混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)及加固方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混凝土建筑領(lǐng)域，尤其涉及混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)及加固方法?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]橋面板是直接承受車(chē)輛輪壓的承重結(jié)構(gòu)，在構(gòu)造上它通常與主梁的梁肋和橫隔板整體相連，這樣既能將車(chē)輛傳給主梁，又能構(gòu)成主梁截面的組成部分，并保證了主梁的整體作用，是橋梁結(jié)構(gòu)中非常重要的組成部分。
[0003]橋面板作為橋梁結(jié)構(gòu)中直接承受壓力的結(jié)構(gòu)，常因設(shè)計(jì)失誤、施工錯(cuò)誤、構(gòu)件后期養(yǎng)護(hù)條件未跟上、材質(zhì)不符合要求;或因結(jié)構(gòu)負(fù)荷增加、使用功能的改變;又或者因?yàn)橐恍┎豢煽沽σ蛩兀绲卣?、火?zāi)等原因?qū)е聵蛎姘逶獾綋p害，然而，要廢棄舊有橋面板，重新預(yù)制橋面板，一方面將造成經(jīng)濟(jì)損失；另一方面將耽擱建設(shè)工期，因此有必要采取有效、可靠技術(shù)進(jìn)行加固處理。目前，體外加固所使用的材料大都是鋼板、FRP筋，由于鋼材易生銹的性質(zhì)，所以在施工過(guò)程中要考慮防腐等問(wèn)題，定期刮漆、噴漆等手段使其施工維護(hù)比較復(fù)雜，而加固材料基本上一直處于暴露在空氣中的工作狀態(tài)，尤其是腐蝕環(huán)境條件下，會(huì)使鋼材自身特別容易發(fā)生銹蝕，這會(huì)導(dǎo)致加固效果低于預(yù)期，而且會(huì)隨著后期的維護(hù)而增大經(jīng)濟(jì)損失；而FRP筋加固價(jià)格比較昂貴。找到一種力學(xué)性能滿足體外加固要求，同時(shí)提高加固結(jié)構(gòu)耐久性、穩(wěn)定性，且價(jià)格相對(duì)便宜、施工簡(jiǎn)單的加固方法和加固結(jié)構(gòu)，是解決橋面板加固的關(guān)鍵。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)及加固方法，加固方法簡(jiǎn)單，且有效提高橋面板穩(wěn)定性。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明系統(tǒng)采用如下技術(shù)方案:
[0006]包括橋墩以及設(shè)置在橋墩上的橋面板，橋面板的下側(cè)設(shè)置有若干根高強(qiáng)鋁合金板，高強(qiáng)鋁合金板均平行于橋面板的軸線。
[0007]進(jìn)一步地，每根高強(qiáng)鋁合金板的寬度為150mm;相鄰高強(qiáng)鋁合金板之間的間距為300?450mmo
[0008]進(jìn)一步地，橋面板的下側(cè)開(kāi)設(shè)有若干個(gè)凹槽，凹槽內(nèi)安裝有若干根加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋均垂直于橋面板的軸線。
[0009]進(jìn)一步地，每根加強(qiáng)筋的直徑不小于18mm，相鄰加強(qiáng)筋之間的間距在450mm以上。
[0010]進(jìn)一步地，加強(qiáng)筋采用高強(qiáng)鋁合金筋。
[0011 ]進(jìn)一步地，凹槽的直徑為加強(qiáng)筋直徑的1.5?2倍。
[0012]進(jìn)一步地，高強(qiáng)鋁合金板通過(guò)若干個(gè)螺栓固定安裝在橋面板的下側(cè)。
[0013]進(jìn)一步地，螺栓的材質(zhì)為高強(qiáng)鋁合金;且相鄰螺栓之間的間距為700mm。
[0014]進(jìn)一步地，高強(qiáng)鋁合金板的強(qiáng)度至少為700MPa。
[0015]本發(fā)明加固方法的技術(shù)方案是，包括以下步驟:
[0016](a)首先在高強(qiáng)鋁合金板上加工用于安裝螺栓的螺紋孔;然后將材質(zhì)均為高強(qiáng)鋁合金的加強(qiáng)筋、高強(qiáng)鋁合金板和螺栓進(jìn)行表面氧化處理;清理待加固的橋面板；
[0017](b)在橋面板下側(cè)對(duì)加強(qiáng)筋、高強(qiáng)鋁合金板和螺栓進(jìn)行定位放線，確定其安裝位置，其中高強(qiáng)鋁合金板沿橋面板的縱向方向，加強(qiáng)筋沿橋面板的橫向方向；
[0018](C)在橋面板下側(cè)加強(qiáng)筋的安裝位置處開(kāi)設(shè)凹槽，在螺栓的安裝位置處進(jìn)行鉆孔；
[0019](d)在凹槽內(nèi)以及高強(qiáng)鋁合金板的安裝位置處均涂抹結(jié)構(gòu)膠，先在凹槽內(nèi)安裝加強(qiáng)筋，再安裝高強(qiáng)鋁合金板，最后安裝螺栓，將高強(qiáng)鋁合金板固定在橋面板下側(cè)，完成混凝土橋面板體外加固。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0021]本發(fā)明系統(tǒng)中通過(guò)設(shè)置高強(qiáng)鋁合金板對(duì)橋面板進(jìn)行加固，高強(qiáng)鋁合金具備極好的耐腐蝕性和與鋼材相近的強(qiáng)度與塑性，可以顯著提高混凝土橋面板的承載力和耐久性，在不增加自重的情況下，提高承載能力，降低了侵蝕環(huán)境下橋面板的安全隱患以及由于后期維護(hù)而造成的經(jīng)濟(jì)損失，并且保證了橋面板具有良好的延性;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，尤其是高強(qiáng)鋁合金低溫性能優(yōu)異，在嚴(yán)寒地區(qū)作為橋面板的體外預(yù)應(yīng)力加固材料優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
[0022]進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)高強(qiáng)鋁合金板的寬度和間距之間的配合關(guān)系，有效提高加固效果，提高穩(wěn)定性。
[0023]進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)在縱向使用高強(qiáng)鋁合金板進(jìn)行加固的同時(shí)，橫向采用加強(qiáng)筋進(jìn)行開(kāi)槽加固，更好地加強(qiáng)穩(wěn)定性。
[0024]本發(fā)明加固方法采用加強(qiáng)筋、高強(qiáng)鋁合金板對(duì)橋面板進(jìn)行體外加固，采用高強(qiáng)鋁合金并對(duì)高強(qiáng)鋁合金表面進(jìn)行氧化處理，具備極好的耐腐蝕性和與鋼材相近的強(qiáng)度與塑性，可較好的解決現(xiàn)有加固方法的不足，可以顯著提高混凝土橋面板的承載力和耐久性，簡(jiǎn)單實(shí)用，易于施工。
【【附圖說(shuō)明】】
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是圖1中A-A向的剖面圖。
[0027]圖中，1、橋墩;2、橋面板;3、加強(qiáng)筋;4、高強(qiáng)鋁合金板;5、螺栓。
【【具體實(shí)施方式】】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明包括橋墩I以及設(shè)置在橋墩I上的橋面板2，橋面板2的下側(cè)通過(guò)螺栓5固定安裝有若干根高強(qiáng)鋁合金板4，高強(qiáng)鋁合金板4均平行于橋面板2的軸線，且強(qiáng)度至少為700MPa;每根高強(qiáng)鋁合金板4的寬度為150mm;相鄰高強(qiáng)鋁合金板4之間的間距為300?450mmo
[0030]橋面板2的下側(cè)開(kāi)設(shè)有若干個(gè)凹槽，凹槽內(nèi)安裝有若干根加強(qiáng)筋3，加強(qiáng)筋3和橋面板2的下側(cè)齊平;加強(qiáng)筋3均垂直于橋面板2的軸線;加強(qiáng)筋3采用高強(qiáng)鋁合金筋;每根加強(qiáng)筋3的直徑不小于18mm，相鄰加強(qiáng)筋3之間的間距在450mm以上。加強(qiáng)筋3、高強(qiáng)鋁合金板4和螺栓5的材質(zhì)均為高強(qiáng)鋁合金，強(qiáng)度至少為700MPa。[0031 ]本發(fā)明中主要的工作過(guò)程及原理是:
[0032]1、加強(qiáng)筋3、高強(qiáng)鋁合金板4和螺栓5的表面處理和加固構(gòu)件表面處理。在工廠制作鋁合金時(shí)，在高強(qiáng)鋁合金板4的相應(yīng)位置進(jìn)行鉆孔，作為安裝螺栓5的孔洞。在安裝之前，采用陽(yáng)極氧化或化學(xué)氧化的方法對(duì)高強(qiáng)鋁合金進(jìn)行表面氧化處理，可以人工加厚高強(qiáng)鋁合金的氧化物薄膜，增強(qiáng)高強(qiáng)鋁合金制品的抗腐蝕性和耐磨性，以達(dá)到防護(hù)的目的。橋面板基層處理。除去待加固橋面板2底部抹灰層和破壞的疏松層，并用水清洗干凈。
[0033]2、定位放線。需在橋面板2下側(cè)對(duì)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋁合金板4、加強(qiáng)筋3和螺栓5進(jìn)行定位放線，確定其位置。高強(qiáng)招合金板4寬度宜采用150mm，間距300mm?450mm;加強(qiáng)筋3直徑取18mm以上，間距采用450mm以上;螺栓5間距取700mm。高強(qiáng)招合金板4沿橋面板2長(zhǎng)跨方向，即縱向方向；加強(qiáng)筋3沿短跨方向，即橫向方向。
[0034]3、橫向開(kāi)槽和鉆孔。在橋面板2下側(cè)橫向方向根據(jù)第2步放線位置進(jìn)行開(kāi)槽，直徑約為加強(qiáng)筋3直徑的1.5?2倍，在螺栓5位置進(jìn)行鉆孔。
[0035]4、高強(qiáng)鋁合金板4、加強(qiáng)筋3的安裝。在橫向開(kāi)槽位置涂抹結(jié)構(gòu)膠，縱向位置刷抹結(jié)構(gòu)膠，先放置橫向的加強(qiáng)筋3，再放置縱向的高強(qiáng)鋁合金板4，然后安裝鋁合金的螺栓5。
[0036]5.橋面板抹灰處理。安裝完成后，待結(jié)構(gòu)膠凝固，對(duì)橋面板2的加固部位，比如高強(qiáng)鋁合金板4和加強(qiáng)筋3等處進(jìn)行涂抹水泥砂漿處理。本發(fā)明橋面板2進(jìn)行加工制作時(shí)，澆筑使用的材料為混凝土，可以是普通混凝土、高強(qiáng)混凝土、輕骨料混凝土等其他形式的混凝土材料。采用加強(qiáng)筋3、高強(qiáng)鋁合金板4對(duì)混凝土橋面板2進(jìn)行體外加固。由于采用了鋁合金具備極好的耐腐蝕性和與鋼材相近的強(qiáng)度與塑性，可較好的解決現(xiàn)有加固方法的不足，可以顯著提高混凝土橋面板的承載力和耐久性，簡(jiǎn)單實(shí)用，易于施工。
[0037]本發(fā)明使用范圍廣，如沒(méi)有進(jìn)行過(guò)任何形式的加固；或者在高強(qiáng)鋁合金加固之前，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)某種加固，因?yàn)楦鞣N原因需要重新加固。如在已經(jīng)加固過(guò)的混凝土橋面板2上重新加固，或者與其他預(yù)應(yīng)力加固材料共同加固，如果存在其他的金屬加固材料，應(yīng)避免高強(qiáng)鋁合金與這些金屬加固材料接觸，以防止發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而影響加固效果以及造成的安全隱患。如果之前的加固對(duì)高強(qiáng)鋁合金體外加固的施工及力學(xué)性能沒(méi)有影響，則可在之前加固的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行再加固；反之，若產(chǎn)生影響，則需在滿足安全性及對(duì)橋面板2不造成破壞的前提下，將之前進(jìn)行的加固處理干凈，然后再對(duì)橋面板2進(jìn)行高強(qiáng)鋁合金體外加固。
[0038]充分考慮某特定情況下橋面板2受力特征及環(huán)境因素后，橋面板2體外預(yù)應(yīng)力加固選擇的材料可以全部使用高強(qiáng)鋁合金，也可以使用高強(qiáng)鋁合金與其他加固材料共同加固。
[0039]本發(fā)明的具體優(yōu)點(diǎn)是:
[0040](I)高強(qiáng)鋁合金的比強(qiáng)度高，其強(qiáng)度有700MPa之多，本發(fā)明中采用的高強(qiáng)鋁合金的屈服強(qiáng)度可達(dá)到705MPa，可達(dá)到普通鋼材的兩倍多，密度只為鋼材的1/3;同時(shí)其彈性模量較小，約為鋼筋的1/3。用高強(qiáng)鋁合金進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，可以在不增加自重的情況下，提高承載能力，并且保證了橋面板具有良好的延性。
[0041](2)高強(qiáng)鋁合金中的單質(zhì)鋁元素或其他單質(zhì)金屬元素，暴漏在空氣中會(huì)發(fā)生反應(yīng)，可使高強(qiáng)鋁合金表面產(chǎn)生致密的氧化膜，從而具有良好的耐腐蝕性，尤其在侵蝕環(huán)境下，其優(yōu)勢(shì)更加明顯。在強(qiáng)酸(pH = 2)環(huán)境下，浸泡8天，鋁合金的質(zhì)量損失最大只有0.46%;在強(qiáng)堿(pH=12.3)環(huán)境下，浸泡35天，鋁合金質(zhì)量損失最大只有2.3%。其抗腐蝕性顯而易見(jiàn)，能顯著提高混凝土 T梁的耐久性和安全性。
[0042](3)鋁元素在地殼中的含量?jī)H次于氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素，而日常生活中高強(qiáng)鋁合金材料的應(yīng)用也比較普遍，這使高強(qiáng)鋁合金的價(jià)格在一些工程中是完全可以接受的。
[0043](4)使用鋁合金進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，本發(fā)明中對(duì)高強(qiáng)鋁合金表面進(jìn)行氧化處理，解決了防腐等處理，施工方便簡(jiǎn)單。
[0044](5)本發(fā)明中高強(qiáng)鋁合金板4和加強(qiáng)筋3的筋截面尺寸、數(shù)量以及布置等要求，根據(jù)加固橋面板的破壞程度和尺寸計(jì)算所得。用多根組合的高強(qiáng)鋁合金板4和加強(qiáng)筋3，且通過(guò)直徑、長(zhǎng)度、間距等等條件之間的相互配合，有效提高穩(wěn)定性。
[0045]本發(fā)明使用混凝土作為橋面板2的澆筑材料，同時(shí)對(duì)加強(qiáng)筋3、高強(qiáng)鋁合金板4和螺栓5表面進(jìn)行處理，使用該加強(qiáng)筋3、高強(qiáng)鋁合金板4和螺栓5對(duì)輕骨料橋面板2進(jìn)行體外加固。體外加固技術(shù)施工方便、經(jīng)濟(jì)可靠，能有效地提高現(xiàn)有橋梁承載能力、改善結(jié)構(gòu)性能;使用全新材料高強(qiáng)鋁合金，發(fā)揮出其不易銹蝕的特點(diǎn)，降低了侵蝕環(huán)境下橋面板的安全隱患以及由于后期維護(hù)而造成的經(jīng)濟(jì)損失，此外高強(qiáng)鋁合金低溫性能優(yōu)異，在嚴(yán)寒地區(qū)作為橋面板的體外預(yù)應(yīng)力加固材料優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，包括橋墩(I)以及設(shè)置在橋墩(I)上的橋面板(2)，橋面板(2)的下側(cè)設(shè)置有若干根高強(qiáng)鋁合金板(4)，高強(qiáng)鋁合金板(4)均平行于橋面板(2)的軸線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，每根高強(qiáng)鋁合金板(4)的寬度為150mm;相鄰高強(qiáng)招合金板(4)之間的間距為300?450mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，橋面板(2)的下側(cè)開(kāi)設(shè)有若干個(gè)凹槽，凹槽內(nèi)安裝有若干根加強(qiáng)筋(3 )，加強(qiáng)筋(3)均垂直于橋面板(2)的軸線。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，每根加強(qiáng)筋(3)的直徑不小于18mm，相鄰加強(qiáng)筋(3)之間的間距在450mm以上。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，加強(qiáng)筋(3)采用高強(qiáng)鋁合金筋。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，凹槽的直徑為加強(qiáng)筋⑶直徑的1.5?2倍。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，高強(qiáng)鋁合金板(4)通過(guò)若干個(gè)螺栓(5)固定安裝在橋面板(2)的下側(cè)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，螺栓(5)的材質(zhì)為高強(qiáng)鋁合金;且相鄰螺栓(5)之間的間距為700mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)，其特征在于，高強(qiáng)鋁合金板(4)的強(qiáng)度至少為700MPa。10.混凝土橋面板體外加固方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先在高強(qiáng)鋁合金板(4)上加工用于安裝螺栓(5)的螺紋孔;然后將材質(zhì)均為高強(qiáng)鋁合金的加強(qiáng)筋(3)、高強(qiáng)鋁合金板(4)和螺栓(5)進(jìn)行表面氧化處理;清理待加固的橋面板(2)； (b)在橋面板(2)下側(cè)對(duì)加強(qiáng)筋(3)、高強(qiáng)鋁合金板(4)和螺栓(5)進(jìn)行定位放線，確定其安裝位置，其中高強(qiáng)鋁合金板(4)沿橋面板(2)的縱向方向，加強(qiáng)筋(3)沿橋面板(2)的橫向方向； (c)在橋面板(2)下側(cè)加強(qiáng)筋(3)的安裝位置處開(kāi)設(shè)凹槽，在螺栓(5)的安裝位置處進(jìn)行鉆孔； (d)在凹槽內(nèi)以及高強(qiáng)鋁合金板(4)的安裝位置處均涂抹結(jié)構(gòu)膠，先在凹槽內(nèi)安裝加強(qiáng)筋(3)，再安裝高強(qiáng)鋁合金板(4)，最后安裝螺栓(5)，將高強(qiáng)鋁合金板(4)固定在橋面板(2)下側(cè)，完成混凝土橋面板體外加固。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及混凝土橋面板體外加固系統(tǒng)及加固方法，包括橋墩以及設(shè)置在橋墩上的橋面板，橋面板的下側(cè)設(shè)置有若干根高強(qiáng)鋁合金板，高強(qiáng)鋁合金板均平行于橋面板的軸線。本發(fā)明系統(tǒng)中通過(guò)設(shè)置高強(qiáng)鋁合金板對(duì)橋面板進(jìn)行加固，高強(qiáng)鋁合金具備極好的耐腐蝕性和與鋼材相近的強(qiáng)度與塑性，可以顯著提高混凝土橋面板的承載力和耐久性，在不增加自重的情況下，提高承載能力，降低了侵蝕環(huán)境下橋面板的安全隱患以及由于后期維護(hù)而造成的經(jīng)濟(jì)損失，并且保證了橋面板具有良好的延性；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，尤其是高強(qiáng)鋁合金低溫性能優(yōu)異，在嚴(yán)寒地區(qū)作為橋面板的體外預(yù)應(yīng)力加固材料優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
【IPC分類(lèi)】E01D22/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105714700
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610285605
【發(fā)明人】邢國(guó)華, 常召群, 王春生, 吳濤
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)