一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106012874 A(43)申请公布日 2016.10.12

(21)申请号 201610591707.3(22)申请日 2016.07.25

(71)申请人 东南大学

地址 211189 江苏省南京市江宁区东南大

学路2号

申请人 安徽省交通控股集团有限公司(72)发明人 熊文　鲁圣弟　丁旭东　叶见曙　

韦国志　耿超　崔珊珊　李刚　李金山　杨宙　(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所

(普通合伙) 32249

代理人 杨晓玲(51)Int.Cl.

E01D 22/00(2006.01)

(54)发明名称

一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置(57)摘要

本发明公开了一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置在桥墩(2)横桥向一侧安装桥墩支承钢板(4)，在同侧主梁(1)底部安装主梁圆弧支承钢板(9)，通过铰接钢板(5)将工字钢支撑结构(7)铰接于桥墩支承钢板(4)，通过铰接球体(8)与工字钢支撑结构(7)铰接，并将铰接球体(8)嵌入主梁圆弧支承钢板(9)内，两者之间进行滑动/滚动接触，从而形成连接桥墩(2)横桥向一侧与同侧主梁(1)底板的钢结构支撑体系；在对称于桥墩(2)的另一侧建立同样的加固支撑结构，最终对独柱墩梁桥的单点支撑体系进行增强补充，形成包括原有支座的三支点多点支撑体系，达到对独柱墩梁桥进行抗倾覆加固的目的。

权利要求书1页 说明书5页 附图4页

CN 106012874 ACN 106012874 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，其特征在于，该装置包括桥墩支承钢板(4)、铰接钢板(5)、转动螺栓(6)、工字钢支撑结构(7)、铰接球体(8)、主梁圆弧支承钢板(9)；

所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置在桥墩(2)横桥向一侧安装桥墩支承钢板(4)，在同侧主梁(1)底部安装主梁圆弧支承钢板(9)，通过铰接钢板(5)将工字钢支撑结构(7)铰接于桥墩支承钢板(4)，通过铰接球体(8)与工字钢支撑结构(7)铰接，并将铰接球体(8)嵌入主梁圆弧支承钢板(9)内，两者之间进行滑动/滚动接触，从而形成连接桥墩(2)横桥向一侧与同侧主梁(1)底板的钢结构支撑体系；在对称于桥墩(2)的另一侧建立同样的加固支撑结构，最终对独柱墩梁桥的单点支撑体系进行增强补充，形成包括原有支座的三支点多点支撑体系，达到对独柱墩梁桥进行抗倾覆加固的目的。

2.根据权利要求1所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，其特征在于，所述的铰接钢板(5)为2块平行的半圆形状的铰接钢板垂直焊接于桥墩支承钢板(4)，并中间夹住工字钢支撑结构(7)的腹板，利用转动螺栓(6)同时穿过相同位置开孔的工字钢支撑结构(7)的腹板与2块铰接钢板(5)，形成铰接连接。

3.根据权利要求1所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，其特征在于，所述的主梁圆弧支承钢板(9)采用沿其纵桥向方向的圆弧面设计，其安装固定于混凝土主梁(1)底面，圆弧面面向外侧即面向主梁下方，形成沿纵桥向方向的圆弧滑动/滚动轨道(11)。

4.根据权利要求1所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，其特征在于，所述的主梁圆弧支承钢板(9)与工字钢支撑结构(7)通过铰接球体(8)进行滑动/滚动接触连接；当铰接球体(8)嵌入沿纵桥向设置的主梁圆弧支承钢板(9)的圆弧滑动/滚动轨道(11)中，并与该圆弧滑动/滚动轨道(11)进行滑动/滚动接触时，不仅达到竖向支撑的力学效果，还使得铰接球体(8)沿圆弧滑动/滚动轨道(11)沿纵桥向方向及任意转角方向可自由发生有限的纵向位移与转角位移，确保主梁(1)在温度、收缩徐变的作用下不受位移限制可自由产生纵向位移及任意方向转角。

5.根据权利要求1所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，其特征在于，所述的铰接球体(8)由两个半球体形成，工字钢支撑结构(7)的腹板夹在两半球体中间，同时开孔被转动螺栓(6)穿过，形成铰接连接。

6.根据权利要求1所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，其特征在于，所述的工字钢支撑结构(7)的长度由桥墩支承钢板(4)处铰接钢板(5)与主梁圆弧支承钢板(9)处铰接球体(8)之间的距离直接决定，无需进行主梁(1)提升等施工工序来提供加固支撑装置的施工空间。主梁圆弧支承钢板(9)可设置在主梁(1)底板宽的4分点处，工字钢支撑结构(7)与桥墩(2)的夹角根据需要可设置为30-60度，进而确定桥墩支承钢板(4)的安装位置。

2

CN 106012874 A

说　明　书

一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置

1/5页

技术领域

[0001]本发明涉及一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置。具体来说，通过在桥墩与主梁之间设置铰接工字钢增加除原有独柱墩单支点之外的主梁辅助支撑系统，并采用主梁圆弧支承钢板与铰接球体之间的滑动/滚动来满足运营阶段主梁纵向位移的需求，从而形成独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置。该独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置适用于针对已存在倾覆隐患的独柱墩梁桥增加支撑系统而进行结构加固，从而预防桥梁灾难性倒塌及避免人员伤亡。

背景技术

[0002]中小跨径独柱墩梁桥既可适应桥梁所处环境对桥型布置的要求，也能改善交通枢纽的外观；同时还有效减少占用土地，避免桥梁基础与地下建筑位置之间的冲突，并节省工程材料。相比双柱桥墩结构，其简洁的下部结构布置形式亦可减少对自然环境的破坏。特别对于梁底宽度较窄的匝道桥，独柱墩结构显然是其优选的布置形式。但在车辆偏载作用下，其单支点的支承形式对桥梁结构整体抗倾覆稳定性十分不利。事实上我国近年来发生过数起独柱墩梁桥整体倾覆事件，造成的危害极大，带来严重的经济损失和社会负面效应，所以必须在设计阶段确保该类桥梁在运营过程中具备足够合理的抗倾覆安全储备；而对于已存在倾覆隐患的独柱墩梁桥采用合理的支撑装置进行结构加固是预防桥梁灾难性倒塌及避免人员伤亡的优选方案之一。[0003]事实上，工程中已存在采用简单增大桥墩截面的方法增加额外支座的安装位置，从而通过后期额外增加支座的形式来增强侧向抗倾覆性能。但是该类方法支座安装时非常困难，安装空间有限以及安装时要求主梁提升会大大限制该方法的有效性与实用性；如若不采用可滑动的支座形式，而直接在桥墩与主梁间设置支撑构件(如钢结构)来提高支撑刚度，由于该支撑构件与桥墩与主梁的连接方式一般为刚性连接，该刚性连接会大大限制主梁在温度、收缩徐变等作用下的纵桥向位移与转角位移，一旦该位移发生但受到限制，在次内力的作用下则会反过来破坏加固支撑装置，大大降低其抗倾覆的功效。发明内容

[0004]技术问题：本发明所要解决的技术问题是：(1)提供一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，该抗倾覆加固支撑装置可增加除原有独柱墩单支点之外的主梁辅助支撑，以大幅度提高独柱墩梁桥的抗倾覆稳定性；(2)该加固支撑装置要求不能限制主梁的纵桥向位移，不会因为温度、收缩徐变等作用产生的主梁纵向位移或转角而导致加固支撑装置破坏，从而降低其抗倾覆功效；(3)设计思路需要简单明确，并且容易在实际工程中应用实施，不需要进行主梁提升等复杂施工工序。[0005]技术方案：本发明是一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，该装置包括桥墩支承钢板、铰接钢板、转动螺栓、工字钢支撑结构、铰接球体、主梁圆弧支承钢板；

[0006]所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置在桥墩横桥向一侧安装桥墩支承钢板，在

3

CN 106012874 A

说　明　书

2/5页

同侧主梁底部安装主梁圆弧支承钢板，通过铰接钢板将工字钢支撑结构铰接于桥墩支承钢板，通过铰接球体与工字钢支撑结构铰接，并将铰接球体嵌入主梁圆弧支承钢板内，两者之间进行滑动/滚动接触，从而形成连接桥墩横桥向一侧与同侧主梁底板的钢结构支撑体系；在对称于桥墩的另一侧建立同样的加固支撑结构，最终对独柱墩梁桥的单点支撑体系进行增强补充，形成包括原有支座的三支点多点支撑体系，达到对独柱墩梁桥进行抗倾覆加固的目的。

[0007]所述的铰接钢板为2块平行的半圆形状的铰接钢板垂直焊接于桥墩支承钢板，并中间夹住工字钢支撑结构的腹板，利用转动螺栓同时穿过相同位置开孔的工字钢支撑结构的腹板与2块铰接钢板，形成铰接连接。

[0008]所述的主梁圆弧支承钢板采用沿其纵桥向方向的圆弧面设计，其安装固定于混凝土主梁底面，圆弧面面向外侧即面向主梁下方，形成沿纵桥向方向的圆弧滑动/滚动轨道。[0009]所述的主梁圆弧支承钢板与工字钢支撑结构通过铰接球体进行滑动/滚动接触连接；当铰接球体嵌入沿纵桥向设置的主梁圆弧支承钢板的圆弧滑动/滚动轨道中，并与该圆弧滑动/滚动轨道进行滑动/滚动接触时，不仅达到竖向支撑的力学效果，还使得铰接球体沿圆弧滑动/滚动轨道沿纵桥向方向及任意转角方向可自由发生有限的纵向位移与转角位移，确保主梁在温度、收缩徐变的作用下不受位移限制可自由产生纵向位移及任意方向转角。

[0010]所述的铰接球体由两个半球体形成，工字钢支撑结构的腹板夹在两半球体中间，同时开孔被转动螺栓穿过，形成铰接连接。

[0011]所述的工字钢支撑结构的长度由桥墩支承钢板处铰接钢板与主梁圆弧支承钢板处铰接球体之间的距离直接决定，无需进行主梁提升等施工工序来提供加固支撑装置的施工空间。主梁圆弧支承钢板可设置在主梁底板宽的4分点处，工字钢支撑结构与桥墩的夹角根据需要可设置为30-60度，进而确定桥墩支承钢板的安装位置。

[0012]所述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置在桥墩横桥向一侧安装桥墩支承钢板，在同侧主梁底部安装主梁圆弧支承钢板，通过铰接钢板以及铰接球体分别将工字钢支撑结构铰接于桥墩支承钢板以及主梁圆弧支承钢板，从而形成连接桥墩横桥向一侧与同侧主梁底板的钢结构支撑体系，该支撑体系的形成并不需要进行主梁提升类的施工工序；其中主梁圆弧支承钢板中的圆弧滑动/滚动轨道可确保主梁在温度、收缩徐变等作用下自由产生纵桥向位移及任意方向转角，而不会因位移限制引起较大的次内力而破坏加固支撑装置。同理可在桥墩另一侧建立同样的钢结构支撑体系，最终对独柱墩的单点支撑体系进行增强补充，形成包括原有支座的三支点多点支撑体系，达到对独柱墩梁桥进行抗倾覆加固的目的。[0013]进一步，桥墩支承钢板安装时，嵌入混凝土桥墩表面，即首先按略大于钢板厚度的数值凿去一定厚度的桥墩表面混凝土，进而利用黏胶、植筋技术将桥墩支承钢板安装于混凝土桥墩表面，并采用铆钉加强固定。[0014]进一步，主梁圆弧支承钢板安装时，嵌入混凝土主梁底面表面，即首先按略大于钢板厚度的数值凿去一定厚度的主梁底面的表面混凝土，进而利用黏胶、植筋技术将主梁圆弧支承钢板安装于混凝土主梁底面表面，并采用铆钉加强固定，主梁圆弧支承钢板的圆弧面面向外侧(即面向主梁下方，非粘结侧)。[0015]进一步，桥墩支承钢板与工字钢支撑结构通过铰接钢板进行连接；铰接钢板呈半

4

CN 106012874 A

说　明　书

3/5页

圆形状，垂直于桥墩支承钢板面与其进行焊接；2块铰接钢板中间夹住工字钢支撑结构的腹板，并在同一位置进行开孔，利用转动螺栓同时穿过相同位置开孔的工字钢支撑结构腹板与2块铰接钢板，以形成铰接连接。[0016]进一步，主梁圆弧支承钢板与工字钢支撑结构通过铰接球体进行滑动/滚动接触连接；铰接球体与工字钢支撑结构腹板在同一位置开孔，利用转动螺栓同时穿过相同位置开孔的工字钢支撑结构腹板与铰接球体，形成铰接连接。[0017]进一步，铰接球体由两个半球体形成，工字钢支撑结构的腹板夹在两半球体中间，同时开孔被转动螺栓穿过。[0018]进一步，主梁支撑钢板采用圆弧面设计，该圆弧面沿纵桥向方向并形成圆弧滑动/滚动轨道，当铰接球体嵌入该圆弧滑动/滚动轨道，并与其进行滑动/滚动接触时，不仅达到竖向支撑的力学效果，还使得铰接球体沿圆弧滑动/滚动轨道沿桥纵向方向及任意转角方向可自由发生有限的纵向位移与转角位移，确保主梁在温度、收缩徐变等作用下可自由产生纵向位移及任意方向转角，而不会引起较大的次内力而破坏加固支撑装置。[0019]进一步，工字钢支撑结构的长度由桥墩支承钢板处铰接钢板与主梁圆弧支承钢板处铰接球体之间的距离直接决定，无需进行主梁提升等施工工序来提供加固支撑装置的施工空间。主梁圆弧支承钢板可设置在主梁底板宽的4分点处，工字钢支撑结构与桥墩的夹角一般设置为45度，进而确定桥墩支承钢板的安装位置。[0020]进一步，一般相对桥墩沿横桥向方向对称设置该加固支撑装置，形成包括原有支座的三支点多点支撑体系。[0021]有益效果：与现有技术相比，针对技术问题，本发明的技术方案具有以下有益效果：

[0022](1)提高独柱墩梁桥的抗倾覆稳定性。通过基于桥墩横桥向对称设置加固支撑系统，增加除原有独柱墩单支点之外的2处主梁辅助支撑，从而形成包括原有支座的三支点多点支撑体系，以大幅度提高独柱墩梁桥的抗倾覆稳定性。

[0023](2)加固支撑系统不限制主梁的纵桥向位移及任意方向转角位移。主梁圆弧支承钢板采用圆弧面设计，该圆弧面沿桥纵向方向并形成圆弧滑动/滚动轨道；而工字钢支撑结构与主梁圆弧支承钢板之间采用铰接球体进行连接。当铰接球体与该圆弧滑动/滚动轨道接触时，不仅达到竖向支撑的力学效果，还使得铰接球体沿圆弧滑动/滚动轨道沿纵桥向方向及任意转角方向可自由发生有限的纵向位移与任意方向转角，确保主梁在温度、收缩徐变等作用下可自由产生纵向位移与任意方向转角，而不会因位移限制而引起较大的次内力而破坏加固支撑装置。

[0024](3)存在足够的施工空间。工字钢支撑结构的长度由桥墩支承钢板处铰接钢板与主梁圆弧支承钢板处铰接球体之间的距离直接决定，可方便进行设计、加工与现场的构件安装与连接；同时不存在任何额外支座的安装施工，无需进行主梁提升等施工工序来提供加固支撑装置的施工空间。附图说明

[0025]图1是本发明的立面图。[0026]图2是图1中的A-A剖视图。

5

CN 106012874 A[0027]

说　明　书

4/5页

图3是图2中的铰接钢板与桥墩支承钢板连接方式的平面图。

[0028]图4是图1中的B-B剖视图。

[0029]图5是图1与图4中的铰接球体与主梁圆弧支承钢板相互关系的轴视图。[0030]图6是本发明的施工流程示意图。[0031]图中有：主梁1(横断面)、桥墩2、支座3、桥墩支承钢板4、铰接钢板5、转动螺栓6、工字钢支撑结构7、铰接球体8、主梁圆弧支承钢板9、铆钉10、圆弧滑动/滚动轨道11。具体实施方式

[0032]下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。[0033]如图1至图6所示，本发明的一种独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置，包括桥墩支承钢板4、铰接钢板5、工字钢支撑结构7、铰接球体8、主梁圆弧支承钢板9。首先将桥墩支承钢板4安装至桥墩2，安装时先将桥墩2相应位置凿至一定深度，以保证桥墩支承钢板4安装后表面与桥墩2的表面基本共面；进而将主梁圆弧支承钢板9安装至主梁1的梁底面，安装时先将主梁1底面相应位置凿至一定深度，以保证主梁圆弧支承钢板9安装后表面与主梁1底板的表面基本共面；接着将铰接钢板5垂直焊接至桥墩支承钢板4表面；最终利用转动螺栓6将工字钢支撑结构7与铰接钢板5铰接，利用转动螺栓6将铰接球体8与工字钢支撑结构7铰接，并将铰接球体8嵌入主梁圆弧支承钢板9中的圆弧滑动/滚动轨道11。从而不仅达到增加对主梁1竖向支撑的力学加固效果，还使得铰接球体8沿圆弧滑动/滚动轨道11沿桥纵向方向及任意转角方向可自由发生有限的纵向位移与任意方向转角。[0034]所述的桥墩支承钢板4安装时，嵌入混凝土桥墩2表面，即首先按略大于钢板厚度的数值凿去一定厚度的桥墩2表面混凝土，进而利用黏胶、植筋技术将桥墩支承钢板4安装于混凝土桥墩2表面，并采用铆钉10加强固定。

[0035]所述的桥墩支承钢板4与工字钢支撑结构7通过铰接钢板5进行连接；铰接钢板5呈半圆形状，垂直于桥墩支承钢板4板面进行焊接连接；两块铰接钢板5中间夹住工字钢支撑结构7的腹板，并在同一位置穿孔并采用转动螺栓6穿过以达到铰接的效果。[0036]所述的工字钢支撑结构7的腹板的另一端与铰接球体8连接，铰接球体8由两个半球体形成，工字钢支撑结构7的腹板夹在两半球体中间，同时开孔被转动螺栓6穿过以达到铰接的效果。

[0037]所述的主梁圆弧支承钢板9安装时，嵌入混凝土主梁1底板表面，即首先按略大于钢板厚度的数值凿去一定厚度的主梁1底板表面混凝土，进而利用黏胶、植筋技术将主梁圆弧支承钢板9安装于混凝土主梁1底面，并采用铆钉10加强固定，主梁圆弧支承钢板9的圆弧面面向外侧(即面向下方，非粘结侧)形成圆弧滑动/滚动轨道11。[0038]所述的圆弧滑动/滚动轨道11沿纵桥向方向，当铰接球体8嵌入该圆弧滑动/滚动轨道11，并与该圆弧滑动/滚动轨道11进行滑动/滚动接触，不仅达到增加对主梁1竖向支撑的力学加固效果，还使得铰接球体8沿圆弧滑动/滚动轨道11沿纵桥向方向及任意转角方向可自由发生有限的纵向位移与转角位移，确保主梁1在温度、收缩徐变等作用下可自由产生纵向位移及任意方向转角，而不会因限制位置引起较大的次内力而破坏加固支撑装置。[0039]所述的工字钢支撑结构7的长度由桥墩支承钢板4处铰接钢板5与主梁圆弧支承钢板9处铰接球体8之间的距离直接决定。主梁圆弧支承钢板9可设置在主梁底板宽的4分点

6

CN 106012874 A

说　明　书

5/5页

处，工字钢支撑结构7与桥墩夹角一般设置为45度，进而确定桥墩支承钢板4的安装位置。[0040]所述的该独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置一般相对桥墩2沿横桥向方向对称设置，形成包括原有支座的三支点多点支撑体系。一方面达到对独柱墩梁桥进行抗倾覆加固的效果，另一方面由于对称布置，会大大减小由于设置该加固支撑装置而作用在桥墩2上的附加弯矩。

[0041]上述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置可以解决以下现有的技术问题：(1)通过基于桥墩2对称设置工字钢支撑结构7以及其它连接构件形成斜向加固支撑装置，增加除原有独柱墩单支点之外的主梁辅助支撑，该设计特点可大幅度提高独柱墩梁桥的抗倾覆稳定性，解决既有独柱墩梁桥存在的倾覆安全隐患。(2)利用主梁圆弧支承钢板9的圆弧滑动/滚动轨道11，并结合铰接球体8的设计，将铰接球体8嵌入圆弧滑动/滚动轨道11，从而两者之间进行滑动/滚动接触，不仅达到竖向支撑的力学效果，还使得铰接球体8沿圆弧滑动/滚动轨道11沿纵桥向方向及任意转角方向可自由发生有限的纵向位移与任意方向转角，确保主梁在温度、收缩徐变等作用下可自由产生纵向位移与任意方向转角，而不会因限制位移引起较大的次内力而破坏加固支撑装置。由于常规支撑构件与桥墩或主梁的连接方式常为刚性连接，会限制主梁与支撑装置之间的相对位移而在次内力作用下破坏加固支撑装置，该设计特点可解决这一技术难题。(3)设计简单、加工方便、现场连接施工便利；不存在任何额外支座的安装施工，无需进行主梁提升等施工工序来提供加固支撑装置的施工空间。该设计特点可解决采用常规增大桥墩截面来增加额外支座时所面临的安装施工空间有限的技术难题。

[0042]上述的独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置的施工安装过程是：首先，对桥墩2表面混凝土进行开凿处理，利用黏胶、植筋技术将桥墩支承钢板4安装桥墩至桥墩2表面，并采用铆钉10加强固定。进而对主梁1底面表面混凝土进行开凿处理，利用黏胶、植筋技术将主梁圆弧支承钢板9安装至主梁1底板表面，并采用铆钉10加强固定，主梁圆弧支承钢板9的圆弧面面向外侧(即面向主梁下方，非粘结侧)形成圆弧滑动/滚动轨道11。接着将半圆形状的铰接钢板5垂直于桥墩支承钢板4板面进行焊接连接；两块铰接钢板5中间夹住工字钢支撑结构7的腹板，并在同一位置穿孔并采用转动螺栓6穿过以达到铰接的效果。同时工字钢支撑结构7腹板的另一端与铰接球体8连接，铰接球体8由两个半球体形成，工字钢支撑结构7的腹板夹在两半球体中间，同时开孔被转动螺栓6穿过以达到铰接的效果；铰接球体8嵌入沿纵桥向布置的圆弧滑动/滚动轨道11，与该圆弧滑动/滚动轨道11进行滑动/滚动接触，从而不仅形成支撑体系来加固抗倾覆能力，而且确保主梁1与加固支撑装置之间可自由发生一定的相对位移。完成桥墩2一侧的加固支撑装置安装后，可相对桥墩2沿横桥向对称进行另一侧的加固支撑系统的安装，最终完成整个独柱墩梁桥抗倾覆加固支撑装置的施工安装。

7

CN 106012874 A

说　明　书　附　图

1/4页

图1

8

CN 106012874 A

说　明　书　附　图

2/4页

图2

9

图3

CN 106012874 A

说　明　书　附　图

3/4页

图4

图5

10

CN 106012874 A

说　明　书　附　图

4/4页

图6

11