CN104060551A - 基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造及方法，属于桥梁工程技术领域，其是将钢板梁腹板、加劲肋与翼缘板的腹板间隙采用角钢进行加固，角钢的两肢通过结构胶分别粘结在加劲肋和翼缘板上；可以有效改善腹板间隙的受力性能，有效抑制面外变形疲劳裂纹的萌生和扩展，具有施工方便、操作简单、成本低廉、性能优良的特点。

Description

基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造及方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造及方法。

背景技术

随着交通量的日益增加，既有钢桥的疲劳问题日益凸显。钢桥设计中，各主梁之间的横向连接系是通过横撑与主梁腹板焊接的竖向加劲肋的连接来实现的，为了避免竖向加劲肋和主梁受拉翼缘之间的焊接细节发生疲劳失效，通常在竖向加劲肋与主梁受拉翼缘之间留有几十毫米的腹板间隙。实际运营时，在车辆荷载作用下各钢主梁之间会产生挠度差，从而使刚度较小的腹板间隙处会发生面外弯曲变形，引起焊接细节处较大的二次应力，导致疲劳裂纹在此处萌生和扩展，对桥梁的安全埋下了隐患。因此，需要针对面外变形引起的疲劳裂纹，采取有效的加固构造措施对既有钢桥进行维修加固。传统的对于钢桥竖向加劲肋与翼缘间腹板间隙的加固措施为在裂尖设置止裂孔，但止裂孔会削弱腹板刚度，可能会导致结构发生次生破坏。因此，急需研发一种既不削弱腹板刚度，又能有效抑制腹板间隙处面外变形疲劳裂纹形成和扩展的加固构造措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服以往钢板梁桥面外变形加固技术会削弱原结构刚度的问题，提供一种结构合理、构造简单、受力性能优越、施工便捷的面外变形疲劳加固构造。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将钢板梁腹板、加劲肋与翼缘板的腹板间隙采用角钢进行加固，角钢的两肢通过结构胶分别粘结在加劲肋和翼缘板上。

上述角钢与翼缘板之间用螺钉和结构胶连接。

上述角钢为单角钢或者T型角钢或者双角钢。

上述单角钢和双角钢均为等肢角钢。

本发明还提供了一种基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固方法，其包括以下步骤：

1)对加劲肋、翼缘板和角钢的粘贴面做清理、打毛处理；

2)在步骤1)处理后的加劲肋、翼缘板和角钢的粘贴面上均匀涂抹厚度为1～3mm的结构胶，将角钢粘贴到对应位置；

3)结构胶与角钢充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢位置固定，养护至结构胶固化。

当角钢与翼缘板之间用螺钉和结构胶连接时，步骤1)是对加劲肋、翼缘板和角钢的粘贴面做清理、打毛处理后，在翼缘板和角钢的对应位置进行攻丝；步骤3)是结构胶与角钢充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢位置固定，养护到结构胶固化，用螺钉将角钢紧固。

本发明所提供的一种基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造及方法，其是利用结构胶将角钢的两肢分别与加劲肋和翼缘板粘结固定，角钢与翼缘板之间还可以用结构胶与螺钉结合的方式来固定，从而可以有效改善腹板间隙的受力性能，有效抑制面外变形疲劳裂纹的萌生和扩展，具有施工方便、操作简单、成本低廉、性能优良的特点。此外本发明采用角钢结合螺钉的连接方式提高连接的安全性和耐久性，同时还能防止角钢意外坠落，避免安全事故的发生。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为图1中双角钢3的连接示意图。

图3为图1中双角钢3的结构示意图。

图4为实施例2的结构示意图。

图5为图4中的单角钢3的结构示意图。

图6为实施例3的结构示意图。

图7为图6中T型角钢3的结构示意图。

图8为结构胶和螺钉固定双角钢3的连接结构示意图。

图9为结构胶和螺钉固定单角钢3的连接结构示意图。

图10为结构胶和螺钉固定T型角钢3的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施情形。

实施例1

本实施例的加固试件是由翼缘板4、加劲肋2与腹板1焊接成的工字形钢梁。翼缘板4是长度为600mm、宽度为300mm、厚度为24mm的矩形钢板；腹板1是长度为600mm、高度为870mm、厚度为8mm的矩形钢板；加劲肋2是长度为120mm、高度为790mm、厚度为6mm的矩形钢板；参见图1～3，将腹板1、加劲肋2与翼缘板4的腹板间隙采用角钢3进行加固，该角钢3为等肢双角钢，其中一肢用环氧结构胶粘结在加劲肋2上，另一肢用环氧结构胶粘结在翼缘板4上，环氧结构胶的厚度为2.5mm，双角钢的侧端与腹板1留有10mm的距离，该双角钢选用L140mm×140mm×14mm的标准型钢。

上述基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造的加固方法是由以下步骤组成：

1)对加劲肋2、翼缘板4和角钢3的粘贴面做清理、打毛处理；

2)在步骤1)处理后的加劲肋2、翼缘板4和角钢3的粘贴面上均匀涂抹厚度为2.5mm的结构胶，将角钢3的一肢与加劲肋2粘结，另一肢与翼缘板4粘结；

3)环氧结构胶与角钢3充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢3位置固定，养护至结构胶固化，拆除夹子，完成加固。

实施例2

上述实施例1中的双角钢用L140mm×140mm×14mm的单角钢替换，结构胶的厚度为1mm，如图4、5所示，其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

加固方法与实施例1相同。

实施例3

上述实施例1中的双角钢用280mm×140mm×14mm的T型角钢替换，结构胶的厚度为3mm，如图6、7所示，其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

加固方法与实施例1相同。

实施例4

上述实施例1～3中，双角钢与翼缘板4连接的一肢采用粘结胶粘结后外部采用螺钉进一步加固，如图8～10所示，本实施例用螺钉无需穿透穿透翼缘板，在进一步加固的同时还能防止角钢坠落，其他的部件及其连接关系均与相应的实施例相同。

在加固方法中，步骤1)是对加劲肋2、翼缘板4和角钢3的粘贴面做清理、打毛处理后在翼缘板4和角钢3的对应位置进行攻丝；

步骤3)是结构胶与角钢3充分接触且没有气泡后，用夹子将双角钢3位置固定，养护到结构胶固化，用螺钉将角钢3紧固。

其他的步骤与相应实施例相同。

上述实施例的角钢规格可以根据实际使用情况进行调整，以加固翼缘板4与加劲肋2、腹板1之间的腹板间隙为目的。

为了测试加固效果，发明人进行了加固效果评定试验。预先在工字形钢梁试件上预制了疲劳裂纹，采用粘贴角钢3的方法进行加固，对加固后的试件进行了试验，试验情况如下：

一、测试仪器

MTS伺服液压控制系统；日本产TDS－602静态电阻应变仪；浙江省温岭市科特电子仪器厂产WBD型机电百分表。

二、加固效果试验

1、试件设计参数

试件钢材采用Q345钢，弹性模量为2.06×10⁵MPa。本实验所加固的试件与加固角钢的规格与实施例1中的规格相同，两加载点间距为440mm。

2、试验装置及加载步骤

试件的两个翼缘板4均用高强螺栓固定底座上，在加劲肋2上垂直于腹板1循环加载以模拟实际钢桥中横撑传递的荷载。试验时先对试件进行预制裂纹疲劳加载，直到在加劲肋2与翼缘板4间隙处的腹板1萌生裂纹；对有预制裂纹的试件在加固前进行一次静载试验，测试在加固前各测点的位移与应力情况，以便和加固后进行对比；对试件进行粘贴双角钢3加固，并对加固的试件进行养护，等到结构胶固化后再做一次静载试验，测试加固后各个测点的位移与应力，最后进行循环加载以验证该加固方法的有效性。

3、试验结果及分析

试件加固前和加固后的面外变形幅值见表1。表1中的面外变形幅值①是在试件腹板间隙疲劳循环加载前，静力测试获得的腹板间隙处的面外变形值，此时循环次数N＝0次；面外变形幅值②是对试件进行疲劳加载至试件腹板间隙处的疲劳裂纹扩展到一定程度，停止疲劳试验时(即试件加固前疲劳加载循环次数为271万次)，静力测试获得的腹板间隙处的面外变形幅值；面外变形幅值③是对试件腹板间隙处进行维修加固后，静力测试获得的腹板间隙处的面外变形幅值；面外变形幅值④是对加固后试件进行疲劳试验，试验结束时(试件加固后疲劳加载循环次数为200万次)，最后一次静力测试获得的数据。表1中测点DW-B和DE-B分别为试件腹板1无加劲肋2侧腹板间隙面外变形，测点DW-U和DE-U分别为试件腹板1有加劲肋2侧腹板间隙面外变形。

表1加固前后试件测点的面外变形幅值对比

由表1可知，采用粘贴双角钢3维修加固后，在同等荷载幅下各个测点的面外变形幅值都有大幅度的降低，加固后的面外变形均很小，表明加固效果良好。

表2是试件加固前后焊趾处的应力幅对比。表2中的应力幅①，应力幅②，应力幅③和应力幅④分别与表1中的面外变形幅值①，面外变形幅值②，面外变形幅值③和面外变形幅值④测试时的循环次数相同。表2中WR1-3和WR2-3为腹板1与加劲肋2焊趾处测点，W5和E5为腹板1与翼缘板4焊趾处测点。

表2加固前后焊趾处应力幅的对比

由表2可知，采用粘贴双角钢3维修加固后，在同等荷载幅下各个测点的应力幅值都有大幅度的降低，加固后的测点应力均很小，表明加固的效果良好。

表3所示为腹板间隙处的面外变形幅值随荷载的变化情况，其中的时刻1、时刻2、时刻3和时刻4分别与表1中的面外变形幅值①，面外变形幅值②，面外变形幅值③和面外变形幅值④测试时的循环次数完成时刻相对应。表3中测点DW-B和DE-B分别为试件腹板1无加劲肋2侧腹板间隙面外变形，测点DW-U和DE-U分别为试件腹板1有加劲肋2侧腹板间隙面外变形。

表3加固前后焊趾处面外变形幅值对比

由表3中的实测数据可知，加固后腹板间隙的面外变形值显著减小，且在试验结束时，经过循环加载得到的面外变形值与加固后未进行循环加载得到的值相比，几乎没有变化，表明加固效果良好。

综上所述，采用粘贴双角钢3对腹板间隙面外变形疲劳细节加固后，试件的面外变形幅值与应力幅均有大幅度的降低，而且循环荷载作用下粘贴角钢3没有失效，说明该疲劳加固构造安全、可靠。

Claims (6)

1.一种基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于：将钢板梁腹板(1)、加劲肋(2)与翼缘板(4)的腹板间隙采用角钢(3)进行加固，角钢(3)的两肢通过结构胶分别粘结在加劲肋(2)和翼缘板(4)上。

2.根据权利要求1所述的基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于：所述角钢(3)与翼缘板(4)之间用螺钉和结构胶连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于：所述角钢(3)为单角钢或者T型角钢或者双角钢。

4.根据权利要求3所述的基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于：所述单角钢和双角钢均为等肢角钢。

5.一种基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对加劲肋(2)、翼缘板(4)和角钢(3)的粘贴面做清理、打毛处理；

2)在步骤1)处理后的加劲肋(2)、翼缘板(4)和角钢(3)的粘贴面上均匀涂抹厚度为1～3mm的结构胶，将角钢(3)粘贴到对应位置；

3)结构胶与角钢(3)充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢(3)位置固定，养护至结构胶固化。

6.根据权利要求5所述的基于粘贴角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于：所述步骤1)是对加劲肋(2)、翼缘板(4)和角钢(3)的粘贴面做清理、打毛处理后，在翼缘板(4)和角钢(3)的对应位置进行攻丝；

所述步骤3)是结构胶与角钢(3)充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢(3)位置固定，养护到结构胶固化，用螺钉将角钢(3)紧固。