專利名稱：橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種抱柱梁，尤其是一種環形牛腿式抱柱梁，屬于土木工程橋梁工程改造領域。
背景技術：
、整體同步頂升技術已成功應用于現有橋梁的支座更換、凈空改造、樁基托換以及災后姿態調整等領域，并逐漸成為一門成熟的施工技術。在此之前，PLC液壓同步控制系統已在閘門開關、海上平臺調控、高層高聳建筑安裝等工程成功運用，部分工程已安全運營數十年，基本上論證了該技術的可靠性與安全性；而已大量完成的橋梁頂升工程證明，除千斤頂及控制系統外，綜合支承系統逐漸成為控制施工安全、工期及成本的關鍵因素。綜合支承系統大體可分為直立式與抱箍式兩類，且通常情況下，應優先采用直立式綜合支承系統，源于其結構簡單，傳力體系明確、各構件易模數化、標準化施工且誤差容易控制等優點；然而當遇到下述狀況時，應考慮采用抱箍式結構
1、原橋結構不具備足夠面積的承臺作為支承結構的支撐平臺；
2、原橋上部結構橋墩高度較高時，采用原有規格構件搭建的支承系統存在著顯著的穩定問題；若更改構件尺寸將大幅增加改造成本。此時，抱箍式綜合支承結構體現出較大的適應性。以往的抱箍式支承系統(又稱抱柱梁)，均通過界面連接力抵抗頂升反力，如傳統的混凝土抱柱梁結構通過在原橋墩外壁進行鑿毛處理后，通過新老混凝土的界面摩擦剪力獲得豎直向的支承反力；而近些年有人提出采用剪力鍵模式，使抱柱梁擱置于橋墩外表面；此外，在部分小型橋梁頂升工程中還采用的傳統的牛腿式結構(依據短懸臂桁架傳力原則，豎直向力沿45°壓力線傳遞至錨固端，并由上、下錨固螺栓所產生的一對力偶抵抗豎向力產生的彎矩效應)。上述結構鮮明的傳力特點決定了其工程應用的優劣，尤其在橋梁頂升工程中，優缺點的差異更顯著
鋼牛腿(對結構放大效應較為敏感)的結構簡單，但受到結構尺寸的限制(懸臂端長度較小，通常適用于單個千斤頂的支承面積)，上、下排螺栓的間距也較小(受45°壓力線控制)，所能承受的彎矩也相當局限，使得該結構的承載力較小；當頂升重量增加時，若單純增加結構尺寸，則材料的使用效率大幅降低，綜合效益很差；而且鋼牛腿通常單個設置(牛腿間設置支撐結構對整體穩定影響較小)，故僅適用于輕型橋梁(跨徑不大于20m的簡支板梁橋)的支座更換與小幅凈空改造。抱柱梁結構(對結構放大效應不敏感)則需依靠界面連接力提供頂升反力，故無一例外需要對原橋墩進行一定形式的處理(鑿毛或切槽)。鑿毛處理的單位面積抗剪強度甚低，故構件的尺寸往往較大；切槽處理對施工要求較高。鋼結構抱柱梁與鋼混組合結構抱柱梁大大降低了現場施工時間，但是，其結構規模仍與混凝土抱柱梁相仿，結構的制作成本較高，不適用于中小型橋梁的頂升工程。總而言之，開發一套適用性介于上述抱箍式綜合支承體系之間的針對性產品，并拓寬此類結構的適用范圍，進而降低橋梁頂升的綜合成本與改造工期，具有現實的工程意義。

發明內容
本發明針對現有技術的 不足，提供一種橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁，其具有制作成本低、結構整體性高的優點。為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案
一種橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁，包括環形牛腿式抱柱梁本體，該環形牛腿式抱柱梁本體包括兩個以上的預制抱柱梁分體，各預制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成；每一個預制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設置環形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定；所述剪切板、剪切連接板的長度方向均平行于抱箍鋼管的長度方向、垂直于端頂板，而剪切板、剪切連接板的寬度方向則與抱箍鋼管的外壁面法向平行。所述剪切板鄰近端頂板的區域沿環向設置預應力鋼束，而剪切板背離端頂板的區域沿環向設置抗剪錨固螺栓。端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分長度為覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分長度的0. 6-1 ;所述剪切板的長寬比為3-5。所述環形牛腿式抱柱梁本體沿徑向等分成三個預制抱柱梁分體。根據以上的技術方案，與目前普遍采用的混凝土抱柱梁以及部分學者提出鋼結構抱柱梁、鋼-混組合結構抱柱梁相比，橋梁頂升用環形鋼牛腿式抱柱梁結構具有以下幾個特點
A、制作成本低①全結構以承受剪力為主,材料的使用率高,相應的耗材較少；③單元中各構件的焊縫設置簡單明了，加工費用低現場無須對原橋墩進行額外處理，僅需用螺栓拼裝即可，工期短，費用少。B、結構整體性高全結構通過豎向密布螺栓連接；鋼管外壁采用預應力鋼束緊箍；端部擱置于橋墩處，并用螺栓錨固；底部環向密布抗剪螺栓。這些措施均確保了本產品在施工期間的整體性與穩定性。介于上述特點，該發明主要適用于以下幾類情況
A、中小型橋梁(跨度小于60m)的橋梁支座更換、凈空改造以及姿態調整，尤其當橋墩較高時，可以大量節省鋼管支承墩的耗材量，且具有較高的結構穩定性；
B、多跨橋梁的整體同步頂升工程，頂升工程的規模越大，跨數越多，該方案的優越性越顯著——①整個安裝、拆除過程不損傷原有橋墩，且整個過程施工方便，所需費用、時間短。


圖I是本發明的俯視圖；圖2是本發明的正視 圖3是圖2中I部分的放大結構示意 圖4是本發明的橫向展開示意 圖5是本發明端頂板承受千斤頂施力時的結構示意 圖6是本發明在圖5所示受力狀況下的傳力示意 圖I至4中端頂板I ;支承式承壓頂板11 ;懸挑式承壓頂板12 ;抱箍鋼管2 ;剪切連接板31 ;剪切板32 ;橋墩4 ;頂部錨固螺栓5 ;抗剪錨固螺栓6 ;抗剪錨固螺桿孔道61 ;高摩阻橡膠片7 ;預應力鋼束8 ;環向預應力鋼束81 ;螺旋型預應力錨固件82 ;連接螺栓孔道9。
具體實施方式

附圖非限制性地公開了本發明所涉及優選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖詳細地說明本發明的技術方案。如圖I至4所示，本發明所述橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁，包括環形牛腿式抱柱梁本體，該環形牛腿式抱柱梁本體包括兩個以上的預制抱柱梁分體，本申請中，環形牛腿式抱柱梁本體沿徑向等分成三個預制抱柱梁分體，以中心120°為一個單元(分為4份過于凌亂，影響拼裝后的整體性；分為兩份則加大現場的拼裝難度)；各預制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成。各個單元在工廠完成預制，所有構件均通過焊接連接；各個單元的邊界位置預留連接螺栓孔道，單元間在現場通過螺栓完成拼裝；全結構拼裝為整體后，設置頂部錨固螺栓與底部抗剪錨固螺栓，使抱柱梁結構與原橋橋墩形成一個整體。每一個預制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設置環形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定；所述剪切板、剪切連接板的長度方向均平行于抱箍鋼管的長度方向、垂直于端頂板，而剪切板、剪切連接板的寬度方向則與抱箍鋼管的外壁面法向平行。所述剪切板鄰近端頂板的區域沿環向設置預應力鋼束，而剪切板背離端頂板的區域沿環向設置抗剪錨固螺栓。端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分長度為覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分長度的0. 6-1 ;所述剪切板的長寬比為3-5。本發明通過修正結構的受力體系以大大簡化產品的制作與安裝，其傳力方式可分為兩部分，如圖5-6所不
第一部分，按照鋼牛腿的受力方式(整體結構的高寬比較大)，沿45°壓力線傳遞至墩梁接觸界面。此時，若擱置式端板處的臨時支承結構或千斤頂承受并傳遞頂升反力(如圖5所示)時，其通過杠桿原理抵消彎矩效應；若僅懸挑式端板受力時，其彎矩效應則由橋墩的水平反力及端部錨固螺栓共同承擔。值得指出的是，端部錨固螺栓的主要功能在于確保全結構在頂升施工階段的可靠性與安全性，
第二部分，按照傳統抱柱梁的受力方式，將未能通過45°線傳遞至墩梁界面的頂升反力通過墩梁界面接觸力(通過高摩阻橡膠提供，法向壓力有環向預應力提供)逐漸傳遞至橋墩，并在環形抱箍式鋼管底部設有錨固螺栓，承擔殘余頂升反力，并與擱置式端板一道控制結構的整體位移，避免在頂升施工期間偶然因素(驟然偏心作用)導致的工程隱患。此外，盡管高寬比較大，但該結構整體上仍屬于深受彎構件的范疇，墩梁接觸面的法向應力狀態不明確，故需沿抱柱梁豎向布置多道預應力鋼束，以提供足夠的徑向壓應力及豎向剪力。值得注意的是，在臨近底部抗剪螺栓區域附近，在螺栓施工期間已設置了初始的預壓力，且深受彎構件在底部始終處于受壓狀態，故在抱柱梁自上而下2/3以外的區域，可不設置預應力鋼束。綜上所述，本發明中各構件的布置如下所述
1.采用環形結構布置結構，增強結構的整體性與穩定性；
2.采用半支承式結構，以環形抱箍式鋼管為界，將向橋墩方向(徑向)延伸部分作為擱置式端板直接支承于原橋橋墩頂部或截斷面處；將背離橋墩方向(徑向)延伸部分作為懸挑式端板，以豎向通長的剪切板支承；其中，擱置式端板的延伸長度約為懸挑式端板延伸長度 的 0. 6^1. 0 倍；
3.擱置式端板與橋墩面之間設置錨固螺栓，以抵抗懸臂結構端部的負彎矩；
4.剪切板沿環向均勻布置，其寬度與懸挑式端板的延伸長度相仿；剪切板的長寬比控制在3. 0 5. 0 ；
5.在環形抱箍式鋼管內壁設置5 10mm高摩(擦)阻(力)橡膠，且橡膠的彈性模量適中；且在環形抱箍式鋼管外側的中上部直接設置多道環向預應力鋼束，并采用螺旋式錨固；并在剪切板的相應位置預留預應力鋼束孔道。通過張拉預應力鋼束以獲得較大的徑向圍壓，進而獲得足夠的豎向摩擦力；
環形抱箍式鋼管底部沿環向(即各個剪切板間)均勻設置一道抗剪錨固螺栓，每道沿豎 向設置上、下兩個螺栓，以承擔殘余頂升反力，并控制結構整體豎向位移。
權利要求
1.一種橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁，其特征在于包括環形牛腿式抱柱梁本體，該環形牛腿式抱柱梁本體包括兩個以上的預制抱柱梁分體，各預制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成；每一個預制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設置環形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定；所述剪切板、剪切連接板的長度方向均平行于抱箍鋼管的長度方向、垂直于端頂板，而剪切板、剪切連接板的寬度方向則與抱箍鋼管的外壁面法向平行。
2.根據權利要求I所述橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱 柱梁，其特征在于所述剪切板鄰近端頂板的區域沿環向設置預應力鋼束，而剪切板背離端頂板的區域沿環向設置抗剪錨固螺栓。
3.根據權利要求I所述橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁，其特征在于端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分長度為覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分長度的O. 6-1 ;所述剪切板的長寬比為3-5。
4.根據權利要求I所述橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁，其特征在于所述環形牛腿式抱柱梁本體沿徑向等分成三個預制抱柱梁分體。
全文摘要
本發明公開了一種橋梁頂升用橋墩環形牛腿式抱柱梁，包括兩個以上的預制抱柱梁分體，各預制抱柱梁分體采用連接螺栓通過剪切連接板徑向拼接而成；每一個預制抱柱梁分體均包括端頂板、抱箍鋼管；端頂板安裝在橋墩的頂部，且端頂板的邊緣沒出橋墩外圍；抱箍鋼管套接在橋墩的外圍，且抱箍鋼管與橋墩之間設置環形高摩阻橡膠片；端頂板覆蓋于抱箍鋼管斷面的板體部分通過頂部錨固螺栓與橋墩緊固，而端頂板延伸出抱箍鋼管斷面的板體部分通過剪切板與抱箍鋼管的外壁焊接固定。因此，本發明具有制作成本低、結構整體性高的優點。
文檔編號E01D22/00GK102733320SQ20121020971
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者吉伯海, 徐聲亮, 田圓, 陳宏偉 申請人:河海大學