本发明公开一种顶托式弧形钢板体外预应力钢索转向器,包括支承系统和加劲系统,支承系统由支承板、弧形钢板、连接板和封腔板构成,所述支承系统的顶面为矩形结构的支承板,支承板的顶面顶托在梁体底面,支承板的底面设置有一弧形钢板;弧形钢板的一端与支承板的一端焊接连接,支承板和弧形钢板之间形成内部空腔,在内部空腔中设置有多道连接板,支承板的另一端设置有一道封腔板;弧形钢板的底面接受体外钢索转向承压;加劲系统由对称设置在梁体两侧的梁侧夹板和加劲板构成,所述梁侧夹板和加劲板连接在支承板的顶面,用以连接转向器与梁体,并提高支承系统的刚度。本发明转向器安全可靠、转弯半径较大、钢索与转向器保持切向紧贴,便于安装。
1.一种顶托式弧形钢板体外预应力钢索转向器,其特征在于,所述转向器包括支承系统和加劲系统,其中:所述支承系统由支承板(2)、弧形钢板(6)、连接板(4)和封腔板(5)构成,所述支承系统的顶面为矩形结构的支承板(2),支承板(2)为一块矩形钢板,支承板(2)的顶面顶托在梁体底面,支承板(2)的底面设置有一弧形钢板(6);弧形钢板(6)的一端与支承板(2)的一端焊接连接,支承板(2)和弧形钢板(6)之间形成内部空腔,在内部空腔中设置有多道连接板(4),支承板的另一端设置有一道封腔板(5);弧形钢板(6)的底面接受体外钢索转向承压;所述加劲系统由对称设置在梁体两侧的梁侧夹板(1)和加劲板(3)构成,所述梁侧夹板(1)和加劲板(3)固定连接在支承板(2)的顶面,所述梁侧夹板(1)上具有螺栓孔(9),用以连接转向器与梁体,并提高支承系统的刚度。
2.如权利要求1所述的转向器,其特征在于,所述转向器还包括用于限制钢索侧向位移的限位系统,所述限位系统由多个限位侧板(7)和多个盖板(8)构成,所述限位侧板(7)焊接在弧形钢板(6)的底面,所述盖板焊接在限位侧板(7)上,限位侧板(7)和多个盖板(8)形成单个或多个格子,每个格子中有一束钢索穿过。
3.如权利要求1或2所述的转向器,其特征在于,所述梁侧夹板(1)上设置有用于连接转向器与梁体的螺栓孔(9),以便于通过高强度螺栓连接所述梁侧夹板(1)上的螺栓孔(9)和设置在梁体侧面对应位置处的螺栓孔,从而连接转向器与梁体。
4.如权利要求1或2所述的转向器,其特征在于,所述支承系统的内部空腔内填充有灌浆材料,所述灌浆材料在封腔板(5)焊接之前灌入,或者通过在内部空腔外侧开孔注入。技术领域
本发明属于结构工程领域,更具体地,涉及一种顶托式弧形钢板体外预应力钢索转向器,主要用于在已有结构采用体外预应力进行加固时,利用该转向器实现体外预应力钢索的转向。
背景技术
我国现有60多万座桥梁中的大部分桥梁设计荷载等级偏低,许多桥梁存在病害,无法满足实际的车辆通行要求,处于超负荷和“带病”运行中,这些桥梁需要通过加固和改建等方式得以提升其承载力。旧桥加固方法归纳起来主要有主动和被动加固法。主动加固法相对而言技术较为复杂,但其具有较好加固效果和可以人为干预结构受力而逐渐被广泛应用,其中体外预应力加固就属于主动技术范畴。在旧结构物上施加体外预应力,除了将预应力钢索安全、可靠、方便地锚固到结构上外,如何实现钢索可靠、顺利转向,以满足结构受力要求,是工程技术人员关心的问题之一,转向器就是为了达到这个目的而设计的。在中国发明专利申请说明书200410016766.5中公开了一种体外预应力索转向结构。这种预应力索转向结构,其主要是在混凝土构件中浇筑形成无内衬钢管,适应索空间位置变化的转向孔,总体呈沙漏形。沿转向孔在构件加劲位置预埋若干孔道加劲钢板,加劲钢板基本与孔道保持垂直设置,并根据孔道外形开有通孔,加劲钢板的通孔孔径略大于转向孔的孔道直径,留有混凝土保护层。在另一个实用新型说明书201120126003.1中公开一种桥梁体外预应力加固缆索转向块。该实用新型构造包括支承板,支承板上开设锚固连接孔,间隔连接有支撑导向板,每个支撑导向板上开设转向孔,缆索转向管穿过每个支撑导向板上的转向孔,各转向孔依次的圆心连线为转向圆弧。上述第一种专利构造主要为两端孔径大小不等的喇叭形转向管,该转向管通过外侧的加劲钢板预埋到混凝土中,待混凝土达到设计强度后,钢索穿过转向器实现钢索方向的改变。并通过沙漏形管口使钢索与转向器切向紧贴,防止张拉后钢索被转向器管口局部损坏甚至切断。虽然这种转向器构造简单,但需要预先埋置在混凝土中,因此,只适用于新建体外预应力结构中。对于采用体外预应力加固的结构,由于构件已经存在,一般无需再浇筑混凝土,其应用受限。第二种实用新型在支承板上设置许多导向板,在导向板的不同高度位置处开孔,不同导向板上的孔心连线与钢索转弯圆心同心,然后在各导向板开孔处安装弯管,并通过支承板上的锚固连接孔将转向器固定到结构中,最后钢索穿过弯管实现转向。该装置较好地实现了钢索转向,并且适用于加固结构中。不足点是各导向板开孔位置需要非常精确,否则弯管受力不均匀或者转弯不顺畅。此外,由于钢索强大的张力需要通过转向器传递到结构中,因此,需要较多的导向板,且要求焊接后具有足够的稳定性。再者,钢索转向产生的强大向上(或向下)力,要求支承板具有足够的刚度,而该装置的刚度主要通过导向板与支承板组合来提供,所以导向板的高度不宜太小,而较大的导向板高度降低其稳定性以及自身承载力。
发明内容
为了解决现有技术中体外预应力加固中转向器转弯半径较小和安装受限的缺陷,本发明的目的在于提供一种安全可靠、转弯半径较大、钢索与转向器保持切向紧贴和便于安装的体外预应力钢索转向装置。为了实现上述目的,本发明提供了一种顶托式弧形钢板体外预应力钢索转向器,所述转向器包括支承系统和加劲系统,其中:所述支承系统由支承板、弧形钢板、连接板和封腔板构成,所述支承系统的顶面为矩形结构的支承板,支承板的顶面顶托在梁体底面,支承板的底面设置有一弧形钢板;弧形钢板的一端与支承板的一端焊接连接,支承板和弧形钢板之间形成内部空腔,在内部空腔中设置有多道连接板,支承板的另一端设置有一道封腔板;弧形钢板的底面接受体外钢索转向承压;所述加劲系统由对称设置在梁体两侧的梁侧夹板和加劲板构成,所述梁侧夹板和加劲板固定连接在支承板的顶面,用以连接转向器与梁体,并提高支承系统的刚度。本发明通过在梁体底面设置支承板,从而使转向力通过支承板传递到梁体结构中,改变了常规转向器通过剪切的传力方式;并且在支承板下表面设置弧形钢板,使钢索支承在弧形钢板面上实现转向,确保了钢索进出口与弧形钢板切向紧贴。并且在支承板的上表面设置梁侧夹板和加劲板,梁侧夹板实现了转向器与结构连接,加劲板提高了支承板刚度,以承受强大的钢索转向顶托力。进一步地,所述转向器还包括用于限制钢索侧向位移的限位系统,所述限位系统由多个限位侧板和多个盖板构成,所述限位侧板焊接在弧形钢板的底面,所述盖板焊接在限位侧板上,限位侧板和多个盖板形成单个或多个格子,每个格子中有一束钢索穿过。上述方案通过在弧形钢板上设置由限位侧板和盖板形成的限位系统,从而能够防止钢索发生过大的侧向位移。进一步地,所述梁侧夹板上设置有用于连接转向器与梁体的螺栓孔,以便于通过高强度螺栓连接所述梁侧夹板上的螺栓孔和设置在梁体侧面对应位置处的螺栓孔,从而连接转向器与梁体。上述方案通过在梁侧夹板上设置螺栓孔,从而能够通过高强度螺栓连接梁侧夹板和梁体结构,实现了转向器与梁体结构的连接,加强了整体结构的稳固性。进一步地,所述支承系统的内部空腔内填充有灌浆材料,所述灌浆材料在封腔板焊接之前灌入,或者通过在内部空腔外侧开孔注入。上述方案在支承板与弧形钢板形成的内部空腔内采用高强灌浆材料填充,既提高了转向器器刚度又解决了内腔钢板表面锈蚀问题。本发明转向器可以满足不同转弯半径的体外钢索转向需要,且支承在梁底,顶托力通过支承板压在梁上,无需大量的高强度螺栓等连接件,少量高强度螺栓仅是满足安装时的稳定需要,钻孔工作量小,降低了对原结构损伤。此外,避免了梁体受到剪切力作用,减少了应力集中,有效实现多索集中转向。转向器内部钢板通过焊接连接,工厂化生产,现场安装工作量小,施工周期短,且对交通影响小。
附图说明
图1是体外预应力加固的总体布置图;图2是按照本发明的体外预应力钢索转向器立面图;图3是按照本发明的体外预应力钢索转向器俯视图;图4是沿着图2中的I—I剖面线所得的结构剖视图;在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,具体如下:A—体外预应力加固锚固装置xa0B—体外预应力加固转向器xa0C—减震装置xa0D—体外预应力钢索xa01—梁侧夹板xa02—支承板xa03—加劲板xa04—连接板xa05—封腔板xa06—弧形钢板xa07—限位侧板xa08—限位盖板xa09—螺栓孔10—腔内填充物。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本发明所要解决的技术问题是克服现有体外预应力加固中转向器转弯半径较小和安装受限的缺陷,设计出一种安全可靠、转弯半径较大、钢索与转向器保持切向紧贴和便于安装的体外预应力钢索转向装置。按照上述思路,设计出一种安全可靠且满足转弯半径要求的转向装置,具体内容包括:1)设置一块支承板,该支承板顶托在梁的底面,转向力通过支承板传递到结构中,改变常规转向器通过剪切的传力方式;2)在支承板下表面(远离梁底面侧)设置一块弧形钢板,弧线半径满足转弯半径要求,钢索支承在弧形钢板面上实现转向,确保钢索进出口与弧形钢板切向紧贴。同时,在弧形钢板上设置限位钢板,防止钢索过大移动;3)在弧形钢板与支承板之间设置多道连接板,所形成的内腔采用高强灌浆材料填充。既提高了转向器器刚度又解决了内腔钢板表面锈蚀问题;4)在支承板的上表面设置加劲板和梁侧夹板,梁侧夹板上具有螺栓孔,通过该螺栓孔实现转向器与结构连接。加劲板提高了支承板刚度,以承受强大的钢索转向顶托力。通过调整支承钢板和弧形钢板的尺寸可以改变转弯半径,不同大小的钢索张力所产生的顶托力,同样可以通过调整加劲板高度和数量来改变转向器刚度以适应要求。图1是体外预应力加固的总体布置图,该图描述了转向器使用场合、与结构的连接以及在体外预应力加固中所起的作用。这种转向器顶托在梁的底面,体外预应力钢索穿过转向器底部的弧形钢板,实现钢索转向。钢索张拉后,由于钢索转向产生向上的竖向力通过转向器顶托在梁底面,梁体在该处承受一个向上的弹性支撑,改善了结构受力。图2是按照本发明的体外预应力钢索转向器立面图,图3是按照本发明的体外预应力钢索转向器俯视图,图4是沿着图2中的I—I剖面线所得的结构剖视图。如图2、图3和图4所示,按照本发明的弧形钢板体外预应力钢索转向器,主要包括梁侧夹板1、支承板2、加劲板3、连接板4和弧形钢板6等结构,除了腔内填充物10采用高强灌浆基料外,其余构件的材料均采用钢材,可以实现工厂化精确加工制作。按照本发明的转向器主要由三个单元组成,单元一是由支承板2、弧形钢板6、连接板4和封腔板5及其腔内填料构成的支承系统。支承系统顶面顶托梁体,底面弧形钢板接受体外钢索转向承压;单元二是梁侧夹板1和加劲板3构成的加劲系统,该加劲系统一方面提高了支承系统的刚度,另一方面起到单元一和单元二,以及转向器与梁体结构的连接作用;单元三由限位侧板7和限位盖板8构成的限位系统,确保钢索不发生过大侧向位移。支承板2为一块矩形钢板,其顶面顶托在梁体底面,顶托力来自钢索转向产生的向上提升力。在支承板2的底面设置一块弧形钢板6,弧形钢板一端与支承板2的一侧焊接连接。由于钢索转弯的弧线需要,支承板2和弧形钢板6之间形成内部空腔,在内部空腔中设置多道连接板4和一道封腔板5,连接板4的数量根据钢索转弯产生的提升力大小增减。支承板2和弧形钢板6的尺寸及内腔空间大小均由钢索转弯半径控制。总之,可以通过改支承板2和弧形钢板6的尺寸来调整转弯半径,以满足转弯需要。内腔填料可以在封腔板5焊接之前灌入或在其上开孔注入。在形成单元一的基础上,将两者之间已经焊接好的梁侧夹板1和加劲板3再焊接在支承板2的顶面。两块夹板1之间的间距根据梁体腹板横向尺寸来调节,以使转向器恰好套住梁体腹板即可。梁侧夹板1上的螺栓孔9用于转向器和梁体连接,在梁体侧面对应处事先钻孔,采用高强度螺栓将转向器固定到梁体上。按照本发明的转向器传力路径,螺栓孔数量大为减少,高强度螺栓主要用于在安装转向器阶段的稳定和承受较小抗剪力的需要单元一和单元二构成本发明转向器的主体部分,单元三仅是用于限制钢索可能产生的过大侧向位移以及避免钢索相互之间缠绕在一起,而设置的限位装置。该装置由限位侧板7和盖板8焊接在弧形钢板6的底面,形成单个或多个格子,一个格子对应一束钢索通过。例如,在T型梁加固中,根据钢索转弯半径的要求,确定支承板和弧形钢板尺寸后,转向器在工厂加工制作完成,现场在主梁上对应位置钻孔,将制作好的转向装置通过高强度螺栓安装到主梁腹板上,拧紧高强度螺栓。之后,将体外钢索穿过转向器,钢索张拉后通过本发明转向器的单元一支承系统和单元二加劲系统施加到结构中。本发明转向器大大提高了钢索转弯半径,并且可以人为整转向半径,降低小半径转弯带来钢索折断的风险,使钢索与转向器接触面切向紧贴。此外,本发明转向器具有较大的支承刚度,可以承受更大的转向产生的提升力。同时,便于工厂化加工和简易安装,大幅度降低了现场安装难度,降低了劳动强度。本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。