本发明涉及桥梁加固技术领域，具体公开了一种负载传递式桥梁加固结构及其施工方法。
背景技术：
随着交通的建设，现随处可见的公路桥、铁路桥等桥梁，其主要施工步骤为根据规划路线立好桥墩，在将成型的桥面板放置于其上方加固即可，但是，随着我国交通事业的迅猛发展，车辆存在逐渐大型化的趋势，特别是一些交通干线上超载货车的出现，对沿线正在服役的桥梁的安全造成了巨大威胁。最近几年，超载货车压塌桥梁的事故屡有发生，例如：2009年黑龙江呼兰河大桥、2010年吉林锦江桥、2011年北京怀柔白河桥，以及2012年的哈尔滨阳明滩大桥，都因货车超载严重而造成垮塌。
根据上述桥梁发生垮塌事故的案例进行分析发现，发生事故的主要的原因就是由于桥面老化，不足以对较大承受较大的负载，且桥梁路面距离桥墩较远的部位，不能切实的将所受到的负载转移至桥墩上，从而使桥面局部的承压大，造成桥梁路面被压断，从而造成桥梁垮塌的事故，因此提出一种分散桥面负载的加固结构显得尤为重要。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种负载传递式桥梁加固结构及其施工方法，用以分散桥面负载，将桥面上受到的力分散并传递至桥墩上，从而提升服役中的老化桥梁桥面的承压能力，避免因为承重过载造成垮塌的情况发生。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种负载传递式桥梁加固结构,包括桥面和桥墩，所述相邻四个桥墩上设有圈梁，所述圈梁包括横梁和纵梁，所述纵梁上部固定设有均匀排布的钢绳，所述钢绳的上方设有沿着横梁方向均匀排布的拱形大梁，所述拱形大梁的两端设有弧形连接部，所述弧形连接部分别套接在最外侧的两根钢绳上，所述拱形大梁的突出端和桥面紧密接触，两侧所述横梁朝着中心方向上均匀设有升降槽，所述升降槽位于相邻两个拱形大梁之间，两侧所述横梁上对应的升降槽内设有支撑板，所述支撑板的两端分别位于两侧的升降槽内，所述支撑板位于钢绳上方，且底面和钢绳紧密接触，相邻所述支撑板的中部设有倒v形支撑架，所述倒v形支撑架的顶端和拱形大梁的中部固定连接。
本技术方案的工作原理如下：桥梁路面上方的承载能力过大时，桥梁路面会向下产生弯曲形变，将受到的承载力传递至下方的拱形大梁和拱形小梁上，拱形大梁和拱形小梁将受到的力进行传递，将力传递至倒v形支撑架上，倒v形支撑架将所受到的力直接作用在支撑板上，由于支撑板安装在钢绳上，钢绳具有一定的弹性形变能力，支撑板可在升降槽内进行一定的上下位移，即能对所受到的力进行缓冲，同时支撑板将所收到的了均匀传递至钢绳上，钢绳将力传递到外侧的圈梁上，圈梁所受到的力直接作用于桥墩，利用桥墩直接承受桥面上各个部位所受到的较大负载，避免桥面局部负载过大，造成坍塌损坏。
进一步限定，相邻所述支撑架的侧壁上设有与之固定连接的拱形小梁，所述拱形小梁的突出端朝上且和桥面的底面紧密接触，其有益之处在于，拱形小梁的突出端和桥面底部接触，增多了本结构对桥面的支撑部位，使本结构能更好的对桥面进行支撑和力的传递。
进一步限定，所述圈梁的横梁和纵梁接触部位设有连接环，所述横梁和纵梁的端部固定连接于连接环上，且所述桥墩穿过连接环，其有益之处在于，连接环可以更加方便的将横梁和纵梁在桥墩上形成圈梁，且连接环通过套接的方式和桥墩连接，避免在横梁和纵梁与桥墩直接固定连接对桥墩造成损坏，从而导致桥墩的受力结构遭到破坏。
进一步限定，所述连接环的下端设有锁紧抱箍，所述锁紧抱箍对连接环进行上下移动限位，其有益之处在于，抱箍对连接环进行限位，使连接环不会在桥墩上向下滑动，从而增强本结构的力传导效果。
进一步限定，所述升降槽的深度为横梁高度的三分之二，且升降槽从横梁上表面向下开设。
进一步限定，所述升降槽的两侧开设有缓冲槽，所述缓冲槽内设有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的一端和支撑板的侧面固定连接，所述缓冲弹簧的另一端和缓冲槽的一侧面固定连接，其有益之处在于，当桥面在地震或者是外力作用下发生水平晃动时，在力传导的作用下将会时支撑板受到水平方向上的力矩，此时设置设置在缓冲槽内缓冲弹簧将会对支撑板受到的水平力矩进行缓冲，且支撑在能在水平方向上发生小距离位移，借此使水平力矩的内能被消耗，使桥面的稳定性更好。
进一步限定，所述拱形大梁和拱形小梁于桥面底面的基础部位均垫设有橡胶块，其有益之处在于，橡胶块起到减震和防滑的作用。
本发明中还公开了一种负载传递式桥梁加固结构的施工方法，所述施工方法包含包括以下步骤：
(1)将连接环套分别套接在相邻的四个桥墩上，然后又将开口处进行焊接；
(2)将抱箍固定在连接环的下方，对圈梁在桥墩上的高度进行限位；
(3)在两侧的纵梁预先对称开设钢绳穿过的通孔，在两侧的横梁上预先对称均匀开设升降槽；
(4)将横梁和纵梁焊接在连接环上，形成矩形的圈梁；
(5)将两侧纵梁上的通孔内穿入钢绳，并首先将钢绳的一端固定在一侧横梁的外侧，然后在另一端使用预紧装置对钢绳进行预紧，然后将另一侧纵梁外侧的钢绳固定，然后松开预紧装置；
(6)将拱形大梁两端的弧形连接部套接在最外侧的两根钢绳上，且拱形大梁的突出端抵紧桥面的底部；
(7)将支撑板摆放在钢绳上，且支撑板的两端位于对称设置的横梁的升降槽内；
(8)将倒v形支撑架的顶端焊接在拱形大梁的中部下方，然后将其两端焊接在支撑板的中部；
(9)将拱形小梁的两端焊接在相邻倒v形支撑架的侧壁上，且拱形小梁的突出端上部和桥面紧密接触。
进一步限定，在进行所述步骤(1)之前，在连接环和桥墩之间设置环形的橡胶层，其有益之处在于，避免连接环对桥墩的表面造成刮伤，保护桥墩的完整性。
进一步限定，在进行步骤(7)之前，在拱形大梁的弧形连接部两侧设置卡扣，所述卡扣固定于钢绳上，其有益之处在于，避免拱形大梁在钢绳上左右移动，提升拱形大梁的力传递效果。
本方案所取得的技术效果如下：(1)通过桥梁路面的下方设置上述的加固结构，提升了桥梁路面的承载能力，使加固之后的桥梁使用起来更加的安全。(2)上述所公开的一种施工方式，可最大程度上的保护桥墩和桥面的初始结构，使二者的受力结构不被损坏。(3)通过上述方式加固之后的桥面在受到较大的力矩时，拱形大梁和拱形小梁会将力矩传递至倒v形支撑架、支撑板和钢绳，最终通过钢绳传递至桥墩上，从而保证桥面不会因为承载力突然增加而造成损坏。(4)本技术方案中所提及到的拱桥加固结构及其施工方法在实施的时候成本低，工期短，且加固的操作难度低，具有很强的实用性。(5)在桥面受到外力造成水平方向上的错动位移时，本技术方案中缓冲槽内缓冲弹簧可以对水平力矩进行缓冲和消耗，降低和分散桥面受到的水平力矩，使桥面不易与桥墩发生滑脱现象，从而进一步提升对桥梁的加固和保护效果。
附图说明
图1为本实施例的立体示意图。
图2为本实施例的正视图示意图。
图3为本实施例的倒立的立体示意图。
图4为本实施例的支撑板端部处的安装示意图。
图5为本实施例桥梁加固结构的立体示意图
附图中标记如下：
桥面1、桥墩2、圈梁3、钢绳4、拱形大梁5、支撑板6、倒v形支撑架7、拱形小梁8、升降槽9、缓冲槽10、缓冲弹簧11。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
如图1所示，一种负载传递式桥梁加固结构，包括桥面1和桥墩2，在桥面1的上方的两侧固定有围栏，在桥面1下方相邻的四个桥墩2上安装有圈梁3，在本实施例中，圈梁3主要包括连接环、横梁和纵梁，横梁和纵梁的端部固定焊接在连接环上，圈梁3的俯视图类似于矩形，连接环套接在桥墩2上，为了避免连接环固定在桥墩2上对桥墩2的表面造成损坏，在连接环和桥墩2的接触面之间设有环形的橡胶层，同时为了避免连接环和桥墩2之间的固定连接对桥墩2的受力结构造成破坏，在本实施例中利用抱箍固定在桥墩2上，且抱箍位于连接环的下方，对圈梁3在桥墩2上的位置进行限位，从而达到将圈梁3固定在桥墩2上的目的。
如图2到图5所示，在圈梁3两侧的纵梁上开设有便于钢绳4穿过的通孔，在两侧纵梁对应点额通孔内均设有钢绳4，钢绳4的两端固定在纵梁的外侧，为了使钢绳4能够更好的进行力传导，在固定钢绳4的端部时，对钢绳4施加一个预紧力，在本实施例中钢绳4固定在纵梁外侧的方式为，在纵梁的外侧设置固定一钢板，将钢绳4的两端分别在钢板上缠绕3-5圈，在本实施例中，优选的缠绕圈数为4圈，然后将钢绳4的端部焊接在钢板上，从而达到固定的目的，优选地，在拱形大梁5的弧形连接部两侧设置卡扣，所述卡扣固定于钢绳4上，其有益之处在于，避免拱形大梁5在钢绳4上左右移动，提升拱形大梁5的力传递效果。
在圈梁3的两侧横梁上对称均匀开设有升降槽9，在两侧横梁对称的升降槽9内，放置有支撑板6，支撑板6的端部位于两侧的升降槽9内，且钢板的其余部位放置于钢绳4上，在钢绳4的上方设有拱形大梁5，在拱形大梁5的两端设有弧形连接部，该弧形连接部位弧形弯曲的弧形连接部，拱形大梁5两端的弧形连接部套接在最外侧的两根钢筋上，拱形大梁5沿着横梁的方向均匀排布，且支撑板6位于相邻的拱形大梁5之间，拱形大梁5的突出端朝上安装，且突出端和桥面1的底部紧密接触，为了避免拱形大梁5的突出端对桥面1的底部造成局部损坏，优选地，在其接触部位设有橡胶块，橡胶块可以起到减震和防滑的作用。
为了进一步加强力传导的效果，在相邻的两个拱形大梁5之间设有倒v形支撑架7，倒v形支撑架7有两块槽钢焊接形成，倒v形支撑架7的突出端朝上安装，且突出端位于拱形大梁5突出端的中部，突出端和拱形大梁5的中部焊接固定，且倒v形支撑架7的两端焊接固定在相邻的支撑板6上。
为了使桥面1受到的负载能够更好的传递，相邻的两个倒v形支撑架7上设有拱形小梁8，拱形小梁8的突出端朝上安装，且和桥面1的底部紧密接触，同样的为了避免桥面1的损坏，在其接触部位设有橡胶块，橡胶块起到减震和防止滑动的目的，橡胶块固定在拱形小梁8的突出端上，同时拱形小梁8的两端焊接在相邻倒v形支撑架7的外侧壁上。
为了避免在外力作用下，桥面1相对于桥墩2发生较大的错动位移，造成桥面1的脱落或者是损坏，在升降槽9的两侧开设有缓冲槽10，缓冲槽10内设有缓冲弹簧11，缓冲弹簧11的一端和支撑板6的侧面固定连接，缓冲弹簧11的另一端和缓冲槽10的一侧面固定连接，其有益之处在于，当桥面1在地震或者是外力作用下发生水平晃动时，在力传导的作用下将会时支撑板6受到水平方向上的力矩，此时设置在缓冲槽10内缓冲弹簧11将会对支撑板6受到的水平力矩进行缓冲，且支撑在能在水平方向上发生小距离位移，借此使水平力矩的内能被消耗，使桥面1的稳定性更好。
同时在本发明中还公开了上述桥梁加固机构的施工方法，具体的方法如下：
(1)将连接环套分别套接在相邻的四个桥墩2上，然后又将开口处进行焊接；
(2)将抱箍固定在连接环的下方，对圈梁3在桥墩2上的高度进行限位；
(3)在两侧的纵梁预先对称开设钢绳4穿过的通孔，在两侧的横梁上预先对称均匀开设升降槽9；
(4)将横梁和纵梁焊接在连接环上，形成矩形的圈梁3；
(5)将两侧纵梁上的通孔内穿入钢绳4，并首先将钢绳4的一端固定在一侧横梁的外侧，然后在另一端使用预紧装置对钢绳4进行预紧，然后将另一侧纵梁外侧的钢绳4固定，然后松开预紧装置；
(6)将拱形大梁5两端的弧形连接部套接在最外侧的两根钢绳4上，且拱形大梁5的突出端抵紧桥面1的底部；
(7)将支撑板6摆放在钢绳4上，且支撑板6的两端位于对称设置的横梁的升降槽9内；
(8)将倒v形支撑架7的顶端焊接在拱形大梁5的中部下方，然后将其两端焊接在支撑板6的中部；
(9)将拱形小梁8的两端焊接在相邻倒v形支撑架7的侧壁上，且拱形小梁8的突出端上部和桥面1紧密接触。
在上述的施工方法和加固结构中，圈梁3采用的是厚度为10-20mm的槽钢，优选为15mm，钢绳4的直径为8-12mm，优选为10mm，拱形大梁5和拱形小梁8的材质为钢材。
综上所述，本发明具有如下的技术效果：(1)通过桥梁路面的下方设置上述的加固结构，提升了桥梁路面的承载能力，使加固之后的桥梁使用起来更加的安全。(2)上述所公开的一种施工方式，可最大程度上的保护桥墩2和桥面1的初始结构，使二者的受力结构不被损坏。(3)通过上述方式加固之后的桥面1在受到较大的力矩时，拱形大梁5和拱形小梁8会将力矩传递至倒v形支撑架7、支撑板6和钢绳4，最终通过钢绳4传递至桥墩2上，从而保证桥面1不会因为承载力突然增加而造成损坏。(4)本技术方案中所提及到的拱桥加固结构及其施工方法在实施的时候成本低，工期短，且加固的操作难度低，具有很强的实用性。(5)在桥面1受到外力造成水平方向上的错动位移时，本技术方案中缓冲槽10内缓冲弹簧11可以对水平力矩进行缓冲和消耗，降低和分散桥面1受到的水平力矩，使桥面1不易与桥墩2发生滑脱现象，从而进一步提升对桥梁的加固和保护效果。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。
1.一种负载传递式桥梁加固结构,包括桥面(1)和桥墩(2)，其特征在于，所述相邻四个桥墩(2)上设有圈梁(3)，所述圈梁(3)包括横梁和纵梁，所述纵梁上部固定设有均匀排布的钢绳(4)，所述钢绳(4)的上方设有沿着横梁方向均匀排布的拱形大梁(5)，所述拱形大梁(5)的两端设有弧形连接部，所述弧形连接部分别套接在最外侧的两根钢绳(4)上，所述拱形大梁(5)的突出端和桥面(1)紧密接触，两侧所述横梁朝着中心方向上均匀设有升降槽(9)，所述升降槽(9)位于相邻两个拱形大梁(5)之间，两侧所述横梁上对应的升降槽(9)内设有支撑板(6)，所述支撑板(6)的两端分别位于两侧的升降槽(9)内，所述支撑板(6)位于钢绳(4)上方，且底面和钢绳(4)紧密接触，相邻所述支撑板(6)的中部设有倒v形支撑架(7)，所述倒v形支撑架(7)的顶端和拱形大梁(5)的中部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种负载传递式桥梁加固结构，其特征在于，相邻所述支撑架的侧壁上设有与之固定连接的拱形小梁(8)，所述拱形小梁(8)的突出端朝上且和桥面(1)的底面紧密接触。
3.根据权利要求1所述的一种负载传递式桥梁加固结构，其特征在于，所述圈梁(3)的横梁和纵梁接触部位设有连接环，所述横梁和纵梁的端部固定连接于连接环上，且所述桥墩(2)穿过连接环。
4.根据权利要求3所述的一种负载传递式桥梁加固结构，其特征在于，所述连接环的下端设有锁紧抱箍，所述锁紧抱箍对连接环进行上下移动限位。
5.根据权利要求1所述的一种负载传递式桥梁加固结构，其特征在于，所述升降槽(9)的深度为横梁高度的三分之二，且升降槽(9)从横梁上表面向下开设。
6.根据权利要求1所述的一种负载传递式桥梁加固结构，其特征在于，所述升降槽(9)的两侧开设有缓冲槽(10)，所述缓冲槽(10)内设有缓冲弹簧(11)，所述缓冲弹簧(11)的一端和支撑板(6)的侧面固定连接，所述缓冲弹簧(11)的另一端和缓冲槽(10)的一侧面固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种负载传递式桥梁加固结构的施工方法，其特征在于，所述拱形大梁(5)和拱形小梁(8)于桥面(1)底面的基础部位均垫设有橡胶块。
8.根据权利要求1所述的一种负载传递式桥梁加固结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法包含包括以下步骤：
(1)将连接环套分别套接在相邻的四个桥墩(2)上，然后又将开口处进行焊接；
(2)将抱箍固定在连接环的下方，对圈梁(3)在桥墩(2)上的高度进行限位；
(3)在两侧的纵梁预先对称开设钢绳(4)穿过的通孔，在两侧的横梁上预先对称均匀开设升降槽(9)；
(4)将横梁和纵梁焊接在连接环上，形成矩形的圈梁(3)；
(5)将两侧纵梁上的通孔内穿入钢绳(4)，并首先将钢绳(4)的一端固定在一侧横梁的外侧，然后在另一端使用预紧装置对钢绳(4)进行预紧，然后将另一侧纵梁外侧的钢绳(4)固定，然后松开预紧装置；
(6)将拱形大梁(5)两端的弧形连接部套接在最外侧的两根钢绳(4)上，且拱形大梁(5)的突出端抵紧桥面(1)的底部；
(7)将支撑板(6)摆放在钢绳(4)上，且支撑板(6)的两端位于对称设置的横梁的升降槽(9)内；
(8)将倒v形支撑架(7)的顶端焊接在拱形大梁(5)的中部下方，然后将其两端焊接在支撑板(6)的中部；
(9)将拱形小梁(8)的两端焊接在相邻倒v形支撑架(7)的侧壁上，且拱形小梁(8)的突出端上部和桥面(1)紧密接触。
9.根据权利要求8所述的一种负载传递式桥梁加固结构的施工方法，其特征在于，在进行所述步骤(1)之前，在连接环和桥墩(2)之间设置环形的橡胶层。
10.根据权利要求8所述的一种负载传递式桥梁加固结构的施工方法，其特征在于，在进行步骤(7)之前，在拱形大梁(5)的弧形连接部两侧设置卡扣，所述卡扣固定于钢绳(4)上。
技术总结