桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置及其加固方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁加固技术领域，具体涉及一种桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置及其加固方法。
背景技术
大跨径预应力混凝土桥梁受预应力、混凝土收缩徐变、施工质量、维护等因素的影响，其结构受力状态不断变化，会导致桥梁跨中下挠，严重时导致腹板、跨中底板开裂，连续梁还会导致负弯矩顶板开裂。而现有的加固方法包括增大截面法，粘钢板、粘CFRP(碳纤维增强基复合材料)板，或贴CFRP布，以及各种预应力方法。
针对上述因受力变形和开裂的最有效的加固方法是预应力方法，而预应力方法也包括采用不同材料、体内和体外等不同方法。相对于其他预应力方法，最有效、最快捷和最方便实现的加固方法是采用施加体外预应力的方法，也是目前最常见的工程解决办法。
相对于需要采用预应力加固的桥梁，通常是跨度相对大桥梁，其开裂和变形相对严重。在采用体外预应力加固时，必然会影响其原有受力状态。在加固过程中，为了克服施工空间和环境等不利影响，在兼顾受力情况下，施加的预应力通常采用较为集中转向和锚固的形式，导致的问题就是结构受力体系发生改变，体外预应力在锚固点或转向点较为集中。而为避免集中力导致的次生开裂问题，就是要做较强大或复杂的锚固构造或转向构造。
而且通常锚固区或转向区的施工空间比较小，强大和复杂的锚固构造或转向构造则进一步增加了施工难度。具体做法是在梁体特定部位(以箱梁为例，则是在箱梁内)，增加钢筋混凝土锚固块或板、转向块或板，并将预应力锚固用预应力锚板或转向块预埋其中。要完成这一工序，通常需要凿除锚固和转向区段的部分混凝土，使相应锚固块或板和转向块或板的钢筋与既有桥梁结构的钢筋实现相交，或采用植筋方法把其钢筋与既有桥梁结构钢筋相交，以实现力向原结构上传递，钢筋网中固定锚板或转向器，然后再安装模板和浇混凝土。待混凝土强度达到设计要求(通常中一周以后)，安装预应力索于锚板和转向块中，再进行预应力张拉施工，全桥的施工周期因为这一特定的工序要求而不得不延长，这对于一些急需解决病害以恢复交通的桥梁来说肯定不利。这其中，受到预应力索体影响，有时工作空间通常影响限制，还需要凿开箱梁结构以安装预埋钢筋网、锚板或转向器，事后再修复。其施工复杂程度增加了大量人力和物力消耗。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置及其加固方法，以解决传统桥梁体外预应力加固方法存在体外预应力在锚固点或转向点较为集中，施工复杂、施工周期长的问题。
为实现上述目的，提供一种桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置，包括：
预制转向件，所述预制转向件设置于待加固桥梁的转向点，所述转向点的相对两侧设置有分散的多个锚固点；
多个预制锚固件，所述预制锚固件设置于所述锚固点；
湿接缝，所述预制锚固件、所述预制转向件分别与所述待加固桥梁之间形成所述湿接缝，所述湿接缝中浇筑有混凝土；
多个分散体外预应力索，所述分散体外预应力索穿设于所述预制转向件，所述分散体外预应力索的两端分别连接于所述转向点的相对两侧的所述预制锚固件。
进一步的，多个所述分散体外预应力索施加分别施加有等量或相近的预应力。
进一步的，所述预制转向件中埋设有锚固筋，所述锚固筋伸出所述预制转向件的外部并伸至所述湿接缝中，所述转向点安装有第一植筋，所述锚固筋连接于所述第一植筋，所述混凝土包覆于所述锚固筋和所述第一植筋。
进一步的，所述预制锚固件中埋设有锚固筋，所述锚固筋伸出所述预制转向件的外部并伸至所述湿接缝中，所述锚固点安装有第二植筋，所述锚固筋连接于所述第二植筋，所述混凝土包覆于所述锚固筋和所述第二植筋。
进一步的，所述混凝土为超高性能混凝土。
进一步的，所述预制锚固件倾斜安装于所述锚固点。
本发明提供一种桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置的加固方法，包括以下步骤：
确定待加固桥梁的转向点和分散设置于所述转向点的相对两侧的多个锚固点；
于待加固桥梁的转向点设置预制转向件，使得所述预制转向件与所述待加固桥梁之间形成湿接缝；
于所述转向点的相对两侧的多个锚固点设置多个预制锚固件，使得所述预制锚固件与所述待加固桥梁之间形成湿接缝；
于所述预制锚固件、所述预制转向件分别与所述待加固桥梁之间形成的所述湿接缝中浇筑混凝土，使得所述预制锚固件和所述预制转向件固设于所述待加固桥梁；
于所述预制转向件中穿设多个分散体外预应力索，并将所述分散体外预应力索的两端分别连接于所述转向点的相对两侧的所述预制锚固件；
在所述分散体外预应力索的两端连接于所述预制锚固后，张拉所述分散体外预应力索以对所述分散体外预应力索施加预应力。
进一步的，在实施所述张拉所述分散体外预应力索以对所述分散体外预应力索施加预应力的步骤时，对多个所述分散体外预应力索施加等量或相近的预应力。
本发明的有益效果在于，本发明的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置，采用模块化设计方法，简化待加固桥梁的体外预应力加固的设计过程；预制模块化结构加工，有利于工厂标准化预制，保证质量的同时，实现成本节约；预制构件(预制锚固件和预制转向件)及预埋件，减少可能的施工偏差，从而方便安装施工，提高加固施工效率，缩端了施工周期；采用装配式安装，实现标准化安装作业，容易控制施工质量；采用分散式锚固，有利于待加固桥梁既有结构的受力，避免集中传力导致待加固桥梁损伤或需要更多构造代价。本发明的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置，实现了下挠变形的大跨径桥梁的快速修复，保障交通大动脉的通畅，不仅为桥梁管理单位提供了全新的桥梁管养思路，更为施工单位提供了技术方案和理论支撑，也为设计单位在设计过程中进行桥梁全寿命的可能变化提供设计参考。
附图说明
图1为本发明实施例的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的预制锚固块的安装示意图。
图3为本发明实施例的预制转向块的安装示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为本发明实施例的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置的结构示意图、图2为本发明实施例的预制锚固块在箱梁中的安装示意图、图3为本发明实施例的预制转向块在T形梁中的安装示意图。
参照图1至图3所示，本发明提供了一种桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置，包括：预制转向件2、多个预制锚固件3、湿接缝a、多个分散体外预应力索4和混凝土5。
预制转向件2设置于待加固桥梁1的转向点。转向点的相对两侧设置有分散的多个锚固点。多个预制锚固件3分别一一对应地设置于锚固点。
预制锚固件3、预制转向件2分别与待加固桥梁1之间形成湿接缝a。湿接缝a中浇筑有混凝土5。湿接缝能在最小影响前提下，将转向力和锚固力向结构上传递。
多个分散体外预应力索4穿设于预制转向件2。分散体外预应力索4的两端分别连接于转向点的相对两侧的预制锚固件3。
本发明的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置，基于多点分散式体外索设计理念，即改变以传统的通长的连续索为主的设计理念，转变为以短索、分散体外预应力索为主的设计思路，将传统的集中锚固或转点的拉索变为分散体外预应力索，减少待加固桥梁的局部受力过大带来的负面影响，同时可克服转向件和锚固件安装空间过小等不利因素。由于待加固桥梁的原有结构截面受力状态因新增体外预应力的改变，需要通过优化设计，将需要调整作用力的本发明的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置的锚固件和转向件分散或布置在最有利位置，从而保证预应力性能的充分发挥，也能保证待加固桥梁结构后期性能的稳定性。正是因为分散体外预应力索分散后，更容易适应待加固桥梁结构沿跨度方向的受力变化，包括弯矩和剪力分布规律，以及截面正应力和主应力方向的改变，因而给结构受力带来便利。
本发明的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置，采用模块化设计方法，简化待加固桥梁的体外预应力加固的设计过程；预制模块化结构加工，有利于工厂标准化预制，保证质量的同时，实现成本节约；预制构件(预制锚固件和预制转向件)及预埋件，减少可能的施工偏差，从而方便安装施工；采用装配式安装，实现标准化安装作业，容易控制施工质量；采用分散式锚固，有利于待加固桥梁既有结构的受力，避免集中传力导致待加固桥梁损伤或需要更多构造代价。本发明的桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置，实现了下挠变形的大跨径桥梁的快速修复，保障交通大动脉的通畅，不仅为桥梁管理单位提供了全新的桥梁管养思路，更为施工单位提供了技术方案和理论支撑，也为设计单位在设计过程中进行桥梁全寿命的可能变化提供设计参考。
在本实施例中，多个分散体外预应力索4在张拉后分别施加等量或相近的预应力。由于大跨径桥梁结构设计会根据多因素影响导致内部结构存在几何差异性，特别是受力状态存在不确定性，因而具有适应性的模块化结构(锚固件和转向件)需要通过分析不同跨径、截面构造等特点，划分不同规格进行优化设计。为此，基于多点分散式体外预应力的变形调整机理研究，将各点的锚固件和转向件统一或分类，尽可能布置相同的分散体外预应力索，对应分散体外预应力索力为T，使得对应的锚固点的受力相当，其带来的好处是锚固件受力相同，从而进一步的提高了预制锚固块和预制转向块的通用性。
作为一种较佳的实施方式，预制转向件2中埋设有锚固筋。锚固筋伸出预制转向件2的外部并伸至湿接缝a中。转向点安装有第一植筋11。锚固筋连接于第一植筋11。混凝土5包覆于锚固筋和第一植筋11。
参阅图3所示，为本发明实施例的预制转向块在T形梁中的安装示意图，预制转向件与T形待加固桥梁的腹板和顶板之间形成湿接缝，预制转向件的锚固筋伸至湿接缝中，第一植筋的第一端植入T形待加固桥梁的腹板和顶板中并焊接连接于预制转向件的锚固筋。湿接缝中浇筑有混凝土以包覆于锚固筋和第一植筋。
进一步的，预制锚固件3中埋设有锚固筋31。锚固筋伸出预制转向件2的外部并伸至湿接缝a中，锚固点安装有第二植筋12，锚固筋连接于第二植筋12，混凝土5包覆于锚固筋和第二植筋12。
参阅图2所示，为本发明实施例的预制锚固块在箱梁中的安装示意图，预制锚固件与箱型待加固桥梁的腹板和底板之间形成湿接缝，预制锚固件的锚固筋伸至湿接缝中，第二植筋的第一端植入箱型待加固桥梁的腹板和底板中并焊接连接于预制锚固件的锚固筋。湿接缝中浇筑有混凝土以包覆于锚固筋和第二植筋。
作为一种较佳的实施方式，第一植筋与预制转向件的锚固筋通过螺纹连接套筒连接在一起。第二植筋与预制锚固件的锚固筋通过螺纹连接套筒连接在一起。
在本实施例中，预制转向件和预制锚固件为预制钢筋混凝土块。
在一些实施方式中，第一植筋焊接连接于预制转向件的锚固筋。第二植筋焊接连接于预制锚固件的锚固筋。
作为一种较佳的实施方式，混凝土5为超高性能混凝土。在待加固桥梁的受力点分散后，相应的预制锚固件(锚固块)和预制转向件(转向块)，相较于传统的锚固块和转向件的体量自然也会小型化。此时再借助超高性能混凝土(UHPC材料)的优良受力性能，可将分散体外预应力索的预制锚固件或预制转向件小型化，从而为快速施工、安装提供了便利。
进一步的，由于提前将预制锚固件或预制转向件进行了归类和统一受力，相关预制锚固件或预制转向件可以提前做到工厂预制，这对于有转向要求的转向器，不仅因为采用了相同转向器，节省加工时间和经费，同时可以提前进行预埋。
标准化的预制锚固件或预制转向件，简化了设计人员工作难度，同时减少了施工难度和施工成本，节省了转向器成本和加工时间，更为后续的现场安装提供了便利，缩短施工工期，提高施工质量。
预制锚固件3倾斜安装于所述锚固点。根据待加固桥梁的受力所需布置锚固点、转向点的点数和位置要求，安装预制锚固件和预制转向件。锚固点和转向点分散在梁底、梁顶、腹板等位置，并在待加固桥梁的纵向方向上也分开布置。锚固件和转向件的倾斜安装的划分成三类形式：大角度的斜向布置拉索的预制锚固件；小角度的斜向或水平布置拉索的的预制锚固件；特定角度的预制转向件。以上倾斜安装的预制锚固件和预制转向件，每一类为一种相同构造尺寸的标准件。
本发明提供一种桥梁多点分散体外预应力预制模块加固装置的加固方法，包括以下步骤：
S1：确定待加固桥梁1的转向点和分散设置于所述转向点的相对两侧的多个锚固点。
S2：于待加固桥梁1的转向点设置预制转向件2，使得预制转向件2与待加固桥梁1之间形成湿接缝a。
具体的，于待加固桥梁的转向点植入第一植筋，将预制转向件的锚固筋连接于第一植筋，使得预制转向件与待加固桥梁的梁体之间形成湿接缝。
S3：于转向点的相对两侧的多个锚固点设置多个预制锚固件3，使得预制锚固件3与待加固桥梁1之间形成湿接缝a。
具体的，于待加固桥梁的锚固点植入第二植筋，将预制锚固件的锚固筋连接于第二植筋，使得预制锚固件与待加固桥梁的梁体之间形成湿接缝。
S4：于预制锚固件3、预制转向件2分别与待加固桥梁1之间形成的湿接缝a中浇筑混凝土5，使得预制锚固件3和预制转向件2固设于待加固桥梁1。
S5：在湿接缝中的混凝土硬化后，于预制转向件2中穿设多个分散体外预应力索4，并将分散体外预应力索4的两端分别连接于转向点的相对两侧的预制锚固件3。
S6：在分散体外预应力索4的两端连接于预制锚固后，张拉分散体外预应力索4以对分散体外预应力索4施加预应力。
在张拉分散体外预应力索4以对分散体外预应力索4施加预应力时，对多个分散体外预应力索4施加等量或相近的预应力。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。
