[发明专利]一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法

说明书

本发明公开了一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法，该桁架由锚固角钢、锚固钢板、弦杆、腹杆、预应力筋以及锚具组成。桁架各部件均在工厂预制，通过螺栓进行现场装配，预应力筋锚固于桁架两端。桁架在预应力张拉过程中能发生一定变形，以保证预应力有效地施加于被加固构件，达到减小构件下挠、闭合裂缝的作用；张拉完成后通过斜杆固定桁架使其成为受力骨架，与构件共同承受弯矩和剪力，增大构件刚度，同时增强了预应力筋锚固体系，起到减小预应力损失的作用。该加固桁架采用装配式理念，施工便捷，无需中断交通，也无需大型吊装设备，施工工期短，同时充分发挥了桁架和体外预应力两种加固方式的优点，在混凝土结构加固领域具有广泛的应用。

技术领域

本发明涉及桥梁及建筑结构加固领域，特别涉及一种加固用装配式预应力桁架及其施工方法。

背景技术

混凝土结构由于其优越的性能目前已广泛应用于工程实践，然而由于混凝土老化、开裂、钢筋锈蚀、缺陷压浆、超载等原因，既有混凝土结构在服役期内出现承载力、刚度不足，因此需要一种高效的加固方法对结构进行加固。

目前，混凝土结构加固的方法主要有粘钢加固、粘贴纤维复合材料加固、体外预应力加固、增大截面加固等方法。粘钢以及粘贴纤维复合材料加固方法虽然加固后结构自重增加较小，但由于粘贴钢板和纤维复合材料的结构胶的材料性能的限制，钢板和纤维复合材料易于剥离，耐久性较差；而体外预应力加固法虽然能显著提高结构承载能力，但其施工比较复杂，可能会因预应力过大且集中而导致混凝土结构局部开裂；而对于增大截面加固法，虽然能够大幅提高混凝土结构的刚度和承载能力，但其施工过程比较复杂，施工周期长，加固后结构截面积、自重显著增大。

近年来，随着组合结构的应用和发展，一些学者已逐步将其应用于混凝土结构加固领域，比如发明专利申请“变高度索-桁架桥梁加固结构体系”(公开号：CN106567344A)中，采用变高度索-桁架的组合结构对桥梁进行加固，该变高度桁架位于桥梁底部，且未固定于桥梁结构上，依靠穿过桁架底部传力滑轮的预应力筋提供的预应力将其与梁底结合，同时预应力筋在桥墩上转向并在桥梁两端锚固，而预应力在传力滑轮处形成向上的合力，并传递给桁架，再通过分配梁将合力传递给桥梁而形成顶升力，将整桥顶升。桁架组装完成后需要大型吊装设备进行安装，施工过程比较复杂，同时桁架安装位置要求较高，否则容易偏心；桁架位于桥梁底部会减小桥下净空，对于加固有通航、通车等要求的桥梁时，需要控制加固后的桥下净空；预应力张拉时需要进行严格的控制，预应力过大会使得全桥整体顶升，导致结构失稳。该加固方法适用于等截面且梁底较宽的箱梁、板的整体加固，对于变截面的箱梁、T梁、墙等则不适用，也不适用于梁、板、墙等的局部加固。

发明专利“一种桥梁结构分离式钢—混凝土组合桁架加固法”(公开号：CN102535355A)中，通过组合结构加固技术，将两片混凝土T梁顶板形成的分离式主梁上翼缘加固成钢板-混凝土组合结构，下翼缘加固成低高度钢箱梁-混凝土组合结构，将分离式主梁变为箱型组合截面，安装桁架斜腹杆连接钢板和低高度钢箱梁，并张拉体外预应力筋，最后得到体外预应力钢-混凝土组合桁架加固的结构。该加固方法需要大型吊装设备对钢板以及低高度钢箱梁进行吊装，同时需要将低高度钢箱梁的钢板外围与植筋焊接，施工过程复杂；混凝土梁表面植筋多，会对结构造成损伤；在原混凝土梁与加固钢板以及低高度钢箱梁之间浇注混凝土，会增加结构自重，延长施工工期，同时混凝土在养护期间需中断交通。该加固方法仅限于对多片分离式的T梁或者小箱梁进行整体加固，对于大型箱梁、板、墙等则不适用，也不适用于梁、板、墙等的局部加固。

发明专利“一种预应力混凝土箱梁桥的体外预应力加固方法”(公开号：CN101230562A)中，空间钢桁架安装于混凝土箱梁内，并分段设置于体外预应力束转向和锚固或腹板开裂的位置；通过影响线理论进行优化分析，找出体外预应力束的最优布置；预应力束采用通长束与支点顶板短束相结合的方式，并在桁架上锚固和转向。空间桁架和预应力束均设置于箱梁内，安装设备的使用受限，施工过程困难、复杂；桁架的上、下整体节点板通过植筋与箱梁连接，需要在箱梁表面大量钻孔植筋，会对结构造成损伤。该加固方法仅限于对大型箱梁进行加固，对于矩形梁、T梁、小箱梁、板、墙等则不适用。