本發(fā)明涉及建筑橋梁加固技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種橋梁結(jié)構(gòu)加固模具及加固方法。

背景技術(shù)：

橋梁結(jié)構(gòu)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)普遍會(huì)出現(xiàn)撓度增大，承載力、剛度下降等問(wèn)題，且由于不同程度存在的工程質(zhì)量問(wèn)題或遭受自然災(zāi)害的影響而需要采取補(bǔ)強(qiáng)加固等措施。傳統(tǒng)的加固方法主要有：加大截面法、外包鋼加固法、外部粘鋼加固法、粘貼纖維片材加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法、裂縫修補(bǔ)法以及噴射混凝土加固法等。傳統(tǒng)加固方法基本能夠解決常見(jiàn)的加固問(wèn)題，但也存在一些問(wèn)題。加大截面加固法能夠有效提高結(jié)構(gòu)剛度和承載力，但其屬于一種被動(dòng)加固方式，結(jié)構(gòu)自重增加較大；外包鋼加固法以及外部粘鋼加固法施工工序較為繁瑣，成本高，維護(hù)費(fèi)用高，抗腐蝕性能差，不防火，破壞往往是粘結(jié)破壞，不僅鋼材的強(qiáng)度不能得到充分的發(fā)揮，而且設(shè)計(jì)人員對(duì)于承載力的估算困難；纖維片材自重輕、抗拉強(qiáng)度高，抗腐蝕性能強(qiáng)，施工方便，但對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的提高不明顯，對(duì)已開(kāi)裂結(jié)構(gòu)的加固效果不明顯，對(duì)承載力的提高也較為有限；預(yù)應(yīng)力加固法對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的提高較為明顯，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的提高相對(duì)較??；增設(shè)支點(diǎn)加固法可以減小結(jié)構(gòu)跨徑，有效提高結(jié)構(gòu)的剛度和承載力，但要改變結(jié)構(gòu)的受力體系，施工困難，尤其是對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，增設(shè)支點(diǎn)加固法難以實(shí)現(xiàn)；裂縫修補(bǔ)法對(duì)于建筑物的安全性能和使用年限的耐久性有一定程度的提高作用，但對(duì)于結(jié)構(gòu)剛度和承載力的提高意義不大；噴射混凝土加固法施工困難，質(zhì)量難以保證，增加混凝土厚度有限，對(duì)于結(jié)構(gòu)剛度與承載力的提高作用不明顯。由此可見(jiàn)，目前傳統(tǒng)的加固方法都不同程度存在著固有缺陷，且現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的加固問(wèn)題往往涉及到多個(gè)方面，單一的加固方法難以滿足橋梁結(jié)構(gòu)維護(hù)、剛度及承載力提高的綜合性能要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種橋梁結(jié)構(gòu)加固模具。

本發(fā)明的另一目的是提供了一種采用預(yù)應(yīng)力和增大截面相結(jié)合提高橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載力的橋梁結(jié)構(gòu)加固方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種橋梁結(jié)構(gòu)加固模具，該加固模具包括u型模殼、頂板、充氣墊和充氣泵，所述u型模殼內(nèi)的底板上布設(shè)數(shù)個(gè)所述充氣墊，每個(gè)充氣墊通過(guò)氣管與所述充氣泵連接，所述頂板置于所述充氣墊上，所述u型模殼的底板設(shè)有若干充氣氣管通孔，所述u型模殼開(kāi)口周邊設(shè)有一組螺栓安裝孔，通過(guò)高強(qiáng)螺栓將所述u型模殼固定在待加固橋梁結(jié)構(gòu)的底面。充氣墊為長(zhǎng)方形的充氣墊，u型模殼內(nèi)可設(shè)置1個(gè)或多個(gè)充氣墊，每個(gè)充氣墊設(shè)置一個(gè)充氣口，多個(gè)充氣墊可以共用一個(gè)充氣泵。

本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)計(jì)方案中，上述頂板上還設(shè)有加熱片。當(dāng)施工溫度較低或要求新增混凝土快速固化時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟在頂板上方設(shè)置的加熱片，進(jìn)行升高溫度促使新增混凝土快速固化。

本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)計(jì)方案中，上述頂板采用具有剛度大且易于從混凝土脫模的材質(zhì)制成，例如：高硬度塑料、輕質(zhì)鋁合金或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。

本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)計(jì)方案中，上述u型模殼與待加固橋梁結(jié)構(gòu)的底面的接觸面之間設(shè)有橡膠墊，使梁底與u型模殼上邊緣接觸面結(jié)合緊密。

一種橋梁結(jié)構(gòu)加固方法，該加固方法采用纖維板預(yù)應(yīng)力加固與增大截面加固相結(jié)合進(jìn)行提高待加固橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載力。

本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)計(jì)方案中，該方法為先在待加固橋梁結(jié)構(gòu)的底面固定安裝一條或均勻排布的多條預(yù)應(yīng)力纖維板，然后用上述橋梁結(jié)構(gòu)加固模具鋪裝覆蓋預(yù)應(yīng)力纖維板的加固混凝土。

本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)計(jì)方案中，該方法的具體步驟如下：

1）對(duì)待加固橋梁結(jié)構(gòu)底表面進(jìn)行處理，除去碳化層、浮漿層并鑿毛，對(duì)待粘貼纖維板的底表面部分進(jìn)行修復(fù)和找平；對(duì)舊混凝土表面的處理是否恰當(dāng)、有效，直接關(guān)系到新舊混凝土的粘結(jié)性能，應(yīng)將舊混凝土的碳化層、浮漿層鑿除，使舊混凝土露出堅(jiān)實(shí)的表面，并具有一定粗糙度，隨后對(duì)其進(jìn)行除灰處理，對(duì)待粘貼纖維板部分進(jìn)行修復(fù)和找平。

2）將纖維板固定端錨具和張拉端固定支座分別固定在橋梁結(jié)構(gòu)底面的錨固端和張拉端，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3）將纖維板固定端固定在固定端錨具上，在纖維板上涂抹膠層厚度小于2cm結(jié)構(gòu)膠，另一端與張拉端錨具夾頭固定，對(duì)纖維板進(jìn)行張拉，達(dá)到設(shè)定的預(yù)應(yīng)力值時(shí)將張拉端錨具夾頭固定在張拉端錨具支座上；對(duì)纖維板所施加預(yù)應(yīng)力值不宜過(guò)大，在確保結(jié)構(gòu)加固中總預(yù)應(yīng)力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)錨固力分散化，降低纖維板在梁底錨固處的錨固力和應(yīng)力集中，有利于錨固性能的有效保證，同時(shí)有利于減小纖維板預(yù)應(yīng)力損失和松弛現(xiàn)象。

4）待預(yù)應(yīng)力纖維板結(jié)構(gòu)膠固化后，在預(yù)應(yīng)力纖維板兩邊，在橋梁結(jié)構(gòu)的底面上安裝加固模具的所述u型模殼，纖維板處于所述u型模殼中間位置，對(duì)所述u型模殼覆蓋的橋梁結(jié)構(gòu)表面及纖維板表面進(jìn)行表面處理。

5）從u型模殼的端部向其內(nèi)部灌注混凝土材料，當(dāng)灌注量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟所述充氣泵向充氣墊內(nèi)充氣，使頂板托著混凝土上升并與舊混凝土材料接觸。

6）待灌注的混凝土固化后，拆除所述加固模具。檢查u型模殼、充氣墊、頂板是否出現(xiàn)損壞、變形或損傷，如果沒(méi)有，可重復(fù)使用。

本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)計(jì)方案中，步驟4中對(duì)所述加固模具內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)表面處理為噴涂界面劑或刷涂界面砂漿；對(duì)所述加固模具內(nèi)纖維板表面進(jìn)行表面處理的方法是在纖維板下表面刷涂界面膠。

本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)計(jì)方案中，步驟5中所述混凝土可以采用普通混凝土或纖維混凝土或微膨脹混凝土等多種類型混凝土材料，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際需要選擇合適類型及配比。普通混凝土價(jià)格低廉、取料方便、施工技藝成熟，可用于對(duì)于梁底裂縫沒(méi)有特殊要求的加固工程中；纖維混凝土具有超高韌性、優(yōu)異的裂縫寬度控制能力、低滲透性、良好的耐久性等優(yōu)異性能，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固工程中可有效減少梁底裂縫；微膨脹混凝土是在混凝土中添加一定的膨脹劑，使混凝土在水化期間產(chǎn)生一定的膨脹，彌補(bǔ)混凝土的收縮，應(yīng)用到本發(fā)明中，由于新增混凝土在固化前處于相對(duì)封閉的u型模殼內(nèi)，微膨脹特性可進(jìn)一步提高新增混凝土與舊混凝土之間的粘結(jié)性能。所述混凝土根據(jù)需要可配置一定量的鋼筋，充分發(fā)揮鋼筋抗拉強(qiáng)度高、彈性模量大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可限制新增混凝土中裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展，進(jìn)一步提高橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和承載力。

本發(fā)明具有以下突出的有益效果：

1、本發(fā)明采用纖維板施加預(yù)應(yīng)力，充分發(fā)揮纖維板自重輕、抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕性、抗震性、抗沖擊性等良好性能，通過(guò)在梁底布置纖維板并施加預(yù)應(yīng)力，可有效閉合梁底既有損傷，提高橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和承載力。

2、本發(fā)明所采用的纖維板寬度根據(jù)梁寬等因素確定，纖維板可以為一條，也可以為多條在梁底均勻分布，保證梁底受力均勻，每條纖維板上施加的預(yù)應(yīng)力無(wú)需太大，保證纖維板錨固良好，有利于減小預(yù)應(yīng)力損失和長(zhǎng)期松弛現(xiàn)象；然而，整體的預(yù)應(yīng)力程度可滿足橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載力的提高需求。

3、本發(fā)明所采用加固模具由u型模殼、頂板及充氣墊組成，可在新增混凝土固化前提供支撐力，有效保障新增混凝土的密實(shí)度以及其與舊混凝土結(jié)構(gòu)之間粘結(jié)力的形成，且施工方便，質(zhì)量可控。

4、本發(fā)明將預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)與增大截面加固技術(shù)相結(jié)合，可充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，對(duì)纖維板施加預(yù)應(yīng)力后，橋梁結(jié)構(gòu)有一定程度的“上拱”效應(yīng)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)底部混凝土裂縫有一定程度的閉合作用；在已經(jīng)布置纖維板的梁底面再增設(shè)一定厚度的混凝土材料，增大了梁體截面高度，對(duì)于提高橋梁結(jié)構(gòu)的剛度與承載力有重要意義。本發(fā)明對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和承載力提高效果明顯，施工操作較方便，質(zhì)量可控，可廣泛用于各種橋梁結(jié)構(gòu)加固改造工程中。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例中橋梁結(jié)構(gòu)加固模具加固安裝側(cè)面剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實(shí)施例中橋梁結(jié)構(gòu)加固模具加固安裝橫截面剖視圖。

圖3是實(shí)施例中橋梁結(jié)構(gòu)加固安裝整體示意圖。

圖4是實(shí)施例中纖維板固定端錨具結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是實(shí)施例中纖維板張拉端錨具示意圖。

圖中，1—橋梁結(jié)構(gòu)；2—纖維板；3—充氣墊；4—頂板；5—充氣氣管；6—充氣泵；7—鋼筋；8—u型模殼；9—高強(qiáng)螺栓；10—加固模具；11—固定端錨具；12—張拉端固定支座；13—固定端錨具下端板；14—固定端錨具上蓋板；15—張拉端錨具夾頭；16—張拉端錨具支座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:

參見(jiàn)圖1～圖5，一種橋梁結(jié)構(gòu)加固模具10，該加固模具10包括u型模殼8、頂板4、充氣墊3和充氣泵6，u型模殼8內(nèi)的底板上布設(shè)數(shù)個(gè)充氣墊3，每個(gè)充氣墊3通過(guò)氣管與充氣泵6連接，頂板4采用具有剛度大且易于從混凝土脫模的材質(zhì)制成，本實(shí)施例中采用了高硬度塑料，保證混凝土灌入后不產(chǎn)生大的變形；頂板4置于充氣墊3上，u型模殼8的底板設(shè)有若干充氣氣管5通孔，頂板4上還設(shè)有加熱片，u型模殼8開(kāi)口周邊設(shè)有一組螺栓安裝孔，通過(guò)高強(qiáng)螺栓9將u型模殼8固定在待加固橋梁結(jié)構(gòu)1的底面，u型模殼8與待加固橋梁結(jié)構(gòu)1的底面的接觸面之間設(shè)有橡膠墊。

一種橋梁結(jié)構(gòu)加固方法，該加固方法采用纖維板預(yù)應(yīng)力加固與增大截面加固相結(jié)合進(jìn)行提高待加固橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載力。先在待加固橋梁結(jié)構(gòu)1的底面固定安裝一條或均勻分布的多條預(yù)應(yīng)力纖維板2，然后用上述橋梁結(jié)構(gòu)加固模具10鋪裝覆蓋預(yù)應(yīng)力纖維板2的加固混凝土。具體步驟如下：

1）對(duì)待加固橋梁結(jié)構(gòu)1底表面進(jìn)行處理，除去碳化層、浮漿層并鑿毛，對(duì)待粘貼纖維板2的底表面部分進(jìn)行修復(fù)和找平。

2）將纖維板2固定端錨具11和張拉端固定支座12用高強(qiáng)螺栓9分別固定在橋梁結(jié)構(gòu)1底面的錨固端和張拉端，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；參見(jiàn)附圖4、5，固定端錨具11為整體式錨具，分為上下兩部分，首先將固定端錨具下端板13固定于橋梁結(jié)構(gòu)1梁底，然后將纖維板2置于預(yù)留的凹槽內(nèi)，隨后蓋上上部分固定端錨具上蓋板14，將上下部分連接，確保纖維板2不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)；張拉端錨具選用分離式錨具以方便對(duì)纖維板2的張拉，張拉端錨具由錨具夾頭、固定支座和高強(qiáng)螺桿組成。

3）將纖維板2固定端固定在固定端錨具11上，在纖維板2上涂抹膠層厚度小于2cm結(jié)構(gòu)膠，另一端與張拉端錨具夾頭15固定，通過(guò)千斤頂對(duì)纖維板2進(jìn)行張拉，張拉到設(shè)定的預(yù)應(yīng)力值時(shí)將張拉端錨具夾頭15固定在張拉端錨具支座16上；纖維板2在梁底采用多條本實(shí)施例中為3條、均勻分布布置。由于纖維板2在梁底采用多條、均勻分布布置，所以對(duì)纖維板2所施加的預(yù)應(yīng)力值不宜過(guò)大，錨固性能易于保證，同時(shí)有利于減小預(yù)應(yīng)力損失和松弛現(xiàn)象?？刹捎梅旨?jí)、多次張拉的方法，以消除各部件之間的初始空隙。纖維板2具有自重輕、抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕性、抗震性、抗沖擊性等良好性能，通過(guò)在梁底布置纖維板2并施加預(yù)應(yīng)力，可閉合梁底裂縫，有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和承載力。對(duì)纖維板2施加預(yù)應(yīng)力時(shí)可以采用多次、分級(jí)張拉方法，以消除各部件之間的初始空隙。

4）待預(yù)應(yīng)力纖維板2結(jié)構(gòu)膠固化后，在預(yù)應(yīng)力纖維板2兩邊，在橋梁結(jié)構(gòu)1的底面上安裝加固模具10的u型模殼8，纖維板2處于u型模殼8中間位置，對(duì)u型模殼8覆蓋的橋梁結(jié)構(gòu)表面噴涂界面劑或刷涂界面砂漿處理，對(duì)纖維板2表面進(jìn)行刷涂界面膠的表面處理。

5）在梁體結(jié)構(gòu)1下表面纖維板2兩側(cè)合適位置植筋，在植筋上綁鋼絲，通過(guò)吊筋鋼絲將鋼筋7吊在合適位置。從u型模殼8的端部向其內(nèi)部灌注纖維混凝土，當(dāng)灌注量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟充氣泵6向充氣墊3內(nèi)充氣，使頂板4托著纖維混凝土上升并與舊混凝土材料接觸；充氣墊3為長(zhǎng)方形，u型模殼8內(nèi)設(shè)置多個(gè)充氣墊3，每個(gè)充氣墊3有一個(gè)充氣口，由充氣泵6進(jìn)行同時(shí)、等速充氣，盡量保證頂板4上升時(shí)保持水平。

當(dāng)施工溫度較低或要求新增混凝土快速固化時(shí)，在頂板4上方設(shè)置加熱片，通過(guò)升高溫度促使新增混凝土快速固化。

6）待灌注的纖維混凝土固化后，拆除加固模具10。所灌注混凝土可采用普通混凝土、超高韌性混凝土、微膨脹混凝土等多種類型混凝材料，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際需要選擇合適類型及配比。拆除加固模具10后，檢查是否出現(xiàn)損壞、變形或損傷，如果沒(méi)有，可重復(fù)使用，為了便于拆除，可在安裝前在u型模殼8側(cè)面及頂板4上刷涂一層不與混凝土發(fā)生反應(yīng)的礦物油或脫模劑。

纖維板2具有自重輕、抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕性、抗震性、抗沖擊性等良好性能，但一般情況下彈性模量較低，通過(guò)對(duì)纖維板2施加預(yù)應(yīng)力可以充分發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度高的特性。對(duì)纖維板2施加預(yù)應(yīng)力后，橋梁結(jié)構(gòu)1有一定程度的“上拱”效應(yīng)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)底部混凝土裂縫有一定程度的閉合作用。在已經(jīng)布置纖維板2的梁底面再增設(shè)一定厚度的混凝土材料，增大了梁體截面高度，對(duì)于提高橋梁結(jié)構(gòu)的剛度與承載力有重要意義。新增混凝土與舊混凝土之間以及新增混凝土與纖維板2之間的粘結(jié)性能直接關(guān)系到新增混凝土能否發(fā)揮應(yīng)有的作用，本發(fā)明通過(guò)對(duì)接觸面進(jìn)行鑿毛，在新舊混凝土接觸面及纖維板2底面分別刷涂界面劑砂漿和界面膠，保證新增混凝土與舊混凝土及纖維板2之間良好的粘結(jié)性能，同時(shí)，在新增混凝土材料固化前用特定的u型模殼8、頂板4及充氣墊3提供支撐力，可有效保障新增混凝土的密實(shí)度，施工方便，質(zhì)量可控。本發(fā)明采用預(yù)應(yīng)力和增大截面相結(jié)合提高橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載力的高效方法，可以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力加固法與增大截面加固法的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于有損傷的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)既有損傷的有效修復(fù)，采用增大截面可以大幅提高原有結(jié)構(gòu)的有效剛度和承載力。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。