作用至定滑轮上。
10.进一步设置：所述动力源与二级变速器之间还设有平衡组件，平衡组件包括设于支承柱上的定滑轮、设于滑轮上的第一钢索，第一钢索一端设有第一平衡块，另一端设有第二平衡块，二级变速器的输入端的连接器为卷收器，且设有两个，两个卷收器的第二钢索绕卷方向不同，其中一个连接至定滑轮一侧的第一平衡块上，另一个连接至第二平衡块上，动力源与电源接通，动力源的输出端自带蜗轮蜗杆减速器并且蜗轮蜗杆减速器的输出端作用至定滑轮上。
11.进一步设置：所述导热片和第一摩擦轴、第二摩擦轴、第三摩擦轴、第四摩擦轴由铁材料制成或铝材料制成或铝合金材料制成。
12.进一步设置：所述第一摩擦轴、第二摩擦轴、第三摩擦轴、第四摩擦轴的表面设有半金属摩擦材料层或碳纤维材料层或nao摩擦材料层或粉末冶金材料层。
13.进一步设置：所述桥垮结构包括设于支承柱的底部的锚桩，支承柱的上侧设有索塔，所述桥梁沿长度方向设有若干锚固节点，锚固节点与索塔之间设有斜拉索。
14.本发明的另一目的是提供一种古桥桥面的防滑施工改造方法，包括以下步骤：步骤一，在古桥的桥墩外侧增加支承柱，支承柱的底部增加锚桩。
15.步骤二，古桥的原基础上增加下层结构和上层结构。
16.步骤三，在支承柱上设置二级变速器和、平衡组件、动力源。
17.步骤四，在支承柱上侧设置索塔，在桥梁上设置若干锚固节点，锚固节点和索塔之间连接斜拉索。
18.综上所述，本发明具有以下有益效果：第一，由于本发明在古桥基础上改造，将承重部分不直接设置在古桥本身结构上，古桥原有的部分进行修缮保持外观即可；在改造的结构上，下层结构内部的机械辊组件可以通过滚动摩擦生热的方式，将热量传导给导热片，导热片并将热量传递柔性囊的相变材料，相变材料受热膨胀，并通过管道流程至桥面的流动空腔，由流动空腔内的相变材料处于流动状态，并且自带一定的温度，如此可确保金属材料制成的桥面不会因为环境温度过低而结冰，桥面表面也无霜冻现象，在山区或高地的景区，可利用改造的结构提供防滑效果。
19.第二，本发明中的机械辊组件的驱动装置采用平衡组件的上下运动，动力源驱动
定滑轮正转或反转，动力源自带我蜗轮蜗杆减速器，具有自锁功能，输出在定滑轮上带动左右的平衡块上升或下降，动力源带动多个机械辊组件的功率可控制，无需采用超大功率电机。平衡块的上升和下降通过二级变速器进行增速，传递给多个机械辊组件，可确保一定要求的转速，形成摩擦生热的条件。
20.第三，本发明的改造防滑结构，不仅可以使得桥面就有防滑效果，古桥原基础也可以受到保护，所提供的热量可以在原基础桥面形成一层表面热流，当古桥的原基础是建筑时，可以避免表面霜冻侵蚀，当古桥的原基础是原木时，可以减轻木头的受潮和病虫灾害，确保原木干燥，不易腐烂。
附图说明
21.图1是古桥桥面的防滑结构的立体示意图；图2是古桥桥面的防滑结构的侧面示意图；图3是古桥桥面的防滑结构的截面示意图；图4是图3中的a处放大示意图；图5是机械辊组件的结构示意图；图6是机械辊组件的截面示意图；图7是支承组件的结构示意图。
22.图中，101、桥墩；102、桥梁；103、支承柱；104、桥垮结构；105、锚桩；106、索塔；107、锚固节点；108、斜拉索；109、原基础；201、下层结构；202、上层结构；300、下框架；301、柔性囊；302、导热片；303、机械辊组件；400、上框架；401、桥面；402、伸缩缝；403、流动空腔；404、管道；500、联动组件；501、第一链轮；502、第二链轮；503、链条；600、驱动装置；610、二级变速器；611、输入端；612、输出端；613、连接器；620、动力源；630、平衡组件；631、定滑轮；632、第一钢索；633、第一平衡块；634、第二平衡块；635、第二钢索；701、转轴；702、套筒；703、轴承座；704、第一摩擦轴；705、第二摩擦轴；706、第三摩擦轴；707、第四摩擦轴；801、第一齿轮；802、第一内齿圈；803、第二齿轮；804、第三齿轮；900、支承组件；901、支承轴；902、支承盘；903、轴位；904、中心孔；905、第五齿轮；906、第六齿轮；907、第七齿轮；908、第八齿轮；909、第二内齿圈；910、联动齿套。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
24.第一种优选实施方式：一种古桥桥面的防滑结构，如图1所示，古桥为部分的结构示意图，选取一部分方便表达在古桥结构上的改进之处。古桥包括桥墩101和桥梁102，桥梁102设于桥墩101上，桥墩101的底部的侧边设有支承柱103，桥梁102上设有桥垮结构104，桥垮结构104包括设于支承柱103的底部的锚桩105，支承柱103的上侧设有索塔106，桥梁102沿长度方向设有若干锚
固节点107，锚固节点107与索塔106之间设有斜拉索108。利用上述结构可不破坏原古桥的结构，确保原古桥可修缮好。并且将承重部分作用在支承柱103和桥梁102上，具体的，桥梁102的上侧具有原基础109、依次自下而上设于原基础109上的下层结构201和上层结构202，承重部分直接作用在上层结构202上。
25.如图1、图2和图3所示，上层结构202具有上框架400、设于上框架400内且呈多个拼接的桥面401和设于桥面401之间的伸缩缝402，上框架400为金属框架，桥面401采用金属材料制成，且内部具有流动空腔403，流动空腔403可以是条状的分布在各块桥面401本体的中心，向下连接出管道404即可。
26.下层结构201具有下框架300、设于下框架300内由揉性材料制成的柔性囊301，柔性囊301部分与管道404连通，连接至桥面401的流动空腔403内，柔性囊301内部设有相变材料，相变材料采用复合相变材料，形态为固液变化，比如，石蜡类复合相变材料，石蜡作为提炼石油的副产品，来源丰富，价格便宜，无毒无腐蚀性。在其中加入高导热率材料铜粉、铝粉和石墨，可以改变石蜡的低导热性缺点，复合相变材料凝固熔化温度窄，相变潜热高，导热率高，比热大，凝固时无过冷或过冷度极小，化学性能稳定。选用不同的复合材料可制备出不同熔点的复合相变材料，当制备成效小颗粒时，可与传热介质组成功能流体，实现恒温传输。
27.下框架300内还设有与柔性囊301面接触的导热片302、与导热片302面接触连接提供导热片302热量的多个机械辊组件303，导热片302为铝片，柔性囊301的材料为导热硅胶，限制在下框架300内，管道404一部分连通至柔性囊301的上侧，一部分连通至桥面401的流动空腔403。柔性囊301可以覆盖在导热片302的上表面与其完全接触，增加接触面积，热传导效率高，尽可能的降低传递过程中的热能损失。
28.多个机械辊组件303之间通过联动组件500连接，联动组件500为链轮链条传动组件。
29.驱动机械辊组件303旋转产热的是驱动装置600，驱动装置600将动力带动至链轮链条传动组件上，由链轮链条传动组件联动各个机械辊组件303旋转产热。机械辊组件303至少一部分抵触至导热片302上，将热量传递至导热片302上。
30.如图5、图6和图7所示，每个机械辊组件303包括转动连接至下框架300内侧的转轴701、设于转轴701外侧与转轴701间隙设置的套筒702，下框架300的内壁上设有轴承座703，转轴701连接至轴承座703内。转轴701上设有第一摩擦轴704，转轴701和套筒702之间设有第二摩擦轴705、第三摩擦轴706、第四摩擦轴707，第二摩擦轴705、第三摩擦轴706、第四摩擦轴707位于套筒702内圆周等周长分布，两两相距120度。
31.如图5所示，转轴701的端部设有第一齿轮801和设于第一齿轮801外圈的第一内齿圈802，第一齿轮801和第一内齿圈802之间设有第二齿轮803、第三齿轮804、第四齿轮，第二齿轮803、第三齿轮804、第四齿轮分别与第一齿轮801和第一内齿圈802啮合，第一内齿圈802固定至套筒702的端部上，转轴701转动带动第一齿轮801转动，并且带动第二齿轮803、第三齿轮804、第四齿轮沿第一内齿圈802自转。结合图5和图6，第二摩擦轴705、第三摩擦轴706、第四摩擦轴707分别与第二齿轮803、第三齿轮804、第四齿轮固定连接，第二摩擦轴705、第三摩擦轴706、第四摩擦轴707于第一摩擦轴704和套筒702之间滚动摩擦产热，套筒702与导热片302面接触连接。导热片302的底部可设置多个与套筒702表面适配的半弧形凹
槽。
32.具体的，导热片302和第一摩擦轴704、第二摩擦轴705、第三摩擦轴706、第四摩擦轴707由铁材料制成或铝材料制成或铝合金材料制成。具有一定结构强度且传热效率高。第一摩擦轴704、第二摩擦轴705、第三摩擦轴706、第四摩擦轴707的表面设有半金属摩擦材料层或碳纤维材料层或nao摩擦材料层或粉末冶金材料层。表面的摩擦材料相互作用，能快速产热进行传递。
33.如图5、图6和图7所示，转轴701的端部设有支承组件900，支承组件900包括与转轴701连接的支承轴901、设于支承轴901上的支承盘902，下框架300的侧壁近支承轴901位置设有轴承座703，支承轴901转动连接至轴承座703上。
34.支承盘902设有供支承轴901穿设通过的中心孔904、设于支承盘902上且位于中心孔904外圈的三个轴位903，三个轴位903均处于同一圆周路径上，支承轴901位于支承盘902的其中一侧设有与中心孔904同轴的第五齿轮905，三个轴位903处设有与第五齿轮905啮合的第六齿轮906、第七齿轮907、第八齿轮908，第六齿轮906、第七齿轮907、第八齿轮908的外侧设有与三者啮合的第二内齿圈909，第一齿轮801联动，转轴701与支承轴901设有联动齿套910，支承轴901转动并且带动第六齿轮906、第七齿轮907、第八齿轮908沿第一内齿圈802自转。由于桥面401的宽度较大，机械辊组件303是沿着桥面401宽度方向设置的，内部的转轴701较长时，容易造成转轴701的轴体微量晃动，轴荷转移过大，传递扭矩使得传递不平稳，影响使用寿命，且容易产生噪音。转轴701通过支承组件900的支承，并且转轴701与支承轴901可通过联动齿套910分别与两个端部齿接，降低了转动扭矩，增加运转的稳定性。
35.如图4和图5所示，联动组件500包括设于各个支承轴901上的第一链轮501、设于桥墩101上的一个第二链轮502和连接各个第一链轮501和第二链轮502的链条503。长距离的联动，以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力，能缓冲吸震,可起到过载保护。而且需要的张紧力小，作用于轴的压力也小,可减少轴承的摩擦损失。
36.驱动装置600包括二级变速器610和联动二级变速器610运转的动力源620，二级变速器610设于支承柱103上，内部为二级减速齿轮组，具有输入端611和输出端612，二级变速器610的输入端611设有连接器613，输出端612与第二链轮502联动。动力源620至少一部分与连接器613相接，连接器613为卷收器，固定在输入端611上，输入端611具体的为输入轴，卷收器上具有钢索，收卷在输入轴上，动力源620为电机，驱动变速器的输入端611正转或反转，从而带动机械辊组件303正转工作或反转工作。
37.动力源620与二级变速器610之间还设有平衡组件630，平衡组件630包括设于支承柱103上的定滑轮631、设于滑轮上的第一钢索632，第一钢索632一端设有第一平衡块633，另一端设有第二平衡块634，二级变速器610的输入端611的连接器613为卷收器，且设有两个，两个卷收器的第二钢索635绕卷方向不同，其中一个连接至定滑轮631一侧的第一平衡块633上，另一个连接至第二平衡块634上，动力源620与电源接通，动力源620的输出端612自带蜗轮蜗杆减速器并且蜗轮蜗杆减速器的输出端612作用至定滑轮631上。当电机正向旋转时，联动定滑轮631旋转，并控制第一平衡块633下降，第二平衡块634上升，输入轴连接至第一平衡块633上的卷收器收卷的第二钢索635被拉出，拉出的过程中，带动输入轴自转，从而带动二级变速器610工作，由二级变速器610的输出轴将动力传递至链轮链条503传动组件上。此过程中，连接至第二平衡块634上的卷收器是反向的，处于收回状态。当电机反向旋
转时，第一平衡块633上升，第二平衡块634下降，此时，连接至第二平衡块634上的卷收器拉出，传递动力，连接至第一平衡块633上的卷收器收回。反复循环工作。
38.此处，二级变速器610的输入端611的连接器613还可以是齿轮（图中未示出），在接近齿轮一侧的第一平衡块633上增加齿条（图中未示出），与齿轮啮合，同样能够带动二级变速器610工作。第一平衡块633升降时，留足齿条的升降空间。
39.第二种优选实施方式的不同之处在于。
40.一种古桥桥面的防滑施工改造方法，包括以下步骤：步骤一，在古桥的桥墩101外侧增加支承柱103，支承柱103的底部增加锚桩105；步骤二，古桥的原基础109上增加上述第一种实施方式的下层结构201和上层结构202；步骤三，在支承柱103上设置二级变速器610和、平衡组件630、动力源620；步骤四，在支承柱103上侧设置索塔106，在桥梁102上设置若干锚固节点107，锚固节点107和索塔106之间连接斜拉索108。
41.上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。