本发明涉及桥梁加固技术领域，具体公开了一种拱桥加固结构及其施工方法。
背景技术：
拱桥具有就地取材、节省钢筋和水泥、构造简单的优点，在我国中西部地区由于地形的原因拱桥有着广泛的运用，但是由于现在的交通流量和荷载等级的不断提升，使越来越多的拱桥出再承载能力不足的问题，严重影响交通运输的发展，如果将旧桥全部拆除重建，费用较高，从而通常采用桥梁进行加固的方式来增加其承载能力。
目前常用的拱桥加固方法有增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维复合材料加固法、增加支撑加固法、改变结构体系加固法、桥面系补强和减载法等。但是上述方法存在影响上部交通、投资大、施工复杂等问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种拱桥加固结构及其施工方法，用以提升拱桥的承载能力，缩短拱桥加固的施工周期，降低拱桥加固的施工难度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种拱桥加固结构,包括桥面、桥墩和拱圈，其特征在于，所述拱圈的拱顶下表面设有弧形的承压板，所述承压板的两侧锚固在拱圈上，所述承压板的突出端朝下安装，所述承压板的凹陷端和拱圈的拱顶内壁之间设有压力传递元件，所述压力传递元件填充满拱圈和承压板形成的空间，且与承压板和拱圈的表面紧密接触，所述承压板的下方设有若干个按照一定间距排列的拱架，所述拱架的中部和承压板的中部紧密接触，所述拱架的两端均采用钢筋混凝土结构固定于两侧的桥墩上，所述承压板的两侧相邻拱架之间均设有弧形支撑梁，所述弧形支撑梁对称设置于承压板的两侧，且弧形支撑梁的一端固定于承压板的侧面上，另一端固定于桥墩上，所述拱圈的中部侧壁上方设有与之固定连接的横梁，所述横梁和弧形支撑梁之间倾斜设有支撑件，所述支撑件的两端与横梁和弧形支撑梁固定连接。
进一步限定，所述压力传递元件为橡胶块，其有益之处在于，橡胶块具有很好的缓冲性能，能对桥面受到的力进行缓冲，并传递到下方的加固装置上。
进一步限定，所述压力传递元件为钢筋笼和混凝土的组合物，其有益之处在于，钢筋笼和混凝土组合物能够与拱圈形成一个整体，使桥面和拱圈受到的力能进行更好和更直接的传递。
进一步限定，所述支撑件为阻尼器，且所述阻尼器为油液阻尼器，其有益之处在与阻尼器能进一步起到缓冲的效果，油液阻尼器的缓冲效果更佳。
进一步限定，所述承压板两侧的弧形支撑梁上均焊接有安装板，所述两侧的安装板之间等间距设有多组小拱架，小拱架的两端与两侧的安装板焊接，所述小拱架的顶部与承压板的底部中心紧密接触，其有益之处在于，弧形支撑梁在受到过大的外力时，弧形支撑梁将会被折弯，即向拱圈的中心位置发生位移，对桥梁的支撑效果减弱，安装的小拱架可以限制弧形支撑梁的形变和位移量，使弧形支撑梁能更好的将受到的力传递至桥墩上，降低拱圈受力的同时，将力更好的传递至桥墩上。
进一步限定，所述弧形支撑梁的突出端朝向拱桥的中部，其有益之处在于，弧形支撑梁的形变可以起到力缓冲的作用，且产生形变时不容易被折断。
进一步限定，所述桥墩的上部设置钢筋混凝土加固层，其有益之处在于，增强桥墩与弧形支撑梁和拱架连接部的强度，使连接更稳定的同时，还能避免桥墩上部在受到局部应力时所造成的损坏。
还公开了一种拱桥加固施工方法，其特征在于，包括以下的施工步骤：
a.将承压板锚固在拱圈的中部；
b.在承压板和拱圈形成的空间内填充橡胶块，使橡胶块与承压板和拱圈紧密接触；
c.在拱圈的下方设置拱架，使拱架的两端固定连接桥墩上，拱架的上端和拱圈的下端中部紧密接触；
d.在相邻拱架的中部安装弧形支撑梁，将弧形支撑梁的两端与桥墩固定连接，弧形支撑梁的上端和拱圈的中部紧密接触；
e.在拱圈两侧的弧形支撑梁上焊接安装板，安装板将一侧的弧形支撑梁串接；
f.在同一拱圈下方的弧形支撑梁上安装小拱架，小拱架的两端焊接于安装板上，且小拱架位于相邻拱架之间；
g.在拱圈的中部固定安装横梁，横梁与拱圈的中部采用植筋的方式固定连接；
h.在横梁和弧形支撑梁之间倾斜安装支撑件，支撑件的两端分别固定在横梁和弧形支撑梁的中部。
进一步限定，所述步骤b中还可填充钢筋笼和混凝土的组合物，在执行步骤b之前需要先对拱圈的中部下表面进行拉毛处理，其有益之处在于，拉毛处理可以使钢筋笼和混凝土的组合物与拱圈之间的连接更加的稳固和紧密，使钢筋笼和混凝土的组合物与共拱圈形成一个整体，使其能够更好的进行力传递。
进一步限定，所述步骤b之前的拉毛处理具体为，使用钢刷在拱圈的下表面中部刮出横纹路和纵纹路，其有益之处在于，此种拉毛的方式简单，拉铆的成本较低，且拉毛的速率块，能够缩短拱桥加固的周期。
本方案的工作原理为：当桥面上受到较大的载荷时，桥面将受到的力和弯矩传递至拱圈上，拱圈将会产生一个竖直向下的力并沿着拱圈进行力的传递和分散，将力传递至桥墩上，当拱圈受到的力较大时，拱圈向下产生形变并作用于承压板上方设置的橡胶块或者是钢筋笼和混凝土的组合物上，并将受到的力进行传递，此时拱架会对拱圈提供一个向上支撑的力，并将力传递至桥墩上，同时拱架也会产生形变，将力继续向下传递至弧形支撑梁上，弧形支撑梁进一步形变缓冲，将力传递至桥墩上，若弧形支撑梁的形变量过大，此时小拱圈将会受力限制弧形支撑梁的形变量，使弧形支撑梁的刚性提升，更好的将力传递至桥段上，由于桥段的上部通过钢筋混凝土加固，桥墩承载能力得到提升，同时也不会因为受到的局部应力较大而受到损伤，拱圈中部安装的支撑件则可对拱圈的其余位置所受到了的进行缓冲和传递，并通过弧形支撑梁提供一个支撑力，保证拱圈各个位置上的受力都能进行传递和缓冲，以增强拱圈的承载能力，使加固后的拱桥使用起来更加的安全。
本方案所取得的技术效果如下：(1)通过在拱圈的下方安装承压板、拱架、弧形支撑梁和支撑件等加固件，提升了拱圈的承载能力，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拱圈的初始结构，使拱圈的受力机构不被损坏。(3)通过上述方式加固之后的拱圈受力在传递的时候都会经过层层缓冲，不会因为桥面承载力突然增加而造成加固结构或者是拱圈的损坏。(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。
附图说明
图1为本实施例的立体示意图。
图2为本实施例的倒立的立体示意图。
图3为本实施例的正视图示意图。
图4为本实施例的拱圈加固方式的立体示意图。
附图中标记如下：
桥面1、桥墩2、拱圈3、承压板4、拱架5、弧形支撑梁6、横梁7、支撑件8、安装板9、小拱架10。
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，一种拱桥加固结构，包括待加固拱桥的桥面1、桥墩2和拱圈3，在本实施例中拱桥可以为跨距较小的单拱圈3桥梁或者是多个桥墩2和多个拱圈3的大跨距拱桥，在拱圈3和桥面1之间设有起支撑作用的纵梁，重量是将桥面1的力传递至拱圈3的作用，具体的加固结构包括设置在拱圈3中部的承压板4，承压板4的形状为弧形，承压板4安装在拱圈3的中部下方，承压板4的弧形凹面朝上安装，固定方式采用的是锚固，将承压板4的两侧锚固在拱圈3上，当然为了不对拱圈3造成结构上的损坏，也可使用钢筋混凝土结构胶将承压板4的两侧粘附在拱圈3上，在承压板4的下方设有对承压板4起支撑作用点的拱架5，拱架5的两端固定在桥墩2上，拱架5的突出端中部和承压板4的下表面的中部固定连接，固定连接的方式采用的是焊接，优选地，为了使桥墩2不会因为力传递造成局部压力过大而损坏，在桥墩2的上部或者是整个桥墩2的外侧设置加固层，加固层主要采用的是钢筋混凝土结构，钢筋固定包覆在原有桥墩2的外侧，然后在钢筋的外侧建设加固模板，然后向模板内浇筑混凝土，直至混凝土凝固。
为了使承压板4能更好的起到力传递的作用，在承压板4和拱圈3的安装间隙内设有压力传递元件，在本实施例中，压力传递元件为橡胶块，橡胶块填充满承压板4与拱圈3之间的安装间隙，橡胶块具有很好的缓冲性能，能对桥面1受到的力进行缓冲，并传递到下方的加固装置上，优选地，压力传递元件还可以为为钢筋笼和混凝土的组合物，其有益之处在于，钢筋笼和混凝土组合物能够与拱圈3形成一个整体，使桥面1和拱圈3受到的力能进行更好和更直接的传递。
如图2到图4所示，为了进一步提升对拱桥的加固性能，起到更好保护拱桥的作用，在承压板4的下方还设有弧形支撑梁6，弧形支撑梁6堆成设置于拱圈3的两侧，弧形支撑梁6的一端焊接固定在承压板4的侧面上，弧形支撑梁6的另一端固定于桥墩2的加固层上，在位置设计上，将弧形支撑梁6设置在相邻两个拱架5之间，拱架5的安装间距由拱架5的实际宽度决定，在本实施了中拱圈3宽度为6米，拱架5的安装间距为1米，为了使拱圈3的中部和其余部位能更好的进行力传递，在拱圈3的中部位置设有锚固在上面的横梁7，横梁7的长度和拱圈3的宽度一致，在拱圈3和弧形支撑梁6之间设有支撑件8，支撑件8倾斜设置，支撑件8的两端分别固定于横梁7和弧形支撑梁6的中部上，这样的好处在于，支撑件8能及时对拱圈3上的力进行传递，弧形支撑量的形变会对力进行缓冲，同时也给拱圈3提供一个支撑力，进而进一步增强拱圈3的承压能力。优选地，支撑件8为阻尼器，且所述阻尼器为油液阻尼器，其有益之处在与阻尼器能进一步起到缓冲的效果，油液阻尼器的缓冲效果更佳。
为了避免弧形支撑梁6受力过大，形变量过大，使其对拱圈3的支撑能力变弱，在承压板4两侧的弧形支撑梁6上均焊接有安装板9，两侧的安装板9之间等间距设有多组小拱架10，小拱架10的两端与两侧的安装板9焊接，小拱架10的顶部与承压板4的底部中心紧密接触，其有益之处在于，弧形支撑梁6在受到过大的外力时，弧形支撑梁6将会被折弯，即向拱圈3的中心位置发生位移，对桥梁的支撑效果减弱，安装的小拱架10可以限制弧形支撑梁6的形变和位移量，使弧形支撑梁6能更好的将受到的力传递至桥墩2上，降低拱圈3受力的同时，将力更好的传递至桥墩2上。
本发明的目的在于还公开一种拱桥加固结构的施工方法，其施工步骤如下：
a.将承压板4锚固在拱圈3的中部；
b.在承压板4和拱圈3形成的空间内填充橡胶块，使橡胶块与承压板4和拱圈3紧密接触；
c.在拱圈3的下方设置拱架5，使拱架5的两端固定连接桥墩2上，拱架5的上端和拱圈3的下端中部紧密接触；
d.在相邻拱架5的中部安装弧形支撑梁6，将弧形支撑梁6的两端与桥墩2固定连接，弧形支撑梁6的上端和拱圈3的中部紧密接触；
e.在拱圈3两侧的弧形支撑梁6上焊接安装板9，安装板9将弧形一侧的弧形支撑梁6串接；
f.在同一拱圈3下方的弧形支撑梁6上安装小拱架10，小拱架10的两端焊接于安装板9上，且小拱架10位于相邻拱架5之间；
g.在拱圈3的中部固定安装横梁7，横梁7与拱圈3的中部采用植筋的方式固定连接；
h.在横梁7和弧形支撑梁6之间倾斜安装支撑件8，支撑件8的两端分别固定在横梁7和弧形支撑梁6的中部。
具体为：
a.根据拱圈3的跨度确定承压板4的宽度，承压板4的宽度为拱圈3宽度的五分之一，将承压板4的两侧锚固或者是采用钢筋混凝土结构胶将承压板4固定于拱圈3的中部；
b.在拱圈3和承压板4的安装间隙内填充橡胶块，橡胶块与承压板4和拱圈3紧密接触，或者是在拱圈3上植入钢筋然后将钢筋笼敢接焊接在钢筋上，然后将承压板4和拱圈3形成安装间隙两端封闭，然后浇筑混凝土，直到混凝凝固；
c.在混凝土凝固后的承压板4下方设置拱架5，拱架5的两端固定连接桥墩2上，拱架5的上端和拱圈3的下端中部紧密接触，在安装拱架5之前先将桥墩2的中部或者是整个桥墩2添加加固层，加固层采用的是钢筋混凝土加固，具体为，在桥墩2的额外侧固定包覆的钢筋，然后在钢筋外侧加固模具，然后在模具内浇筑混凝土，直到混凝土凝固；
d.在相邻拱架5的中部安装弧形支撑梁6，将弧形支撑梁6的两端与桥墩2的加固层固定连接，弧形支撑梁6的上端和拱圈3的中部紧密接触，弧形支撑梁6的凹面向上安装；
e.在拱圈3两侧的弧形支撑梁6上焊接安装板9，安装板9将一侧的弧形支撑梁6串接，安装板9位于弧形支撑梁6的突出面的中部上；
f.在同一拱圈3下方的弧形支撑梁6上安装小拱架10，小拱架10的两端焊接于安装板9上，且小拱架10位于相邻拱架5之间，小拱架10采用焊接的方式固定于安装板9上，在安装小拱架10的时候，小拱架10施加于弧形支撑梁6一个预紧力，使弧形支撑梁6擦朝向拱圈3的两侧有个个预紧推力，这样的好处在于可以给弧形支撑梁6更好的承压能力；
g.在拱圈3的中部固定安装横梁7，横梁7与拱圈3的中部采用植筋的方式固定连接，当然后也可以采用锚固或者是钢筋混凝土结构胶的方式进行固定连接；
h.在横梁7和弧形支撑梁6之间倾斜安装支撑件8，支撑件8的两端分别固定在横梁7和弧形支撑梁6的中部，支撑件8优选为液压阻尼器，这样的好处在于，液压阻尼器的减震效果更好，成本更低，也可以采用直径较粗的钢管替代，优选为液压阻尼器。
优选地，所述步骤b中还可填充钢筋笼和混凝土的组合物，在执行步骤b之前需要先对拱圈的中部下表面进行拉毛处理，其有益之处在于，拉毛处理可以使钢筋笼和混凝土的组合物与拱圈3之间的连接更加的稳固和紧密，使钢筋笼和混凝土的组合物与共拱圈形成一个整体，使其能够更好的进行力传递。
优选地，所述步骤b之前的拉毛处理具体为，使用钢刷在拱圈的下表面中部刮出横纹路和纵纹路，其有益之处在于，此种拉毛的方式简单，拉铆的成本较低，且拉毛的速率块，能够缩短拱桥加固的周期。
综上，本发明的工作原理为：当桥面1上受到较大的载荷时，桥面1将受到的力和弯矩传递至拱圈3上，拱圈3将会产生一个竖直向下的力并沿着拱圈3进行力的传递和分散，将力传递至桥墩2上，当拱圈3受到的力较大时，拱圈3向下产生形变并作用于承压板4上方设置的橡胶块或者是钢筋笼和混凝土的组合物上，并将受到的力进行传递，此时拱架5会对拱圈3提供一个向上支撑的力，并将力传递至桥墩2上，同时拱架5也会产生形变，将力继续向下传递至弧形支撑梁6上，弧形支撑梁6进一步形变缓冲，将力传递至桥墩2上，若弧形支撑梁6的形变量过大，此时小拱圈3将会受力限制弧形支撑梁6的形变量，使弧形支撑梁6的刚性提升，更好的将力传递至桥段上，由于桥段的上部通过钢筋混凝土加固，桥墩2承载能力得到提升，同时也不会因为受到的局部应力较大而受到损伤，拱圈3中部安装的支撑件8则可对拱圈3的其余位置所受到了的进行缓冲和传递，并通过弧形支撑梁6提供一个支撑力，保证拱圈3各个位置上的受力都能进行传递和缓冲，以增强拱圈3的承载能力，使加固后的拱桥使用起来更加的安全。
本发明所取得的技术效果如下：(1)通过在拱圈3的下方安装承压板4、拱架5、弧形支撑梁6和支撑件8等加固件，提升了拱圈3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拱圈3的初始结构，使拱圈3的受力机构不被损坏。(3)通过上述方式加固之后的拱圈3受力在传递的时候都会经过层层缓冲，不会因为桥面1承载力突然增加而造成加固结构或者是拱圈3的损坏。(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。
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。
1.一种拱桥加固结构,包括桥面(1)、桥墩(2)和拱圈(3)，其特征在于，所述拱圈(3)的拱顶下表面设有弧形的承压板(4)，所述承压板(4)的两侧锚固在拱圈(3)上，所述承压板(4)的突出端朝下安装，所述承压板(4)的凹陷端和拱圈(3)的拱顶内壁之间设有压力传递元件，所述压力传递元件填充满拱圈(3)和承压板(4)形成的空间，且与承压板(4)和拱圈(3)的表面紧密接触，所述承压板(4)的下方设有若干个按照一定间距排列的拱架(5)，所述拱架(5)的中部和承压板(4)的中部紧密接触，所述拱架(5)的两端均采用钢筋混凝土结构固定于两侧的桥墩(2)上，所述承压板(4)的两侧相邻拱架(5)之间均设有弧形支撑梁(6)，所述弧形支撑梁(6)对称设置于承压板(4)的两侧，且弧形支撑梁(6)的一端固定于承压板(4)的侧面上，另一端固定于桥墩(2)上，所述拱圈(3)的中部侧壁上方设有与之固定连接的横梁(7)，所述横梁(7)和弧形支撑梁(6)之间倾斜设有支撑件(8)，所述支撑件(8)的两端与横梁(7)和弧形支撑梁(6)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种拱桥加固结构，其特征在于，所述压力传递元件为橡胶块。
3.根据权利要求1所述的一种拱桥加固结构，其特征在于，所述压力传递元件为钢筋笼和混凝土的组合物。
4.根据权利要求1所述的一种拱桥加固结构，其特征在于，所述支撑件(8)为阻尼器，且所述阻尼器为油液阻尼器。
5.根据权利要求1所述的一种拱桥加固结构，其特征在于，所述承压板(4)两侧的弧形支撑梁(6)上均焊接有安装板(9)，所述两侧的安装板(9)之间等间距设有多组小拱架10，小拱架10的两端与两侧的安装板(9)焊接，所述小拱架10的顶部与承压板(4)的底部中心紧密接触。
6.根据权利要求5所述的一种拱桥加固结构，其特征在于，所述弧形支撑梁(6)的突出端朝向拱桥的中部。
7.根据权利要求7所述的一种拱桥加固施工方法，其特征在于，所述桥墩(2)的上部设置钢筋混凝土加固层。
8.还公开了一种拱桥加固施工方法，其特征在于，包括以下的施工步骤：
a.将承压板(4)锚固在拱圈(3)的中部；
b.在承压板(4)和拱圈(3)形成的空间内填充橡胶块，使橡胶块与承压板(4)和拱圈(3)紧密接触；
c.在拱圈(3)的下方设置拱架(5)，使拱架(5)的两端固定连接桥墩(2)上，拱架(5)的上端和拱圈(3)的下端中部紧密接触；
d.在相邻拱架(5)的中部安装弧形支撑梁(6)，将弧形支撑梁(6)的两端与桥墩(2)固定连接，弧形支撑梁(6)的上端和拱圈(3)的中部紧密接触；
e.在拱圈(3)两侧的弧形支撑梁(6)上焊接安装板(9)，安装板(9)将一侧的弧形支撑梁(6)串接；
f.在同一拱圈(3)下方的弧形支撑梁(6)上安装小拱架10，小拱架10的两端焊接于安装板(9)上，且小拱架10位于相邻拱架(5)之间；
g.在拱圈(3)的中部固定安装横梁(7)，横梁(7)与拱圈(3)的中部采用植筋的方式固定连接；
h.在横梁(7)和弧形支撑梁(6)之间倾斜安装支撑件(8)，支撑件(8)的两端分别固定在横梁(7)和弧形支撑梁(6)的中部。
9.根据权利要求8所述的一种拱桥加固施工方法，其特征在于，所述步骤b中还可填充钢筋笼和混凝土的组合物，在执行步骤b之前需要先对拱圈(3)的中部下表面进行拉毛处理。
10.根据权利要求8所述的一种拱桥加固施工方法，其特征在于，所述步骤b之前的拉毛处理具体为，使用钢刷在拱圈(3)的下表面中部刮出横纹路和纵纹路。
技术总结