專利名稱：橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種抱柱梁，尤其是一種環(huán)形牛腿式抱柱梁，屬于土木工程橋梁工程改造領(lǐng)域。
技術(shù)背景 整體同步頂升技術(shù)已成功應(yīng)用于現(xiàn)有橋梁的支座更換、凈空改造、樁基托換以及災(zāi)后姿態(tài)調(diào)整等領(lǐng)域，并逐漸成為一門成熟的施工技術(shù)。在此之前，PLC液壓同步控制系統(tǒng)已在閘門開關(guān)、海上平臺調(diào)控、高層高聳建筑安裝等工程成功運用，部分工程已安全運營數(shù)十年，基本上論證了該技術(shù)的可靠性與安全性；而已大量完成的橋梁頂升工程證明，除千斤頂及控制系統(tǒng)外，綜合支承系統(tǒng)逐漸成為控制施工安全、工期及成本的關(guān)鍵因素。綜合支承系統(tǒng)大體可分為直立式與抱箍式兩類，且通常情況下，應(yīng)優(yōu)先采用直立式綜合支承系統(tǒng)，源于其結(jié)構(gòu)簡單，傳力體系明確、各構(gòu)件易模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化施工且誤差容易控制等優(yōu)點；然而當(dāng)遇到下述狀況時，應(yīng)考慮采用抱箍式結(jié)構(gòu)I、原橋結(jié)構(gòu)不具備足夠面積的承臺作為支承結(jié)構(gòu)的支撐平臺；2、原橋上部結(jié)構(gòu)橋墩高度較高時，采用原有規(guī)格構(gòu)件搭建的支承系統(tǒng)存在著顯著的穩(wěn)定問題；若更改構(gòu)件尺寸將大幅增加改造成本。此時，抱箍式綜合支承結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出較大的適應(yīng)性。以往的抱箍式支承系統(tǒng)(又稱抱柱梁)，均通過界面連接力抵抗頂升反力，如傳統(tǒng)的混凝土抱柱梁結(jié)構(gòu)通過在原橋墩外壁進(jìn)行鑿毛處理后，通過新老混凝土的界面摩擦剪力獲得豎直向的支承反力；而近些年有人提出采用剪力鍵模式，使抱柱梁擱置于橋墩外表面；此外，在部分小型橋梁頂升工程中還采用的傳統(tǒng)的牛腿式結(jié)構(gòu)(依據(jù)短懸臂桁架傳力原則，豎直向力沿45°壓力線傳遞至錨固端，并由上、下錨固螺栓所產(chǎn)生的一對力偶抵抗豎向力產(chǎn)生的彎矩效應(yīng))。上述結(jié)構(gòu)鮮明的傳力特點決定了其工程應(yīng)用的優(yōu)劣，尤其在橋梁頂升工程中，優(yōu)缺點的差異更顯著鋼牛腿(對結(jié)構(gòu)放大效應(yīng)較為敏感)的結(jié)構(gòu)簡單，但受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制(懸臂端長度較小，通常適用于單個千斤頂?shù)闹С忻娣e)，上、下排螺栓的間距也較小(受45°壓力線控制)，所能承受的彎矩也相當(dāng)局限，使得該結(jié)構(gòu)的承載力較??；當(dāng)頂升重量增加時，若單純增加結(jié)構(gòu)尺寸，則材料的使用效率大幅降低，綜合效益很差；而且鋼牛腿通常單個設(shè)置(牛腿間設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)對整體穩(wěn)定影響較小)，故僅適用于輕型橋梁(跨徑不大于20m的簡支板梁橋)的支座更換與小幅凈空改造。抱柱梁結(jié)構(gòu)(對結(jié)構(gòu)放大效應(yīng)不敏感)則需依靠界面連接力提供頂升反力，故無一例外需要對原橋墩進(jìn)行一定形式的處理(鑿毛或切槽)。鑿毛處理的單位面積抗剪強度甚低，故構(gòu)件的尺寸往往較大；切槽處理對施工要求較高。鋼結(jié)構(gòu)抱柱梁與鋼混組合結(jié)構(gòu)抱柱梁大大降低了現(xiàn)場施工時間，但是，其結(jié)構(gòu)規(guī)模仍與混凝土抱柱梁相仿，結(jié)構(gòu)的制作成本較高，不適用于中小型橋梁的頂升工程?？偠灾?，開發(fā)一套適用性介于上述抱箍式綜合支承體系之間的針對性產(chǎn)品，并拓寬此類結(jié)構(gòu)的適用范圍，進(jìn)而降低橋梁頂升的綜合成本與改造工期，具有現(xiàn)實的工程意義。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，其具有制作成本低、結(jié)構(gòu)整體性高的優(yōu)點。為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本實用新型將采取以下的技術(shù)方案一種橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，包括環(huán)形牛腿式抱柱梁本體，該環(huán)形牛腿式抱柱梁本體包括兩個以上的預(yù)制抱柱梁分體，各預(yù)制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成；每一個預(yù)制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設(shè)置環(huán)形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定；所述剪切板、剪切連接板的長度方向均平行于抱箍鋼管的長度方向、垂直于端頂板，而剪切板、剪切連接板的寬度方向則與抱箍鋼管的外壁面法向平行。所述剪切板鄰近端頂板的區(qū)域沿環(huán)向設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，而剪切板背離端頂板的區(qū)域沿環(huán)向設(shè)置抗剪錨固螺栓。端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分長度為覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分長度的O. 6-1 ;所述剪切板的長寬比為3-5。所述環(huán)形牛腿式抱柱梁本體沿徑向等分成三個預(yù)制抱柱梁分體。根據(jù)以上的技術(shù)方案，與目前普遍采用的混凝土抱柱梁以及部分學(xué)者提出鋼結(jié)構(gòu)抱柱梁、鋼-混組合結(jié)構(gòu)抱柱梁相比，橋梁頂升用環(huán)形鋼牛腿式抱柱梁結(jié)構(gòu)具有以下幾個特點A、制作成本低①全結(jié)構(gòu)以承受剪力為主，材料的使用率高，相應(yīng)的耗材較少；<早元中各構(gòu)件的焊縫設(shè)置簡單明了，加工費用低；③現(xiàn)場無須對原橋墩進(jìn)行額外處理，僅需用螺栓拼裝即可，工期短，費用少。B、結(jié)構(gòu)整體性高全結(jié)構(gòu)通過豎向密布螺栓連接；鋼管外壁采用預(yù)應(yīng)力鋼束緊箍；端部擱置于橋墩處，并用螺栓錨固；底部環(huán)向密布抗剪螺栓。這些措施均確保了本產(chǎn)品在施工期間的整體性與穩(wěn)定性。介于上述特點，該實用新型主要適用于以下幾類情況A、中小型橋梁(跨度小于60m)的橋梁支座更換、凈空改造以及姿態(tài)調(diào)整，尤其當(dāng)橋墩較高時，可以大量節(jié)省鋼管支承墩的耗材量，且具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；B、多跨橋梁的整體同步頂升工程，頂升工程的規(guī)模越大，跨數(shù)越多，該方案的優(yōu)越性越顯著一Φ整個安裝、拆除過程不損傷原有橋墩，且整個過程施工方便，所需費用、時間短。

圖I是本實用新型的俯視圖；[0024]圖2是本實用新型的正視圖；圖3是圖2中I部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型的橫向展開示意圖；圖5是本實用新型端頂板承受千斤頂施力時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型在圖5所示受力狀況下的傳力示意圖；圖I至4中端頂板I ;支承式承壓頂板11 ;懸挑式承壓頂板12 ;抱箍鋼管2 ;剪切連接板31 ;剪切板32 ;橋墩4 ;頂部錨固螺栓5 ;抗剪錨固螺栓6 ;抗剪錨固螺桿孔道61 ;高摩阻橡膠片7 ;預(yù)應(yīng)力鋼束8 ;環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼束81 ;螺旋型預(yù)應(yīng)力錨固件82 ;連接螺栓孔道9。
具體實施方式
附圖非限制性地公開了本實用新型所涉及優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本實用新型的技術(shù)方案。如圖I至4所示，本實用新型所述橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，包括環(huán)形牛腿式抱柱梁本體，該環(huán)形牛腿式抱柱梁本體包括兩個以上的預(yù)制抱柱梁分體，本申請中，環(huán)形牛腿式抱柱梁本體沿徑向等分成三個預(yù)制抱柱梁分體，以中心120°為一個單元(分為4份過于凌亂，影響拼裝后的整體性；分為兩份則加大現(xiàn)場的拼裝難度)；各預(yù)制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成。各個單元在工廠完成預(yù)制，所有構(gòu)件均通過焊接連接；各個單元的邊界位置預(yù)留連接螺栓孔道，單元間在現(xiàn)場通過螺栓完成拼裝；全結(jié)構(gòu)拼裝為整體后，設(shè)置頂部錨固螺栓與底部抗剪錨固螺栓，使抱柱梁結(jié)構(gòu)與原橋橋墩形成一個整體。每一個預(yù)制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設(shè)置環(huán)形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定；所述剪切板、剪切連接板的長度方向均平行于抱箍鋼管的長度方向、垂直于端頂板，而剪切板、剪切連接板的寬度方向則與抱箍鋼管的外壁面法向平行。所述剪切板鄰近端頂板的區(qū)域沿環(huán)向設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，而剪切板背離端頂板的區(qū)域沿環(huán)向設(shè)置抗剪錨固螺栓。端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分長度為覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分長度的O. 6-1 ;所述剪切板的長寬比為3-5。本實用新型通過修正結(jié)構(gòu)的受力體系以大大簡化產(chǎn)品的制作與安裝，其傳力方式可分為兩部分，如圖5-6所示第一部分，按照鋼牛腿的受力方式(整體結(jié)構(gòu)的高寬比較大)，沿45°壓力線傳遞至墩梁接觸界面。此時，若擱置式端板處的臨時支承結(jié)構(gòu)或千斤頂承受并傳遞頂升反力(如圖5所示)時，其通過杠桿原理抵消彎矩效應(yīng)；若僅懸挑式端板受力時，其彎矩效應(yīng)則由橋墩的水平反力及端部錨固螺栓共同承擔(dān)。值得指出的是，端部錨固螺栓的主要功能在于確保全結(jié)構(gòu)在頂升施工階段的可靠性與安全性，第二部分，按照傳統(tǒng)抱柱梁的受力方式，將未能通過45°線傳遞至墩梁界面的頂升反力通過墩梁界面接觸力(通過高摩阻橡膠提供，法向壓力有環(huán)向預(yù)應(yīng)力提供)逐漸傳遞至橋墩，并在環(huán)形抱箍式鋼管底部設(shè)有錨固螺栓，承擔(dān)殘余頂升反力，并與擱置式端板一道控制結(jié)構(gòu)的整體位移，避免在頂升施工期間偶然因素(驟然偏心作用)導(dǎo)致的工程隱患。此外，盡管高寬比較大，但該結(jié)構(gòu)整體上仍屬于深受彎構(gòu)件的范疇，墩梁接觸面的法向應(yīng)力狀態(tài)不明確，故需沿抱柱梁豎向布置多道預(yù)應(yīng)力鋼束，以提供足夠的徑向壓應(yīng)力及豎向剪力。值得注意的是，在臨近底部抗剪螺栓區(qū)域附近，在螺栓施工期間已設(shè)置了初始的預(yù)壓力，且深受彎構(gòu)件在底部始終處于受壓狀態(tài)，故在抱柱梁自上而下2/3以外的區(qū)域，可不設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束。綜上所述，本實用新型中各構(gòu)件的布置如下所述I.采用環(huán)形結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)，增強結(jié)構(gòu)的整體性與穩(wěn)定性；2.采用半支承式結(jié)構(gòu)，以環(huán)形抱箍式鋼管為界，將向橋墩方向(徑向)延伸部分作 為擱置式端板直接支承于原橋橋墩頂部或截斷面處；將背離橋墩方向(徑向)延伸部分作為懸挑式端板，以豎向通長的剪切板支承；其中，擱置式端板的延伸長度約為懸挑式端板延伸長度的O. 6 1.0倍；3.擱置式端板與橋墩面之間設(shè)置錨固螺栓，以抵抗懸臂結(jié)構(gòu)端部的負(fù)彎矩；4.剪切板沿環(huán)向均勻布置，其寬度與懸挑式端板的延伸長度相仿；剪切板的長寬比控制在3. 0 5. O ；5.在環(huán)形抱箍式鋼管內(nèi)壁設(shè)置5 IOmm高摩(擦)阻(力)橡膠，且橡膠的彈性模量適中；且在環(huán)形抱箍式鋼管外側(cè)的中上部直接設(shè)置多道環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼束，并采用螺旋式錨固；并在剪切板的相應(yīng)位置預(yù)留預(yù)應(yīng)力鋼束孔道。通過張拉預(yù)應(yīng)力鋼束以獲得較大的徑向圍壓，進(jìn)而獲得足夠的豎向摩擦力；環(huán)形抱箍式鋼管底部沿環(huán)向(即各個剪切板間)均勻設(shè)置一道抗剪錨固螺栓，每道沿豎向設(shè)置上、下兩個螺栓，以承擔(dān)殘余頂升反力，并控制結(jié)構(gòu)整體豎向位移。
權(quán)利要求1.一種橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，其特征在于包括環(huán)形牛腿式抱柱梁本體，該環(huán)形牛腿式抱柱梁本體包括兩個以上的預(yù)制抱柱梁分體，各預(yù)制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成；每一個預(yù)制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設(shè)置環(huán)形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定；所述剪切板、剪切連接板的長度方向均平行于抱箍鋼管的長度方向、垂直于端頂板，而剪切板、剪切連接板的寬度方向則與抱箍鋼管的外壁面法向平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，其特征在于所述剪切板鄰近端頂板的區(qū)域沿環(huán)向設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，而剪切板背離端頂板的區(qū)域沿環(huán)向設(shè)置抗剪錨固螺栓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，其特征在于端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分長度為覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分長度的O. 6-1 ;所述剪切板 的長寬比為3-5。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，其特征在于所述環(huán)形牛腿式抱柱梁本體沿徑向等分成三個預(yù)制抱柱梁分體。
專利摘要本實用新型公開了一種橋梁頂升用環(huán)形牛腿式抱柱梁，包括兩個以上的預(yù)制抱柱梁分體，各預(yù)制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成；每一個預(yù)制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設(shè)置環(huán)形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定。本實用新型具有制作成本低、結(jié)構(gòu)整體性高的優(yōu)點。
文檔編號E01D22/00GK202644415SQ20122029876
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者吉伯海, 徐聲亮, 陳宏偉, 田圓 申請人:河海大學(xué)