一种用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固装置

技术领域

本发明涉及桥梁加固技术领域，具体为一种用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固装置。

背景技术

独柱支承连续梁桥凭借其自身的很多优势，如占地面积小、有效节约城市用地，桥下视野开阔，对桥下交通影响小，下部工程量小、造价低，偏置独柱墩可以改善曲线弯桥的受力情况、增加桥梁整体稳定性等，成为过去高速公路互通匝道桥和城市高架、立交桥建设方案的不二选择。特别是独柱支承连续箱梁桥由于其诸多优点使其非常适合建造曲线桥梁，故在过去的高速互通匝道和城市立交桥建设中几乎都采用了这种桥型。但是，由于早期结构分析理论的不够完善，导致结构设计不尽合理，再加上近几年来重型车辆超载上路的情况时有发生，多种因素交织在一起造成近几年独柱墩梁桥上部结构整体倾覆事故频发。

目前对于独柱墩梁桥倾覆问题的解决普遍采用对其下部结构独柱墩进行加固改造的方式。独柱墩梁桥特别是独柱墩曲线梁桥的下部结构受力与直线桥相比要复杂得多，对于直线梁桥来讲，所承受的外荷载一般包括结构自重、车辆荷载、温度作用力、地震作用、支座不均匀沉降等，而独柱墩曲线梁桥除了承受这些外荷载之外，还要承受汽车离心力和预应力钢束产生的径向力。另外，由于弯梁上部结构的弯扭耦合作用，导致各墩的支座反力差异很大，这就要求设计者在确定桩基长度时要格外地注意。长期以来工程技术人员往往只注重独柱墩曲线梁桥上部结构的纵向分析，有关独柱墩曲线梁桥上部结构纵向分析的研究较多，计算理论也渐近成熟，而对于上部结构横桥向抗倾覆性能和下部结构的研究还不够深入。随着近几年独柱墩梁桥倾覆事故的不断发生，早些年投入使用的独柱墩梁桥必将引来维修加固期。

为了防止独柱墩桥梁倾覆事故再发生，近些年来有关部门加大了对独柱墩桥梁的检测和加固力度。现有的加固方法多为增设桥墩或在桥墩立柱上增设钢结构盖梁，上述加固方法也取得了一定的效果。但是也存在施工难度大、施工周期长、耗费高等局限性。

有鉴于此，本申请特提出一种新的用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固装置。

发明内容

基于本发明目的在于提供一种用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固装置，用于解决现有技术加固性能不好、施工难度大、周期长等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固装置，包括桥梁主梁和柱墩，所述柱墩设置设于桥梁主梁的底部并用于支撑桥梁主梁，还包括加固组件，所述加固组件用于对桥梁主梁进行加固，其具有三种构造不同的结构形式，按其结构分为：第一加固组件、第二加固组件及第三加固组件；

其中，所述第一加固组件包括钢抱箍、拉索和铰接座，所述钢抱箍箍设在柱墩上，且其之间填充混凝土，所述拉索设于钢抱箍两侧，且两端分别与锚固在钢抱箍及桥梁主梁上的铰接座相铰接，所述钢抱箍与桥梁主梁之间通过拉索形成整体结构；

所述第二加固组件包括拉索、铰接座和承台，所述承台设于柱墩底端，且其两侧对称设有竖直向上的拉索，所述拉索的两端分别与锚固在桥梁主梁及承台两边的铰接座相铰接，用于将桥梁主梁与承台进行连接。需要说明的是，此结构主要是针对具有承台的桥梁，以将桥梁主梁通过铰接座、拉索与承台连接，可不受地质条件影响，不对原墩柱产生附加力，以使其对桥梁本身的结构影响较小；

所述第三加固组件包括拉索、铰接座和扩大基础，所述扩大基础对称设于柱墩两侧的土层中，且在扩大基础的顶部与桥梁主梁之间设有拉索，所述拉索的两端通过铰接座分别与扩大基础和桥梁主梁之间相铰接。需要说明的是该结构主要是适用于无承台、墩柱承载能力不足的桥梁或地质条件较好的桥梁，将桥梁主梁通过铰接座、拉索和扩大基础锚固于地面，能在不对桥梁原本的墩柱产生附加力的前提下，对桥梁进行稳定加固。

需要说明的是，基于目前传统的独柱墩桥梁抗倾覆加固装置，多采用如下几种：增设盖梁、新增辅助支墩、以及增设抗拉拔装置等，但是这几种加固装置依然存在各种问题，如：a、采用增设盖梁的方案进行独柱墩桥梁加固的缺点主要是施工工艺复杂、成本高，盖梁自重及偏载作用产生的弯矩作用于原墩柱，对原墩柱会产生一定的附加影响。此外，新增盖梁支座局部位置需要调平，抵紧，同时涉及高空作业及吊装，且施工空间很小，施工难度较大，受主梁底板尺寸的影响较大。新增钢盖梁及混凝土盖梁的固定需要对既有墩柱进行植筋，对原结构有损伤。且将横向抗弯全部转移至墩柱承担，需要验算原墩柱承载能力。b、采用新增辅助支墩的方案进行独柱墩桥梁加固的缺点主要是工程规模交大，工期较长，受桥下净空及桥位处地质情况影响较大，适用性不强，同时需要新增承台及基础，耗费的时间及成本更高。c、增设抗拉拔装置对于既有桥梁，未改变结构支承体系，结构容错性较差，仅适用于抗倾覆稳定性差得不多的桥梁，适用范围有限，此外，存在支座高度不一致影响桥梁高程的问题，同时对于锚栓的施工较为困难。

因此基于以上缺点，本申请提出一种用于独柱墩桥梁抗倾覆加固的装置，其主要由拉索、铰接座形成加固组件，其中拉索为仅受拉构件，一端铰接座与梁体连接，一端交接做可视情况与墩柱、承台连接，也可直接锚固在地面；利用拉索的受拉性能，在主梁单支点位置左右两侧提供额外约束，有效改善上部结构受力状态，增加桥梁抗倾覆稳定性能；具体来说，就是在独柱墩桥梁主梁受到车辆偏载作用，上部结构失稳矩大于稳定矩时，可能发生倾覆失稳现象，而本方案通过增设拉索，当梁体具有扭转趋势时，拉索产生的拉力可向梁体提供额外的稳定矩以平衡失稳矩，提高了独柱墩桥梁的抗倾覆性能。

进一步地，各所述拉索均采用整体挤压钢绞线或钢丝绳制成，且在每个所述拉索的中部设有拉力调节器，通过所述拉力调节器可对拉索的拉紧力进行调节。以使拉索具有强大的抗拉极限承载能力以及静载、疲劳性能，能进一步地使桥梁横向扭转所产生的拉力通过其传递至钢抱箍、承台或扩大基础，从而有效防止桥梁发生倾覆，同时这里需要更进一步说明的是，在拉索对桥梁主梁进行拉紧稳定时，随着车辆的不断移动，其桥梁受到的偏载力也是时刻变化的，也就是说，随着车辆的移动，桥梁本身受到的载荷应力是处于一个动态的波动情况，因此为了确保拉索对桥梁的拉紧稳定效果，本方案还巧妙地在拉索上设置拉力调节器，因此通过拉力调节器可对拉索的拉紧力进行相应调节，使拉索对桥梁提供的拉紧力可随着桥梁载荷的变化而变化，以此大大拉索对独柱墩桥梁进行拉紧稳定效果。

具体地，所述拉力调节器包括外壳和张紧件，所述张紧件设于外壳的内部，且所述张紧件包括固定盘、液压缸、张紧辊和伸缩杆，所述固定盘设于外壳的内部中间，所述张紧辊设有至少三个、且等距分布于固定盘的外周面，所述液压缸与张紧辊一一对应、并分别位于各张紧辊与固定盘之间、且输出端与张紧辊转动配合，任两个相邻的张紧辊之间设有伸缩杆，且伸缩杆的两端均与张紧辊铰接。具体来说，就是当车辆在独柱墩桥梁的一侧进行移动时，其桥梁侧部受到偏载应力会随车辆的位置变化而发生波动，而此时拉力调节器即可介入并对拉索的拉力进行调节，使其提供的拉力始终与桥梁受到的载荷应力相匹配，进一步来说，就是通过液压缸的伸缩动作，推动张紧辊沿相互远离或靠近的方向移动，以期通过张紧辊的位置变化对拉索的紧绷状态进行改变，从而实现对拉索的拉力进行调节。

更进一步地，所述拉索穿过外壳并依次缠绕在张紧辊上。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：

1、本方案加固组件结构简单，其主要由拉索、铰接座组成，利用拉索的受拉性能，在主梁单支点位置左右两侧提供额外约束，有效改善独柱墩桥梁上部结构受力状态，增加了桥梁抗倾覆稳定性能，有效避免倾覆事故的发生，使其具有强大的抗拉极限承载能力以及静载、疲劳性能，且在施工时可对拉索施加预拉力，拉索体系在桥梁运营过程中对主梁始终产生向下的拉力，以抵消部分因梁体扭转而产生的拉力，使桥梁抗倾覆性能更可靠，从而有效防止桥梁发生倾覆；

2、本方案还在拉索上设置拉力调节器，因此通过拉力调节器可对拉索的拉紧力进行相应调节，使拉索对桥梁提供的拉紧力可随着桥梁载荷的变化而变化，以此大大拉索对独柱墩桥梁进行拉紧稳定效果；

3、本装置施工安全、便携，安装时主要涉及铰接座的安装及拉索的预张拉。高空作业、吊装的情况较少，且不涉及支座局部的调平、抵紧等精密操作，施工过程便捷，工艺要求相对较低，施工质量有保证，且结构简单、工程规模小，不涉及大规模的钢结构预制安装或混凝土的现场浇筑，所耗费的成本相对较低，所投入的工期成本低，时间短，适用范围广，易于推广。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图（第一加固组件）；

图2为本发明结构示意图（第二加固组件）；

图3为本发明结构示意图（第三加固自检）；

图4为本发明钢抱箍安装结构示意图；

图5为本发明拉力调节器内部结构示意图；

图6为本发明图5中张紧辊内部结构示意图；

图7为本发明图6中张紧辊A视向结构示意图；

图8为拉力调节器状态示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1、桥梁主梁；2、柱墩；30、第一加固组件；31、第二加固组件；32、第三加固组件；300、钢抱箍；310、承台；320、扩大基础；33、拉索；34、铰接座；4、拉力调节器；40、外壳；41、张紧器；410、固定盘；411、液压缸；412、张紧辊；413、伸缩杆；4120、绕线槽；4121、空腔；4122、通槽；4123、顶块；4124、滑杆；4125、滑套；4126、连杆；4127、气缸。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1-4所示，本实施例提供一种用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固装置，包括桥梁主梁1和柱墩2，柱墩2设置设于桥梁主梁1的底部并用于支撑桥梁主梁1，还包括加固组件，加固组件用于对独柱墩桥梁的桥梁主梁1进行加固，其针对不同类型的独柱墩桥梁，具有三种构造不同的结构形式，按其结构可分为：第一加固组件30、第二加固组件31及第三加固组件32。

其中，第一加固组件30包括钢抱箍300、拉索33和铰接座34，钢抱箍300箍设在柱墩2上，且其之间填充混凝土，拉索33对称设于钢抱箍300两侧，且两端分别与锚固在钢抱箍300及桥梁主梁1上的铰接座34相铰接，钢抱箍300与桥梁主梁1之间通过拉索33形成整体结构；第一加固组件30适用于墩柱承载力满足的桥梁，其适用性强，对桥下环境影响小，施工便捷。

而第二加固组件31包括拉索33、铰接座34和承台310，承台310设于柱墩2底端，且其两侧对称设有竖直向上的拉索33，拉索33的两端分别与锚固在桥梁主梁1及承台310两边的铰接座34相铰接，用于将桥梁主梁1与承台310进行连接；需要说明的是，第二加固组件31适用于适用于有承台310的桥梁，其主梁通过铰接座34、拉索33与承台310连接，不受地质条件影响，不会对远墩柱产生附加力，对桥梁本身的结构影响较小。

至于第三加固组件32，其包括拉索33、铰接座34和扩大基础320，扩大基础320对称设于柱墩2两侧的土层中，且在扩大基础320的顶部与桥梁主梁1之间设有拉索33，拉索33的两端通过铰接座34分别与扩大基础320和桥梁主梁1之间相铰接，需要说明的是，第三加固组件32主要用于无承台310、墩柱承载能力不足的桥梁或地质条件较好的桥梁，其将桥梁主梁1通过铰接座34、拉索33和扩大基础320锚固于地面，能在不对桥梁原本的墩柱产生附加力的前提下，对桥梁进行稳定加固。

基于上述实施例提出的一种用于独柱墩桥梁抗倾覆加固的装置，其主要由拉索33、铰接座34形成加固组件，其中拉索33为仅受拉构件，一端铰接座34与梁体连接，一端交接做可视情况与墩柱、承台310连接，也可直接锚固在地面；利用拉索33的受拉性能，在主梁单支点位置左右两侧提供额外约束，能有效改善上部结构受力状态，增加桥梁抗倾覆稳定性能；具体来说，就是在独柱墩2桥梁主梁1受到车辆偏载作用（也就是桥梁主梁1的左侧或右侧单独受到汽车压力重载），造成其上部结构失稳矩大于稳定矩时，桥梁主梁1存在扭转趋势并产生倾覆失稳现象时，拉索33可对桥梁主梁1产生拉力，并使拉力向梁体提供额外的稳定矩以平衡失稳矩，进而提高独柱墩2桥梁的抗倾覆性能。同时由于拉索33采用整体挤压钢绞线或钢丝绳拉索33制成，并对钢绞线或钢丝绳整束隔离式挤压夹持，因此其各受力单元相互隔离，整体挤压，单根钢绞线（钢丝绳）分开锚固，其静载、疲劳性能可靠，使拉索33体系具有强大的抗拉极限承载能力以及静载、疲劳性能，能使桥梁横向扭转所产生的拉力可靠传递至钢抱箍300、承台310或扩大基础320上，从而有效防止桥梁发生倾覆。

但是当桥梁在受到车辆偏载时，由于车辆是不断运动的，当车辆在梁体上通过，梁体结构会有巨大的动力响应，与静力作用下的梁变形比较，（车辆）移动荷载作用下，梁体的位移响应要大很多，因此随着车辆移动，桥梁本身受到的偏载荷应力是处于一个动态的波动情况，而由于拉索33在对桥梁进行进行拉力约束时，其提供的拉力多是恒定的，因此其对桥梁提供的拉力在某些时候与桥梁受到偏载应力是不平衡的，因此就会对桥梁本身的受力平衡造成破坏，使桥梁存在失稳趋势，因此本方案为了进一步确保拉索33对桥梁的拉紧稳定效果，本方案在每个拉索33的中部均设有拉力调节器4（如图1-3和图5所示），通过所述拉力调节器4可对拉索33的拉紧力进行调节。具体来说，就是拉力调节器4包括外壳40和张紧件，所述张紧件设于外壳40的内部，且所述张紧件包括固定盘410、液压缸411、张紧辊412和伸缩杆413，所述固定盘410设于外壳40的内部中间，所述张紧辊412设有至少三个、且等距分布于固定盘410的外周面，所述液压缸411与张紧辊412一一对应、并分别位于各张紧辊412与固定盘410之间、且输出端与张紧辊412转动配合，任两个相邻的张紧辊412之间设有伸缩杆413，且伸缩杆413的两端均与张紧辊412铰接。

因此通过拉力调节器4可对拉索33的拉紧力进行相应调节，使拉索33对桥梁提供的拉紧力可随着桥梁载荷的变化而变化，以此大大拉索33对独柱墩2桥梁进行拉紧稳定效果，具体来说，就是通过液压缸411的伸缩动作，推动张紧辊412沿相互远离或靠近的方向移动，以期通过张紧辊412的位置变化对拉索33的紧绷状态进行改变，从而实现对拉索33的拉力进行调节。

基于上述实施例，又一优选方式在于，由于在通过拉力调节器4对拉索33的拉紧力进行调节时，其主要是通过张紧辊412的位置变化来促使拉索33的绷紧状态发生改变，进而调节拉索33的拉紧力度，而该种调节方式，在实际操作时，存在调节精度不足（也即是拉力调节时，其具体调节力度不好掌握，调节时易造成拉力调节过渡而对桥梁的本身平衡造成破坏），从而影响整个桥梁的平衡，因此为提升拉力调节器4的调节精度，并为保证桥梁整体的平稳性，在本方案中，如图5-8所示，每个拉索33均是穿过外壳40并依次缠绕在张紧辊412上，且张紧辊412外周面绕其一圈开设有与拉索33相适配的绕线槽4120，而在张紧辊412的内部沿其轴向方向开设有空腔4121，空腔4121的四周等距分布有与绕线槽4120相连通的通槽4122，且每个通槽4122的内部均设有与其相适配的顶块4123，同时在空腔4121的内部中间还设有与其同轴的滑杆4124，在滑杆4124的两端还套设有与其滑动配合的滑套4125，且各顶块4123与两个滑套4125之间均设有连杆4126，而连杆4126的两端分别与滑套4125和顶块4123相铰接，同时两个滑套4125与空腔4121的两端之间均设有用于推动滑套4125在滑杆4124上相对滑动的气缸4127。以此在拉力调节器4对拉索33的拉紧力进行调节时，当通过张紧辊412的位置变化不能精确的将拉索的拉力调节至与桥梁主梁受到的偏载力相等时（也即是此时拉索的拉紧力稍弱于桥梁偏载力，而如若再通过张紧辊调节拉索拉力，则会使拉索的拉紧力稍大于桥梁偏载力），此时即可通过顶块4123对缠绕在张紧辊412外周面的拉索33绷紧状态进行精细调节，以实现提升拉力调节器4的调节精确度；具体来说，就是使位于张紧辊412内部空腔4121的气缸4127开始工作，使其推动滑套4125沿滑杆4124外表面相向滑动，以使滑套4125滑动后通过连杆4126推动顶块4123从通槽4122中滑出，进而使顶块4123滑出后对拉索33进行顶起（也即是相当于对张紧辊412的外周面尺寸进行调节增大），从而通过顶块4123对拉索33顶起后，对拉索33的拉紧力度进行再次精细调节，以使拉索的拉紧力能与桥梁主梁的偏载力相适配。

综上，为便于技术人员理解本方案的有益效果，本方案在此对关键技术点进行进一步说明：

首先，本方案采用整体挤压技术的钢绞线或钢丝绳形成拉索体系，使其锚固性能更为可靠，且具有强大的抗拉极限承载能力以及静载、疲劳性能，进一步地使桥梁横向扭转所产生的拉力可靠传递至钢抱箍、承台或扩大基础，从而有效防止桥梁发生倾覆；

其次，在钢抱箍与原墩柱之间采用混凝土填充，依靠混凝土与植筋之间的咬合作用固定钢抱箍，此种方法能够有效减小对桥梁原墩柱的损伤；

最后，本装置在施工时可对拉索施加预拉力，拉索体系在桥梁运营过程中对主梁始终产生向下的拉力，以抵消部分因梁体扭转而产生的拉力，使桥梁抗倾覆性能更可靠。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。