CN108894123A - 一种预应力u型筋快速抗剪加固箱梁结构及方法 - Google Patents
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Abstract
一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，由角型锚固装置(1)、锚环(2)、U型筋(3)、格栅筋(4)、混凝土箱梁(5)、防裂砂浆层(6)共同组成，U型筋(3)垂直于混凝土箱梁(5)轴向方向沿着混凝土箱梁(5)的侧面和底面呈U形间隔布置，U型筋(3)两端通过角型锚固装置(1)、锚环(2)固定在混凝土箱梁(5)的两个侧面上部，格栅筋(4)挂于混凝土箱梁(5)侧面和底面的外表面，防裂砂浆层(6)通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖U型筋(3)和格栅筋(4)，并与混凝土箱梁(5)组合为一体。在本发明结构中，通过U型筋构造，减小预应力损失，减小了锚具的尺寸，减小了锚固空间，使混凝土箱梁加固效果持续有效。
Description
技术领域
本发明涉及一种加固桥梁结构，尤其是一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构及方法，属于土木工程领域。
背景技术
在我国桥梁建设中，大兴修建预应力混凝土箱梁桥。由于箱形截面抗扭刚度大，稳定性良好，适应现代化施工方法的要求，所以得到了广泛的应用。但由于设计截面过薄、施工质量缺陷、桥梁超载严重等方面的原因，造成现有混凝土箱梁已经产生大量病害，导致桥梁承载力下降，影响桥梁的安全性能。因此如何方便快捷地加固既有箱梁桥也就成为了一个亟待解决的问题。
针对既有箱梁桥的抗剪加固技术，主要有增大截面加固法、粘钢钢板加固法、粘贴纤维复合材料加固法等。增大截面加固法主要是在构件表面增大混凝土尺寸，增加受力钢筋，使其与原结构形成整体，从而增大构件有效高度和受力钢筋面积，提高构件承载力，其提高承载力与刚度十分有效，但缺乏主动性，对减小现有裂缝、抑制裂缝的发展效果欠佳。粘贴钢板加固法主要是采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位，使之与原结构形成整体共同受力，其施工速度快，但对于超过60℃的高温条件下，易发生粘结胶软化而丧失承载力，且同样缺乏主动性，对减小现有裂缝、抑制裂缝的发展效果欠佳。粘贴纤维复合材料加固法主要是将粘贴纤维复合材料用粘结胶粘贴在待加固混凝土结构的表面，使纤维复合材料、树脂胶、钢筋混凝土有机地组合成一个完整结构，其施工十分便利，但其易发生早期的剥离破坏，由于其加固材料截面较小的抗弯惯性矩，刚度提高效果差，也缺乏主动性，对减小现有裂缝、抑制裂缝的发展效果同样欠佳。
针对既有箱梁桥的抗剪加固尚缺乏有效的预应力加固技术，通常其结合抗弯加固的体外预应力技术，通过纵向曲线形或折线形的预应力筋布置，在抗弯加固的同时达到部分抗剪加固的目的，然而其存在对抗剪需求的针对性差的不足，常规简单的在梁侧加固施加竖向预应力，其预应力筋长度小、预应力损失大，锚固空间大，操作复杂。而本发明提出一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构及方法，通过U型筋构造，增加预应力筋长度，减小预应力损失，并提出便利的张拉锚固措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构及方法，解决混凝土箱梁加固过程中所存在的主动性差，预应力筋长度小、预应力损失大，操作复杂，张拉难度大，锚固空间大等技术问题。本发明具备构造简便有效，设计灵活，加工方便，锚固可靠性好，主动性强等优点。
本发明的技术方案为：一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，由角型锚固装置、锚环、U型筋、格栅筋、混凝土箱梁、防裂砂浆层共同组成，U型筋垂直于混凝土箱梁轴向方向沿着混凝土箱梁的侧面和底面呈U形间隔布置，布置间距0.3～1.5m，U型筋两端通过角型锚固装置、锚环固定在混凝土箱梁的两个侧面上部，角型锚固装置与混凝土箱梁之间通过锚栓与结构胶固定于混凝土箱梁侧面，U型筋穿过角型锚固装置的预留槽孔，U型筋通过锚环施加预应力且两端固定于角型锚固装置的预留槽孔的外侧，锚环与U型筋之间通过螺纹固定连接，格栅筋挂于混凝土箱梁侧面和底面的外表面，并通过分散布置的扎条与U型筋绑扎连接，防裂砂浆层通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖U型筋和格栅筋，并与混凝土箱梁组合为一体。
所述的格栅筋为钢丝网、纤维网、钢丝绳网中的一种，直径≤8mm，格栅间距≤300mm。
所述的混凝土箱梁的侧面和底面相交棱角进行圆弧化处理，圆弧化半径≥25mm。
所述的U型筋为连续的U形金属筋，其两端设置有与锚环配套的外螺纹。
所述的U型筋施加预应力通过拧紧锚环实现，锚环拧紧圈数由预应力的大小确定。
所述的防裂砂浆层掺有钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维及植物纤维的一种或几种。
一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构方法，通过固定角型锚固装置、安装U型筋、施加预应力，重复安装U型筋并施加预应力，安装格栅筋并设置防裂砂浆层，实现对箱梁结构的快速抗剪加固：
A.表面处理：对混凝土箱梁混凝土表面进行处理，将其表面混凝土凿毛，充分清除原有混凝土表面的薄弱层、水泥浆皮及油脂等污渍，直到露出坚实表面，对混凝土箱梁的侧面和底面相交棱角进行圆弧化处理；
B.固定角型锚固装置：通过锚栓与结构胶将角型锚固装置固定于混凝土箱梁侧面；
C.安装U型筋：依次将各根U型筋的两端穿过角型锚固装置的预留槽孔。
D.施加预应力：将U型筋安装就位后，通过锚环拧到一定的圈数，来张拉U型筋；
E.重复安装U型筋并施加预应力：重复步骤C～D。
F.安装格栅筋：按设计要求的尺寸进行格栅筋布设，将至少一层格栅筋包覆于混凝土箱梁的表面，格栅筋通过分散布置的扎条与U型筋绑扎连接。
G.设置防裂砂浆层：防裂砂浆层通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖U型筋和格栅筋，并与混凝土箱梁组合为一体。
H.养护防护：对防裂砂浆层进行喷水养护，对U型筋的端部和锚环进行防护。
在本发明结构中，U型筋为连续的U形金属筋，通过U型筋构造，预应力筋在环向的三个方向连续，增加预应力筋长度，减小预应力损失；U型筋直接为箱梁提供了抗剪的功能；U型筋通过锚环施加预应力，最大程度的减小了锚具的尺寸；对称设于混凝土箱梁两侧的角型锚固装置提供了预应力筋张拉的反力装置，减小了锚固空间；锚环拧紧圈数由预应力的大小确定，其为确定预应力的大小提供了最大的便利；格栅筋和防裂砂浆层共同作用提供了抗裂性和稳定性，进而使混凝土箱梁加固效果持续有效。
相对于现有混凝土箱梁加固技术，本发明具有以下有益效果：
(1)通过U型筋构造，增加预应力筋长度，减小了预应力筋张拉锚固引起的预应力损失，U型筋直接为箱梁提供了抗剪的功能。
(2)角型锚固装置提供了预应力筋张拉的反力装置，其与锚环的结合，最大程度地减小了锚固空间。
(3)格栅筋与防裂砂浆层共同作用，有效改善了加固层开裂的问题，保证了加固结构的长期性能。
(4)U型筋加工成型速度快，同时满足箱梁两侧的加固需求，且将两侧抗剪筋连续化，提高了抗剪筋的整体性，提高了其锚固效果，可满足不同尺寸的箱梁加固需求。
(5)U型筋施加了预应力，是一种主动加固技术，能够有效减小结构现有裂缝、抑制裂缝的发展。
(6)相对于传统被动式加固技术，施工成本增加不多，对结构影响小，加固后外观变化小。
本发明提出的一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构及方法，具有主动性强、施工速度快、效果好、成本低的特点，可广泛应用于混凝土箱梁的抗剪加固。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1是一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构立体示意图。
图2是一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构截面图。
图3是一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构侧视图。
图4是角型锚固装置及锚环的结构示意图。
图5是U形筋及锚环的结构示意图。
图6是一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构方法的实施流程图。
图7是混凝土箱梁结构圆弧化处理立体示意图。
图8是混凝土箱梁结构圆弧化处理截面图。
图9是混凝土箱梁结构固定角型锚固装置立体示意图。
图10是混凝土箱梁结构固定角型锚固装置截面图。
图11是混凝土箱梁结构固定角型锚固装置侧视图。
图12是混凝土箱梁结构安装U型筋并施加预应力过程立体示意图。
图13是混凝土箱梁结构安装U型筋并施加预应力过程截面图。
图14是混凝土箱梁结构安装U型筋并施加预应力过程侧视图。
图15是混凝土箱梁结构安装格栅筋立体示意图。
图16是混凝土箱梁结构安装格栅筋截面图。
图17是混凝土箱梁结构安装格栅筋侧视图。
图18是混凝土箱梁结构设置防裂砂浆层立体示意图。
图19是混凝土箱梁结构设置防裂砂浆层截面图。
图20是混凝土箱梁结构设置防裂砂浆层侧视图。
在附图中，1是角型锚固装置，2是锚环，3是U型筋，4是格栅筋，5是混凝土箱梁，6是防裂砂浆层，11是预留槽孔，12是锚栓，41是扎条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如附图所示，一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，由角型锚固装置1、锚环2、U型筋3、格栅筋4、混凝土箱梁5、防裂砂浆层6共同组成，U型筋3垂直于混凝土箱梁5轴向方向沿着混凝土箱梁5的侧面和底面呈U形间隔布置，布置间距0.3～1.5m，U型筋3两端通过角型锚固装置1、锚环2固定在混凝土箱梁5的两个侧面上部，角型锚固装置1与混凝土箱梁5之间通过锚栓12与结构胶固定于混凝土箱梁5侧面，U型筋3穿过角型锚固装置1的预留槽孔11，U型筋3通过锚环2施加预应力且两端固定于角型锚固装置1的预留槽孔11的外侧，锚环2与U型筋3之间通过螺纹固定连接，格栅筋4挂于混凝土箱梁5侧面和底面的外表面，并通过分散布置的扎条41与U型筋3绑扎连接，防裂砂浆层6通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖U型筋3和格栅筋4，并与混凝土箱梁5组合为一体。
所述的格栅筋4为钢丝网、纤维网、钢丝绳网中的一种，直径≤8mm，格栅间距≤300mm。
所述的混凝土箱梁5的侧面和底面相交棱角进行圆弧化处理，圆弧化半径≥25mm。
所述的U型筋3为连续的U形金属筋，其两端设置有与锚环2配套的外螺纹。通过U型筋3的构造，预应力筋在环向的三个方向连续，增加预应力筋长度，减小预应力损失；U型筋3直接为箱梁提供了抗剪的功能；U型筋3通过锚环施加预应力，最大程度的减小了锚具的尺寸。
所述的U型筋3施加预应力通过拧紧锚环2实现，锚环2拧紧圈数由预应力的大小确定，其为确定预应力的大小提供了最大的便利。
所述的防裂砂浆层6掺有钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维及植物纤维的一种或几种。格栅筋4和防裂砂浆层6共同作用提供了抗裂性和稳定性，进而使混凝土箱梁加固效果持续有效。
一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构方法，通过固定角型锚固装置、安装U型筋、施加预应力，重复安装U型筋并施加预应力，安装格栅筋并设置防裂砂浆层，实现对箱梁结构的快速抗剪加固：
A.表面处理：对混凝土箱梁5混凝土表面进行处理，将其表面混凝土凿毛，充分清除原有混凝土表面的薄弱层、水泥浆皮及油脂等污渍，直到露出坚实表面，对混凝土箱梁5的侧面和底面相交棱角进行圆弧化处理；
B.固定角型锚固装置：通过锚栓12与结构胶将角型锚固装置1固定于混凝土箱梁5侧面；
C.安装U型筋：依次将各根U型筋3的两端穿过角型锚固装置1的预留槽孔11。
D.施加预应力：将U型筋3安装就位后，通过锚环2拧到一定的圈数，来张拉U型筋3；
E.重复安装U型筋并施加预应力：重复步骤C～D。
F.安装格栅筋：按设计要求的尺寸进行格栅筋4布设，将至少一层格栅筋4包覆于混凝土箱梁5的表面，格栅筋4通过分散布置的扎条41与U型筋3绑扎连接。
G.设置防裂砂浆层：防裂砂浆层6通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖U型筋3和格栅筋4，并与混凝土箱梁5组合为一体。
H.养护防护：对防裂砂浆层6进行喷水养护，对U型筋3的端部和锚环2进行防护。
Claims (7)
1.一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，由角型锚固装置(1)、锚环(2)、U型筋(3)、格栅筋(4)、混凝土箱梁(5)、防裂砂浆层(6)共同组成，U型筋(3)垂直于混凝土箱梁(5)轴向方向沿着混凝土箱梁(5)的侧面和底面呈U形间隔布置，布置间距0.3～1.5m，U型筋(3)两端通过角型锚固装置(1)、锚环(2)固定在混凝土箱梁(5)的两个侧面上部，角型锚固装置(1)与混凝土箱梁(5)之间通过锚栓(12)与结构胶固定于混凝土箱梁(5)侧面，U型筋(3)穿过角型锚固装置(1)的预留槽孔(11)，U型筋(3)通过锚环(2)施加预应力且两端固定于角型锚固装置(1)的预留槽孔(11)的外侧，锚环(2)与U型筋(3)之间通过螺纹固定连接，格栅筋(4)挂于混凝土箱梁(5)侧面和底面的外表面，并通过分散布置的扎条(41)与U型筋(3)绑扎连接，防裂砂浆层(6)通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖U型筋(3)和格栅筋(4)，并与混凝土箱梁(5)组合为一体。
2.根据权利要求1所述的一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，其特征在于，所述的格栅筋(4)为钢丝网、纤维网、钢丝绳网中的一种，直径≤8mm，格栅间距≤300mm。
3.根据权利要求1所述的一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，其特征在于，所述的混凝土箱梁(5)的侧面和底面相交棱角进行圆弧化处理，圆弧化半径≥25mm。
4.根据权利要求1所述的一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，其特征在于，所述的U型筋(3)为连续的U形金属筋，其两端设置有与锚环(2)配套的外螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，其特征在于，所述的U型筋(3)施加预应力通过拧紧锚环(2)实现，锚环(2)拧紧圈数由预应力的大小确定。
6.根据权利要求1所述的一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构，其特征在于，所述的防裂砂浆层(6)掺有钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维及植物纤维的一种或几种。
7.一种预应力U型筋快速抗剪加固箱梁结构方法，其特征在于通过固定角型锚固装置、安装U型筋、施加预应力，重复安装U型筋并施加预应力，安装格栅筋并设置防裂砂浆层，实现对箱梁结构的快速抗剪加固：
A.表面处理：对混凝土箱梁(5)混凝土表面进行处理，将其表面混凝土凿毛，充分清除原有混凝土表面的薄弱层、水泥浆皮及油脂等污渍，直到露出坚实表面，对混凝土箱梁(5)的侧面和底面相交棱角进行圆弧化处理；
B.固定角型锚固装置：通过锚栓(12)与结构胶将角型锚固装置(1)固定于混凝土箱梁(5)侧面；
C.安装U型筋：依次将各根U型筋(3)的两端穿过角型锚固装置(1)的预留槽孔(11)。
D.施加预应力：将U型筋(3)安装就位后，通过锚环(2)拧到一定的圈数，来张拉U型筋(3)；
E.重复安装U型筋并施加预应力：重复步骤C～D。
F.安装格栅筋：按设计要求的尺寸进行格栅筋(4)布设，将至少一层格栅筋(4)包覆于混凝土箱梁(5)的表面，格栅筋(4)通过分散布置的扎条(41)与U型筋(3)绑扎连接。
G.设置防裂砂浆层：防裂砂浆层(6)通过喷射、涂抹或浇筑的方式覆盖U型筋(3)和格栅筋(4)，并与混凝土箱梁(5)组合为一体。
H.养护防护：对防裂砂浆层(6)进行喷水养护，对U型筋(3)的端部和锚环(2)进行防护。
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