專利名稱：橋墩鋼制抱柱梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抱柱梁，尤其是一種橋墩雙向預(yù)應(yīng)力鋼制抱柱梁，屬于土木工程 橋梁改造工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅猛發(fā)展，交通工具的運(yùn)營(yíng)能力也日益提高，其運(yùn)營(yíng)高 度也相應(yīng)增加，這使得目前相當(dāng)一部分跨線橋梁的凈高無(wú)法滿足橋下線路正常運(yùn)營(yíng)的需 要。因此，為確保跨線橋梁的安全以及橋下線路的運(yùn)營(yíng)功能，必須提高該部分橋梁的橋下凈 高，橋梁整體同步頂升技術(shù)就是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生的新型施工技術(shù)。抱柱梁是指圍繞在原柱周圍、通過(guò)界面連接力與原柱固結(jié)的梁系，是一種橋梁整 體頂升改造中常用的反力系統(tǒng)。所謂頂升反力系統(tǒng)，是指支承并傳遞頂升力，推動(dòng)橋跨上部 結(jié)構(gòu)整體抬高的結(jié)構(gòu)，是橋梁整體頂升施工的核心結(jié)構(gòu)。因此，頂升反力系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾 個(gè)特點(diǎn)(1)具有足夠的強(qiáng)度，以承受并傳遞巨大的頂升反力；(2)具有足夠的剛度，避免其變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響；(3)盡量保持原橋整體性，以減少對(duì)其各個(gè)構(gòu)件的影響。抱柱梁結(jié)構(gòu)不僅滿足上述要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置靈活，對(duì)于大部分不具備上述 功能結(jié)構(gòu)的橋梁而言，抱柱梁結(jié)構(gòu)是其頂升反力系統(tǒng)的首選。因此，目前抱柱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用十 分廣泛。值得指出的是，抱柱梁結(jié)構(gòu)是依靠梁柱界面的連接力以承受頂升作用反力。大量 試驗(yàn)及工程實(shí)踐表明，梁柱的界面連接力與其接觸面積成正比。當(dāng)界面周長(zhǎng)較小時(shí)，只能通 過(guò)增大抱柱梁結(jié)構(gòu)高度以確保其界面連接承載力。這使得橋梁需要具備足夠的空間以滿足 抱柱梁布置的需要。橋梁整體同步頂升技術(shù)作為一門新興的施工技術(shù)，還有很多方面需要改進(jìn)和提 高，抱柱梁結(jié)構(gòu)也不例外。目前普遍采用的混凝土抱柱梁的具體做法為①鑿除橋墩抱住梁 設(shè)置區(qū)域的混凝土保護(hù)層；②植筋并綁扎抱住梁鋼筋；③支模并澆注混凝土 ；④混凝土養(yǎng) 護(hù)。該抱柱梁形式具有以下幾點(diǎn)不足(1)制作工序多，施工周期長(zhǎng)混凝土抱柱梁的制作需要經(jīng)歷“原橋墩鑿毛-鋼筋綁扎-支模-混凝土澆注-混 凝土養(yǎng)護(hù)-拆除”等一系列施工步驟，施工工序繁多，不便于快速施工。此外混凝土需要相 當(dāng)一段時(shí)間方能達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度，延長(zhǎng)了施工時(shí)間；(2)拆除難度大，環(huán)境影響差當(dāng)橋梁完成頂升改造后，考慮到景觀效應(yīng)，必須將抱柱梁拆除。然而混凝土抱柱梁 存在混凝土標(biāo)號(hào)較高，強(qiáng)度大，拆除作業(yè)空間有限，施工過(guò)程中易對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)造成影響等 困難，故拆除工作難度較大。此外，混凝土抱住梁在拆除過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生不可回收的 建筑垃圾以及噪音，對(duì)周邊的環(huán)境不友好。
(3)新老混凝土界面摩擦力低混凝土抱住梁通過(guò)與原橋墩之間的新、舊混凝土摩擦抵抗施工階段的頂升作用 力。華南理工大學(xué)通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得出這種摩擦力與接觸面積、摩擦系數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系V = O. 24fcdA其中，V為界面受剪承載力；f。d為新舊混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的較低者；A為 界面面積。由此可見(jiàn)，混凝土抱柱梁結(jié)構(gòu)單位面積的界面摩擦力小，往往只能采用增大接觸 面積以獲取理想的頂升反力，這使得混凝土抱柱梁結(jié)構(gòu)顯得相當(dāng)笨重；而對(duì)于部分周長(zhǎng) 面積比較小的橋墩，抱柱梁的高度很大，致使橋下無(wú)法提供足夠的空間以容納抱柱梁結(jié)構(gòu)。 這都將降低抱柱梁結(jié)構(gòu)的適用范圍。綜上所述，目前還沒(méi)有提出一種承載力大、墩柱連接可靠且安裝拆除方便的抱住 梁結(jié)構(gòu)。因此，研制一種高效且便于施工的抱住梁結(jié)構(gòu)正是目前的當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種橋墩鋼制抱柱梁，其針對(duì)目前混凝土抱柱 梁施工費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)材料、界面連接力低等不足，而提出的鋼結(jié)構(gòu)抱柱梁體系，能夠有效地 克服混凝土結(jié)構(gòu)的不足，極大地提高抱住梁結(jié)構(gòu)的使用效率和適用范圍，因此，本發(fā)明在頂 升反力系統(tǒng)中，頗具優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案一種橋墩鋼制抱柱梁，包括中心抱住梁結(jié)構(gòu)以及分布在中心抱柱梁結(jié)構(gòu)外圍的四 個(gè)千斤頂托架結(jié)構(gòu)，其中所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)以上的基本單元拼接而成，該基本 單元包括中心鋼箍、剪力鍵、中心抱柱梁加勁肋、中心抱柱梁頂板、中心抱柱梁底板、中心抱 柱梁連接板以及拼接板，所述中心鋼箍?jī)?nèi)壁面布置環(huán)狀剪力鍵，所述中心鋼箍的兩端面分 別與中心抱柱梁頂板和中心抱柱梁底板焊接連接，所述中心鋼箍的外圍分別在橫向和縱向 分布有中心抱柱梁連接板，所述中心抱柱梁連接板的三個(gè)端面分別與中心鋼箍、中心抱柱 梁頂板和中心抱柱梁底板焊接連接，且該中心抱柱梁連接板余下端面附近的板體上開(kāi)設(shè)螺 紋孔，同時(shí)兩相鄰的中心抱柱梁連接板之間通過(guò)中心抱柱梁加勁肋連接，另外，所述拼接板 的三側(cè)邊分別與中心鋼箍、中心抱柱梁頂板和中心抱柱梁底板焊接連接，而拼接板余下側(cè) 邊附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，兩相鄰的基本單元通過(guò)拼接板之間相對(duì)應(yīng)的螺紋孔安裝螺紋 緊固件連接成一體；所述千斤頂托架結(jié)構(gòu)，包括箱梁頂板、箱梁底板、箱梁內(nèi)腹板、箱梁外腹 板以及箱梁連接板，所述箱梁連接板的三個(gè)端面分別與箱梁頂板、箱梁底板以及箱梁外腹 板焊接連接，而箱梁連接板余下端面附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，且該箱梁連接板余下端面 穿過(guò)箱梁內(nèi)腹板放置，同時(shí)箱梁連接板與箱梁內(nèi)腹板之間焊接連接；所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu) 與每一個(gè)千斤頂托架結(jié)構(gòu)皆分別通過(guò)中心抱柱梁連接板和箱梁連接板上相對(duì)應(yīng)的螺紋孔 安裝螺紋緊固件連接成一體。所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)包括四個(gè)基本單元，且該四個(gè)基本單元關(guān)于中心抱柱梁結(jié)構(gòu) 的對(duì)稱軸對(duì)稱。所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)和平行相對(duì)的一組千斤頂托架結(jié)構(gòu)之間分別對(duì)應(yīng)地開(kāi)設(shè)有 貫穿的預(yù)應(yīng)力孔道，所述預(yù)應(yīng)力孔道包括橫橋向預(yù)應(yīng)力孔道與縱橋向預(yù)應(yīng)力孔道，且橫橋 向預(yù)應(yīng)力孔道與縱橋向預(yù)應(yīng)力孔道異面垂直，所述預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)安裝有預(yù)應(yīng)力筋，該預(yù)應(yīng)力筋錨固于外腹板內(nèi)，且預(yù)應(yīng)力筋錨固位置設(shè)置有預(yù)應(yīng)力加勁肋。所述外腹板的兩側(cè)分別對(duì)稱地安裝有一組預(yù)應(yīng)力筋。所述基本單元之間通過(guò)拼接螺栓拼接成一體，而中心抱柱梁結(jié)構(gòu)和千斤頂托架結(jié) 構(gòu)之間則通過(guò)連接螺栓連接。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果(1)安裝、拆除方便安裝時(shí)只要依據(jù)橋墩凹槽的位置，將鋼結(jié)構(gòu)抱柱梁各單元直接支承在橋墩上便 可，施工便捷。此外抱柱梁各個(gè)單元之間采用螺栓連接，有利于施工前后的安裝與拆除；(2)施工工期短本發(fā)明所述橋墩雙向預(yù)應(yīng)力鋼制抱柱梁采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工方法。相 比于混凝土抱柱梁結(jié)構(gòu)，預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)很大程度上縮短了施工工期，也減少了橋梁因頂升 改造而中斷的交通時(shí)間，具有良好的社會(huì)效應(yīng)；(3)墩梁接觸界面連接力大本發(fā)明所述鋼制抱柱梁采用“剪力鍵”作為墩梁連接界面，是一種對(duì)橋墩進(jìn)行“切 槽”式的鑿毛處理后，將本發(fā)明所述鋼制抱柱梁通過(guò)剪力鍵直接擱置于原橋墩上的連接界 面形式。墩梁之間通過(guò)剪力鍵咬合的形式連接，通過(guò)結(jié)構(gòu)自身的抗剪強(qiáng)度以提供巨大的頂 升反力；(4)連接可靠度高，施工安全性強(qiáng)為了抵消頂升操作在本發(fā)明所述鋼制抱柱梁中引起的拉應(yīng)力，保證橋墩與本發(fā)明 所述鋼制抱柱梁接觸界面始終處于環(huán)向承壓狀態(tài)，本發(fā)明所述鋼制抱柱梁中布置雙向預(yù)應(yīng) 力筋，極大地提高了連接可靠度，增強(qiáng)了施工安全性。(5)適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)效益高與混凝土結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明所述鋼制抱柱梁具有良好的強(qiáng)度-密度比，因此本發(fā) 明所述鋼制抱柱梁具有較小的結(jié)構(gòu)高度以及自重。這不僅使其可以用于橋墩周長(zhǎng)-面積比 較小的橋梁，而且在橋下空間狹小的區(qū)域也可以完成頂升改造，大大擴(kuò)大了抱柱梁結(jié)構(gòu)的 適用范圍。此外，本發(fā)明所述鋼制抱柱梁可進(jìn)行重復(fù)利用，再加上施工工期短，所需勞動(dòng)力 少，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。


圖1是本發(fā)明所述鋼制抱柱梁的平面示意圖；圖2a是本發(fā)明所述基本單元中，千斤頂托架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b是本發(fā)明所述基本單元中，中心抱柱梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a是本發(fā)明所述基本單元中，中心抱柱梁結(jié)構(gòu)的制作流程圖，其中，各構(gòu)件的 焊接順序由①、②、③、④編號(hào)確定；圖3b是本發(fā)明所述基本單元中，千斤頂托架結(jié)構(gòu)的制作流程圖，其中，各構(gòu)件的 焊接順序由①、②確定；圖4是本發(fā)明所述中心抱柱梁連接板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明所述鋼制抱柱梁的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明所示鋼制抱柱梁的立體結(jié)構(gòu)分解示意其中，中心鋼箍1剪力鍵2中心抱柱梁加勁肋3橫向加勁肋31傾斜加勁肋32 縱向加勁肋33中心抱柱梁底板4中心抱柱梁連接板5連接螺栓6拼接板7拼接螺栓8 預(yù)應(yīng)力孔道9箱梁連接板10箱梁底板11箱梁內(nèi)腹板12預(yù)應(yīng)力加勁肋13箱梁外腹板 14預(yù)應(yīng)力筋15縱橋向預(yù)應(yīng)力筋151橫橋向預(yù)應(yīng)力筋152。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開(kāi)了本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖詳 細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1、圖2a、圖2b、圖5以及圖6所示，本發(fā)明所述的橋墩鋼制抱柱梁，包括中心 抱住梁結(jié)構(gòu)和以及分布在中心抱柱梁結(jié)構(gòu)外圍的四個(gè)千斤頂托架結(jié)構(gòu)，其中所述中心抱 柱梁結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)以上的基本單元通過(guò)拼接螺栓8而拼接成一體，附圖中所示的中心抱柱 梁結(jié)構(gòu)包括四個(gè)基本單元，且該四個(gè)基本單元關(guān)于中心抱柱梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸對(duì)稱，該基本 單元包括中心鋼箍1、剪力鍵2、中心抱柱梁加勁肋3、中心抱柱梁頂板、中心抱柱梁底板4、 中心抱柱梁連接板5以及拼接板7，所述中心鋼箍1內(nèi)壁面布置環(huán)狀剪力鍵2，所述中心鋼 箍1的兩端面分別與中心抱柱梁頂板和中心抱柱梁底板4焊接連接，所述中心鋼箍1的外 圍分別在橫向和縱向分布有中心抱柱梁連接板5，所述中心抱柱梁連接板5的三個(gè)端面分 別與中心鋼箍1、中心抱柱梁頂板和中心抱柱梁底板4焊接連接，且該中心抱柱梁連接板5 余下端面附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，同時(shí)兩相鄰的中心抱柱梁連接板5之間通過(guò)中心抱柱 梁加勁肋3連接，另外，所述拼接板7的三側(cè)邊分別與中心鋼箍1、中心抱柱梁頂板和中心 抱柱梁底板4焊接連接，而拼接板7余下側(cè)邊附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，兩相鄰的基本單元 通過(guò)拼接板7之間相對(duì)應(yīng)的螺紋孔安裝螺紋緊固件連接成一體；所述千斤頂托架結(jié)構(gòu)，包 括箱梁頂板、箱梁底板11、箱梁內(nèi)腹板12、箱梁外腹板14以及箱梁連接板10，所述箱梁連接 板10的三個(gè)端面分別與箱梁頂板、箱梁底板11以及箱梁外腹板14焊接連接，而箱梁連接 板10余下端面附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，且該箱梁連接板10余下端面穿過(guò)箱梁內(nèi)腹板12 放置，同時(shí)箱梁連接板10與箱梁內(nèi)腹板12之間焊接連接；所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)與每一個(gè)千 斤頂托架結(jié)構(gòu)皆分別通過(guò)中心抱柱梁連接板5和箱梁連接板10上相對(duì)應(yīng)的螺紋孔安裝螺 紋緊固件連接成一體。所述基本單元之間通過(guò)拼接螺栓8拼接，而中心抱柱梁結(jié)構(gòu)和千斤 頂托架結(jié)構(gòu)之間則通過(guò)連接螺栓6連接。進(jìn)一步地，所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)和平行相對(duì)的一組千斤頂托架結(jié)構(gòu)之間分別對(duì)應(yīng) 地開(kāi)設(shè)有貫穿的預(yù)應(yīng)力孔道9，所述預(yù)應(yīng)力孔道9包括橫橋向預(yù)應(yīng)力孔道與縱橋向預(yù)應(yīng)力 孔道，且橫橋向預(yù)應(yīng)力孔道與縱橋向預(yù)應(yīng)力孔道異面垂直，所述預(yù)應(yīng)力孔道9內(nèi)安裝有預(yù) 應(yīng)力筋15，該預(yù)應(yīng)力筋15錨固于外腹板內(nèi)，同時(shí)，外腹板的兩側(cè)分別對(duì)稱地安裝有一組預(yù) 應(yīng)力筋15，且預(yù)應(yīng)力筋15錨固位置設(shè)置有預(yù)應(yīng)力加勁肋13。由此可知，本發(fā)明所述鋼制抱 柱梁為雙預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō)，本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案根據(jù)以下思路進(jìn)行(1)采用鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件，通過(guò)螺栓連接完成整體拼裝現(xiàn)有技術(shù)中，慣常采用的抱柱梁結(jié)構(gòu)一般為混凝土抱柱梁結(jié)構(gòu)，其不僅需要進(jìn)行 現(xiàn)場(chǎng)澆注，還要在頂升改造后予以拆除，施工繁瑣復(fù)雜，且拖延原橋因改造而中斷的交通時(shí) 間。因此，本發(fā)明采用鋼制抱柱梁，可在工廠完成基本構(gòu)件(如組成中心抱住梁結(jié)構(gòu)的各個(gè)基本單元以及千斤頂托架結(jié)構(gòu))的預(yù)制，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)螺栓連接將各個(gè)構(gòu)件拼裝 成整體。頂升施工完成后，再解除連接螺栓6即可完成抱柱梁的拆除。由于抱柱梁需要承受很大的頂升作用力，本發(fā)明所述鋼制抱柱梁采用截面慣性矩 和回轉(zhuǎn)半徑均很大的箱形截面；為避免結(jié)構(gòu)在千斤頂局部壓力作用下的鋼板屈曲，本發(fā)明 在千斤頂作用區(qū)域附近設(shè)置加勁肋。(2)剪力鍵2增加結(jié)構(gòu)抗剪承載力抱柱梁結(jié)構(gòu)的核心問(wèn)題在于其與原橋墩之間傳力的可靠度?，F(xiàn)有技術(shù)中慣用的 混凝土抱柱梁結(jié)構(gòu)，由于新、老混凝土界面抗剪強(qiáng)度較低，其只能“以量取勝”，即通過(guò)增大 接觸面積以獲取較為理想的界面連接可靠度，這使得混凝土抱住梁結(jié)構(gòu)顯得笨重且施工麻 煩、復(fù)雜。因此，為了增加界面的抗剪承載力，本發(fā)明所述鋼制抱柱梁，在中心抱住梁結(jié)構(gòu)， 即鋼箍與橋墩的接觸界面設(shè)置“剪力鍵2”。其做法是在混凝土橋墩的表面每隔一定間距進(jìn) 行切槽處理，凹槽的截面尺寸與混凝土保護(hù)層厚度相當(dāng)，并且在鋼箍?jī)?nèi)測(cè)布置環(huán)狀剪力鍵 2，鋼箍與橋墩之間通過(guò)剪力鍵2的相互咬合達(dá)到提高抗剪承載力的目的。目前，混凝土的切槽技術(shù)和鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)已相當(dāng)成熟，將切槽技術(shù)用于橋墩表 面的“鑿毛”處理以提供鋼制抱柱梁豎向支承以及鋼結(jié)構(gòu)抱柱梁的制作均不存在施工技術(shù) 問(wèn)題。(3)設(shè)置雙向預(yù)應(yīng)力抱柱梁結(jié)構(gòu)的受力特征介于牛腿與懸臂梁之間，墩梁連接處承受負(fù)彎矩，抱柱梁 中和軸以下承受拉應(yīng)力。為抵消千斤頂頂升作用所導(dǎo)致的環(huán)向承壓面拉應(yīng)力，本發(fā)明在抱 住梁中和軸下部雙向設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，即在縱橋向和橫橋向同時(shí)對(duì)本發(fā)明鋼制抱柱梁設(shè)置 預(yù)壓力。這不僅確保本發(fā)明的整體性和接觸界面存在的環(huán)向預(yù)壓應(yīng)力，而且使橋墩混凝土 處于雙向受壓狀態(tài)，大大提高了結(jié)構(gòu)承載力與施工安全性?？紤]到結(jié)構(gòu)拼裝的可行性以及預(yù)應(yīng)力的特點(diǎn)，本發(fā)明采用精制螺紋鋼筋作為預(yù)應(yīng) 力筋15 ；預(yù)應(yīng)力筋15錨均錨固于箱梁端部的外腹板處；預(yù)應(yīng)力筋15錨固位置處應(yīng)設(shè)置預(yù) 應(yīng)力加勁肋13以避免鋼板的局部屈曲。此外，鋼制抱柱梁中的中心抱柱梁連接板5、箱梁腹 板均需要開(kāi)設(shè)預(yù)應(yīng)力孔道9以便于預(yù)應(yīng)力筋15安裝。另外，本發(fā)明屬于預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間大多采用焊接連接，為保證結(jié) 構(gòu)具有良好的承載能力及適用性，鋼制抱住梁結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件的焊接應(yīng)遵循必要的順序， 如圖3a和圖3b所示，整個(gè)焊接流程基本遵照“重要構(gòu)件優(yōu)先焊接”的原則，且默認(rèn)各個(gè)垂直 布置構(gòu)件先焊接于底板上，各個(gè)構(gòu)件完成拼裝后，再焊接結(jié)構(gòu)的頂板。如圖3a所示，中心抱 柱梁結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，按照以下順序進(jìn)行第一步驟(即圖中標(biāo)號(hào)①)是將剪力鍵2焊接中心鋼 箍1上，第二步驟(即圖中標(biāo)號(hào)②)將中心抱柱梁連接板5焊接到中心抱柱梁底板4上，第 三步驟(即圖中標(biāo)號(hào)③)將縱向加勁肋33和橫向加勁肋31與中心抱柱梁連接板5焊接； 最后進(jìn)行第四步驟(即圖中標(biāo)號(hào)④)，將傾斜加勁肋32與相鄰的兩垂直中心抱柱梁連接板 5焊接連接。如圖3b所示，千斤頂托架結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，先焊接箱梁外腹板14 (即圖中標(biāo)號(hào)①)， 再焊接箱梁外腹板14 (即圖中標(biāo)號(hào)②)。此外，由于鋼制抱柱梁在完成拼裝后再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋的設(shè)置與張拉，如圖4所 示，本發(fā)明所述中心抱柱梁連接板5除了設(shè)置連接螺栓6孔外，還應(yīng)預(yù)留預(yù)應(yīng)力孔道9 ；為避免雙向預(yù)應(yīng)力鋼筋的交叉，縱橋向預(yù)應(yīng)力孔道和橫橋向預(yù)應(yīng)力孔道應(yīng)具有一定的高差， 即縱橋向預(yù)應(yīng)力孔道和橫橋向預(yù)應(yīng)力孔道應(yīng)該異面垂直。以下將本發(fā)明所述的技術(shù)方案具體地應(yīng)用到實(shí)際橋墩中。某大橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，主橋跨徑為36m+60m+36m，主橋總重 47120kN，原主橋凈高為5. 35m，原采用混凝土抱柱梁結(jié)構(gòu)作為整體同步頂升改造的反力系 統(tǒng)。主墩抱柱梁寬1100mm，梁高1200mm ；每個(gè)主墩位置處設(shè)置16個(gè)千斤頂，千斤頂最大頂 升力為1000KN?，F(xiàn)按照雙向預(yù)應(yīng)力鋼制抱柱梁對(duì)其頂升反力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該鋼制抱柱梁的平面 布置尺寸如圖6所示，同時(shí)所述鋼制抱柱梁各個(gè)構(gòu)件的尺寸如表1所示。其中，本發(fā)明所述 的鋼制抱柱梁高為400mm。中心抱柱梁結(jié)構(gòu)選用Q345鋼材，作為千斤頂托架結(jié)構(gòu)的鋼箱梁 采用Q235鋼材；縱橋向預(yù)應(yīng)力筋151、橫橋向預(yù)應(yīng)力筋152均選用Φ35πιπι精軋螺紋鋼筋， 其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fptk = 930MPa，控制張拉應(yīng)力取σ。。η = 0. 75fptk ；同時(shí)，縱橋向預(yù)應(yīng)力 筋151、橫橋向預(yù)應(yīng)力筋152的外圍均設(shè)置PVC管?？v橋向預(yù)應(yīng)力筋151設(shè)置有四根，對(duì)稱 地分布在外腹板兩側(cè)，每側(cè)兩根，同時(shí)，該縱橋向預(yù)應(yīng)力鋼筋距離板底的距離分別為100mm、 200mm ；橫橋向預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)目與縱橋向預(yù)應(yīng)力筋151相同，為避免縱橋向預(yù)應(yīng)力筋151、 橫橋向預(yù)應(yīng)力鋼筋的交叉，橫橋向預(yù)應(yīng)力鋼筋距離板底的距離分別為150mm、250mm。按照上述設(shè)計(jì)建立該橋鋼結(jié)構(gòu)抱柱梁的有限元分析模型，如圖5所示。各構(gòu)件均 采用板單元模型，預(yù)應(yīng)力筋15、千斤頂頂升作用力以及臨時(shí)支承力通過(guò)設(shè)置節(jié)點(diǎn)荷載予以 體現(xiàn)千斤頂每間隔250mm布置一個(gè)(共28個(gè))，單個(gè)千斤頂最大頂升力300KN ；預(yù)應(yīng)力按 照預(yù)應(yīng)力筋15形式設(shè)置，單根預(yù)應(yīng)力筋15的有效預(yù)應(yīng)力為500KN ；臨時(shí)支承力與千斤頂頂 升力相同，且布置于千斤頂內(nèi)側(cè)。中心鋼箍1內(nèi)側(cè)的剪力鍵2采用一般支承模型模擬，且僅 提供豎向支承約束。各材料的基本屬性與《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)中相 應(yīng)的材料性質(zhì)相同。表1鋼制抱柱梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件厚度 通過(guò)有限元分析軟件可獲得上述鋼制抱柱梁各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力值，對(duì)各個(gè)構(gòu)件應(yīng)力 分析可得到以下幾個(gè)結(jié)論(1)中心抱柱梁結(jié)構(gòu)所承受的內(nèi)力較千斤頂托架結(jié)構(gòu)大，且在中心抱柱梁連接板 5轉(zhuǎn)角位置處內(nèi)力達(dá)到峰值；
(2)本發(fā)明所述鋼制抱柱梁有兩處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中①中心抱住梁結(jié)構(gòu)中， 中心抱柱梁頂板、中心鋼箍1以及中心抱柱梁連接板5三者的相交位置；②箱梁連接板10 與中心抱柱梁連接板5連接處；(3)當(dāng)選用上述構(gòu)件尺寸時(shí)，除了局部出現(xiàn)應(yīng)力集中外，各個(gè)構(gòu)件的平均應(yīng)力值與 鋼材的屈服強(qiáng)度比值維持在0. 2-0. 5之間；本發(fā)明所述的鋼制抱柱梁結(jié)構(gòu)高度僅為該橋頂升改造時(shí)混凝土抱柱梁高度的 1/3，且安裝、拆除方便，僅需2 3天即可完成抱住梁的搭建和拆卸。此外，單個(gè)該類型抱 柱梁的鋼材耗損總量為6. 72噸，其中，定制的中心抱柱梁結(jié)構(gòu)占3. 39噸，可重復(fù)使用的箱 梁千斤頂托架結(jié)構(gòu)占3. 33噸。該橋頂升改造中，單個(gè)主墩混凝土抱柱梁的造價(jià)為7. 48萬(wàn) 元。由此可見(jiàn)，本發(fā)明所述鋼制抱柱梁顯示出良好的經(jīng)濟(jì)性。
權(quán)利要求
一種橋墩鋼制抱柱梁，其特征在于，包括中心抱柱梁結(jié)構(gòu)以及分布在中心抱柱梁結(jié)構(gòu)外圍的四個(gè)千斤頂托架結(jié)構(gòu)，其中所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)以上的基本單元拼接而成，每個(gè)基本單元包括中心鋼箍、剪力鍵、中心抱柱梁加勁肋、中心抱柱梁頂板、中心抱柱梁底板、中心抱柱梁連接板以及拼接板，所述中心鋼箍?jī)?nèi)壁面布置環(huán)狀剪力鍵，所述中心鋼箍的兩端面分別與中心抱柱梁頂板和中心抱柱梁底板焊接連接，所述中心鋼箍的外圍分別在橫向和縱向分布有中心抱柱梁連接板，所述中心抱柱梁連接板的三個(gè)端面分別與中心鋼箍、中心抱柱梁頂板和中心抱柱梁底板焊接連接，且該中心抱柱梁連接板余下端面附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，同時(shí)兩相鄰的中心抱柱梁連接板之間通過(guò)中心抱柱梁加勁肋連接，另外，所述拼接板的三側(cè)邊分別與中心鋼箍、中心抱柱梁頂板和中心抱柱梁底板焊接連接，而拼接板余下側(cè)邊附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，兩相鄰的基本單元通過(guò)拼接板之間相對(duì)應(yīng)的螺紋孔安裝螺紋緊固件連接成一體；所述千斤頂托架結(jié)構(gòu)，包括箱梁頂板、箱梁底板、箱梁內(nèi)腹板、箱梁外腹板以及箱梁連接板，所述箱梁連接板的三個(gè)端面分別與箱梁頂板、箱梁底板以及箱梁外腹板焊接連接，而箱梁連接板余下端面附近的板體上開(kāi)設(shè)螺紋孔，且該箱梁連接板余下端面穿過(guò)箱梁內(nèi)腹板放置，同時(shí)箱梁連接板與箱梁內(nèi)腹板之間焊接連接；所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)與每一個(gè)千斤頂托架結(jié)構(gòu)皆分別通過(guò)中心抱柱梁連接板和箱梁連接板上相對(duì)應(yīng)的螺紋孔安裝螺紋緊固件連接成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述橋墩鋼制抱柱梁，其特征在于，所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)包括四個(gè) 基本單元，且該四個(gè)基本單元關(guān)于中心抱柱梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述橋墩鋼制抱柱梁，其特征在于，所述中心抱柱梁結(jié)構(gòu)和平行相 對(duì)的一組千斤頂托架結(jié)構(gòu)之間分別對(duì)應(yīng)地開(kāi)設(shè)有貫穿的預(yù)應(yīng)力孔道，所述預(yù)應(yīng)力孔道包括 橫橋向預(yù)應(yīng)力孔道與縱橋向預(yù)應(yīng)力孔道，且橫橋向預(yù)應(yīng)力孔道與縱橋向預(yù)應(yīng)力孔道異面垂 直，所述預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)安裝有預(yù)應(yīng)力筋，該預(yù)應(yīng)力筋錨固于外腹板內(nèi)，且預(yù)應(yīng)力筋錨固位置 設(shè)置有預(yù)應(yīng)力加勁肋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述橋墩鋼制抱柱梁，其特征在于，所述外腹板的兩側(cè)分別對(duì)稱地 安裝有一組預(yù)應(yīng)力筋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述橋墩鋼制抱柱梁，其特征在于，所述基本單元之間通過(guò)拼接螺 栓拼接成一體，而中心抱柱梁結(jié)構(gòu)和千斤頂托架結(jié)構(gòu)之間則通過(guò)連接螺栓連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種橋墩鋼制抱柱梁，其采用鋼材制作中心抱柱梁結(jié)構(gòu)以及分布在中心抱柱梁結(jié)構(gòu)外圍的四個(gè)千斤頂托架結(jié)構(gòu)，所述的中心抱柱梁結(jié)構(gòu)由兩個(gè)以上的基本單元通過(guò)拼接螺栓拼接而成，同時(shí)每一個(gè)千斤頂托架結(jié)構(gòu)也通過(guò)連接螺栓分別與中心抱柱梁結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)連接，由此可知，本發(fā)明所述橋墩鋼制抱柱梁能夠有效地克服混凝土結(jié)構(gòu)的不足，極大地提高抱柱梁結(jié)構(gòu)的使用效率和適用范圍，因此，本發(fā)明作為橋梁頂升的反力系統(tǒng)頗具優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。
文檔編號(hào)E01D22/00GK101886370SQ20101022302
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者傅中秋, 吉伯海, 徐聲亮, 袁愛(ài)民 申請(qǐng)人:河海大學(xué)