[发明专利]简支转连续体系加固重载铁路桥梁验证组件、系统及方法

说明书

本发明涉及简支转连续体系加固重载铁路桥梁验证组件、系统及方法，其包括在墩帽(1)与桥梁件(3)之间设置有主支座(2)；组件包括加固支撑组件(4)，加固支撑组件(4)设置在既有的墩帽(1)与桥梁件(3)之间且位于主支座(2)一侧；加固支撑组件(4)包括设置在墩帽(1)上的固定底座(6)、钢立柱(8)、支撑横梁(10)及具有弹性的缓冲支座(11)，在缓冲支座(11)上设置有减磨垫层(12)；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

技术领域

本发明涉及简支转连续体系加固重载铁路桥梁验证组件、系统及方法。

背景技术

重载铁路作为煤炭和矿石等大宗货物运输的主要通道，在国家经济建设中占有举足轻重的地位，已经成为世界铁路发展的重要方向之一。提高轴重、增加列车编组和提高行车密度是提升线路运能的方式，其中采用大轴重运行列车是降低成本、提高效率最有效的措施。然而，随着列车轴重的提高，对轴重最敏感的既有小跨度桥梁挠度大幅度增加、梁体裂缝迅速扩展等病害相继出现，刚度及承载力储备降低，严重威胁着重载列车的运行安全。然而，既有桥梁寿命还远未达到设计值，直接进行桥梁更换不仅花费巨大，也严重影响既有线路的正常运行。因此，桥梁加固就成为保障既有重载铁路扩能改造实现的重要途径。

关于大中小跨度桥梁定义，一、多孔跨径总长不同：1、大桥的多孔跨径为(100m≤L≤1000m)；2、中桥的多孔跨径为(30mL100m)；3、小桥的多孔跨径为(8m≤L≤30m)；二、单孔跨径不同：1、大桥的单孔跨径为(40mLk≤150m)；2、中桥的单孔跨径为(20m≤Lk≤40m)；3、小桥的单孔跨径为(5m≤Lk20m)。

国内外学者已经对既有桥梁加固理论、方法及技术等进行广泛的研究，提出了各种桥梁加固方法。按照加固原理可分为增大截面法、外贴材料法、体外预应力法等。许多学者也从结构体系转化角度提出了桥梁加固方法。利用湿接缝将多跨简支梁的首尾相连，形成多跨连续梁，以中支座承担负弯矩，从而降低跨中弯矩，实现结构承载能力的提高，这是简支体系转连续体系的加固方法。Xu等利用混凝土将3跨16.0m简支梁连接形成连续梁桥，并开展现场静、动态性能测试，验证了简支体系转连续体系加固方法可提高桥梁的服役性能。胡铁明等采用模型试验对简支变连续法加固的混凝土梁桥进行了疲劳试验，确定了加固前简支梁损伤程度对加固后连续体系的疲劳性能影响不显著。周长东等基于有限元方法和多体动力学理论，研究了简支变连续法加固后双T形桥梁的静、动态力学特征，验证了该加固方法可以显著提高桥梁的刚度和承载力。Chen等研究了一种新型横隔板加固T形梁的方式，并基于有限元模型，对横隔板的间距、位置、高度及支架厚度等参数进行了优化，确定了30m跨度T形梁对应的参数取值。蒋丽忠等提出一种辅助钢梁加固法，并采用列车-轨道-桥梁系统动力学方法，分析了加固前后桥梁的动力响应，并于现场实测数据进行了对比，确定了辅助钢梁加固可以显著提高双T梁的刚度。张文学等提出了一种附加自锚式悬索桥法加固方法，通过改变桥梁的受力状态达到加固效果，研究表明该加固方法可以有效控制主梁的内力与挠度，并抑制主梁裂缝的发展。陈建兵和勾红叶等提出了新增吊杆法加固钢管混凝土拱桥的方法，并采用数值仿真的方法验证了加固方法可有效改善桥梁的受力状态，并通过具体工程验证了该方法的可靠性。现有结构体系转化加固方法虽然均可以增加桥梁的承载能力，但应用于中小跨度桥梁时，会因桥跨的特殊性减小加固方法的效果，并且存在施工控制难、造价高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种简支转连续体系加固重载铁路桥梁验证组件、系统及方法。本发明提出一种利用既有桥墩增设竖向支撑支座的重载小跨度桥梁的加固方法，采用理论推导和有限元方法验证了该加固方法的有效性，结合响应面和多目标优化方法，确定了加固支撑支座的位置和支撑刚度，并基于车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学，从系统动力学的角度验证了加固方法的可行性。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种简支转连续体系加固重载铁路桥梁组件，在墩帽与桥梁件之间设置有主支座；组件包括加固支撑组件，加固支撑组件设置在既有的墩帽与桥梁件之间且位于主支座一侧。