空心板梁桥铰缝维修加固结构及施工方法

技术领域

本发明涉及板梁桥铰缝维修加固技术领域，特别涉及空心板梁桥铰缝维修加固结构及施工方法。

背景技术

空心板梁桥整体由横向布置若干片空心板梁构成，板梁之间通过铰缝连接形成整体，并共同承受荷载。铰缝的存在对保证桥梁整体受力作用显著，但同时由于施工质量、超载等原因，铰缝也是空心板梁桥运营期病害多发区域，一旦破坏导致单梁受力状态，可能造成板梁结构的严重损伤甚至断裂。

现有的铰缝维修方法一般采用原位破除重做的方式，主要为开槽重做的方式，实施后无法根本提高铰缝自身强度及横向联系强度，存在常修常坏的问题，且一旦铰缝破坏维修不及时造成板梁单梁受力状态，可能引发桥梁结构严重破坏甚至主梁断裂的严重事件。

上述缺陷导致采用现有技术维修后的加固结构使用寿命短，不能够显著提高横向联系作用，仍然容易发生再次破坏。

因此，在对空心板梁桥铰缝维修中，如何减小板梁损伤，并使施工更便捷快速，对环境影响更小成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供空心板梁桥铰缝维修加固结构及施工方法，实现的目的是在对空心板梁桥铰缝维修中，减小板梁损伤，并使施工更便捷快速，对环境影响更小。

为实现上述目的，本发明公开了空心板梁桥铰缝维修加固结构，设置在两个侧面相接的空心板梁之间。

其中，每一所述空心板梁的横截面的外形均呈“凸”字形，靠近上面的上部的宽度均小于其余部分的宽度；

每一所述空心板梁的所述上部的侧面与相应的所述其余部分的侧面之间均通过一个倾斜面过渡；

两相邻的所述空心板梁位于所述其余部分，并相向的两个侧面贴靠相接；

两相邻的所述空心板梁位于两个所述上部，并相向的两个侧面，与两个相应的所述倾斜面围成接缝槽；

所述接缝槽沿相应的所述空心板梁的长度方向延伸；

每一所述空心板梁的上面均设有混凝土铺装；

所述混凝土铺装内设有铺装层钢筋；

两相邻的所述空心板梁的两个所述混凝土铺装的所述铺装层钢筋为一整体，在所述接缝槽的上方横跨所述接缝槽；

所述接缝槽内、两相邻的所述空心板梁的所述混凝土铺装之间，以及两个所述混凝土铺装的上面均填充超高性能混凝土UHPC，在两相邻的所述空心板梁的上方形成一个与每一所述空心板梁的上面均平行的加固平面；

所述加固平面上铺设有一层耐磨层。

优选的，所述耐磨层为沥青耐磨层。

优选的，所述混凝土铺装的厚度为10厘米；所述加固平面距离所述混凝土铺装的上面5厘米；所述耐磨层的厚度为3厘米。

本发明还提供空心板梁桥铰缝维修加固结构的施工方法，两根空心板梁之间的原始铰缝结构为：接缝槽内，以及两个所述空心板梁的上面浇筑混凝土形成包括铺装层钢筋的一体式的混凝土铺装，且一体式的所述混凝土铺装上设有耐磨层，包括如下步骤：

步骤1、铣刨去除所述耐磨层；

步骤2、采用高压水射流方式在接缝槽位置破除一体式的所述混凝土铺装，将一体式的所述混凝土铺装分割成两块分别位于每一所述空心板梁的上面的所述混凝土铺装，保留所述混凝土铺装内的所述铺装层钢筋；

步骤3、在所述接缝槽的底部设置泡沫条做底模，在所述接缝槽内浇筑超高性能混凝土UHPC，浇筑至每一所述混凝土铺装上方5cm位置形成加固平面；

步骤4、在所述加固平面上采用沥青材料铺设所述耐磨层。

本发明的有益效果：

本发明采用高压水射流仅在铰缝上小范围开槽，并保留了原混凝土铺装层钢筋，相比于传统凿出重做的方式对板梁本身损伤小，施工更便捷快速，环境影响小。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例完成施工后的结构示意图。

图2示出本发明一实施例中原始的一体式的混凝土铺装的结构示意图。

图3示出本发明一实施例中铣刨去除耐磨层的结构示意图。

图4示出本发明一实施例中破除一体式的混凝土铺装的结构示意图。

图5示出本发明一实施例中浇筑超高性能混凝土UHPC形成加固平面的结构示意图。

图6示出本发明一实施例有限元程序ANSYS建立空间实体有限元模型。

图7示出现有技术进行维修后的结构示意图。

图8示出本发明一实施例的加载破坏荷载-位移曲线图。

具体实施方式

实施例

如图1至图6所示，空心板梁桥铰缝维修加固结构，设置在两个侧面相接的空心板梁1之间。

其中，每一空心板梁1的横截面的外形均呈“凸”字形，靠近上面的上部的宽度均小于其余部分的宽度；

每一空心板梁1的上部的侧面与相应的其余部分的侧面之间均通过一个倾斜面过渡；

两相邻的空心板梁1位于其余部分，并相向的两个侧面贴靠相接；

两相邻的空心板梁1位于两个上部，并相向的两个侧面，与两个相应的倾斜面围成接缝槽2；

接缝槽2沿相应的空心板梁1的长度方向延伸；

每一空心板梁1的上面均设有混凝土铺装3；

混凝土铺装3内设有铺装层钢筋4；

两相邻的空心板梁1的两个混凝土铺装3的铺装层钢筋4为一整体，在接缝槽2的上方横跨接缝槽2；

接缝槽2内、两相邻的空心板梁1的混凝土铺装3之间，以及两个混凝土铺装3的上面均填充超高性能混凝土UHPC5，在两相邻的空心板梁1的上方形成一个与每一空心板梁1的上面均平行的加固平面；

加固平面上铺设有一层耐磨层6。

本发明通过高压水射流破除一体式的混凝土铺装3，保留铺装层钢筋4，再整体浇筑超高性能混凝土UHPC5；在超高性能混凝土UHPC5硬化后，空心板梁1之间横向联系并共同受力，相比于传统开槽重做维修方法，本发明的强度更高，空心板梁1间协同受力效果更好，施工快速、质量容易保证。

在某些实施例中，耐磨层6为沥青耐磨层。

在某些实施例中，混凝土铺装3的厚度为10厘米；加固平面距离混凝土铺装3的上面5厘米；耐磨层6的厚度为3厘米。

本发明还提供空心板梁桥铰缝维修加固结构的施工方法，两根空心板梁1之间的原始铰缝结构为：接缝槽2内，以及两个空心板梁1的上面浇筑混凝土形成包括铺装层钢筋4的一体式的混凝土铺装3，且一体式的混凝土铺装3上设有耐磨层6，包括如下步骤：

步骤1、铣刨去除耐磨层6；

步骤2、采用高压水射流方式在接缝槽2位置破除一体式的混凝土铺装3，将一体式的混凝土铺装3分割成两块分别位于每一空心板梁1的上面的混凝土铺装3，保留混凝土铺装3内的铺装层钢筋4；

步骤3、在接缝槽2的底部设置泡沫条做底模，在接缝槽2内浇筑超高性能混凝土UHPC5，浇筑至每一混凝土铺装3上方5cm位置形成加固平面；

步骤4、在加固平面上采用沥青材料铺设耐磨层6。

如图6至图8所示，对本发明所采用的加固维修方式和现有技术，分别采用有限元法和试验方法分别验证其可靠性。

突入6所示，采用通用有限元程序ANSYS建立空间实体有限元模型，对UHPC桥面系修复方案进行空间分析，研究UHPC层横向受力情况及传力能力。按公路一级车道荷载对模型进行加载。

发明所采用的加固维修方式进行加固后在荷载作用下板梁间协同受力作用效果提升显著，并能有效提升空心板梁的承载力极限状态的抗弯承载力，满足规范对抗弯承载力的要求，并有一定的安全余量(26％～42％)。

采用荷载试验方法进一步验证加固后的受力特性，模型试件设计如下图所示，试件支座为简支支座，采用螺杆进行位移控制加载。通过分配梁进行两点加载，加载点与相邻支座的力臂为100mm。位移计放置于试件跨中顶部。

如图7和图8，试件在位移达到7mm时，对应荷载为92kN，此时铰缝开裂。随后裂缝沿着铰缝与主梁的交界面上升交界面向上延展。当位移达到13mm时，对应荷载为405KN，此时加固层在受剪区域产生裂缝。根据《公路桥涵设计规范JTG D60-2015》4.1.6节，正常使用极限情况下，汽车荷载的分项系数为0.7，永久荷载系数为1.0。试件皆满足规范按正常使用极限状态效应组合下的抗弯、抗剪承载力要求。采用所提出加固方式加固后，开裂荷载增幅约24％，说明提出的加固方法具有较好的加固效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。