CN104846751A - 用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，包括焊接在上弦杆节点处的上、下护板，上、下护板通过焊接在其外侧边缘的侧封板构成封闭式节点腔；位于节点腔内的腹杆上依次套装有法兰盘和增强管，增强管的下端固连在贴附于侧封板内表面的法兰盘上，增强管与上、下护板之间焊接有多个连接钢板；位于节点腔外的腹杆上套装有附管，管的上端通过连接螺栓固连在法兰盘上。本发明还公开了具体的施工方法。本发明结构简单，施工方便。既保留了钢管直接焊接节点的优点，又通过增加节点护板的方式克服了应力集中问题，有效提高了节点的抗疲劳性能。同时该种节点加固形式还提供了可更换的直腹杆及斜腹杆，提高了结构的冗余度。

Description

用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置及施工方法

技术领域

本发明涉及公路和铁路桥梁技术，尤其是涉及一种用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，本发明还涉及该抗疲劳加固装置的施工方法。

背景技术

钢管混凝土是一种优异的组合结构材料，它利用外部钢管对核心混凝土的约束作用，大幅提高了材料的抗压性能。鉴于钢管混凝土所具有的较强的抗压特性，使得钢管混凝土结构在公路交通行业被广泛加以应用，如用作钢管混凝土临时支架、钢管混凝土桥墩、钢管混凝土拱桥、钢管混凝土桁梁桥等。

钢管混凝土桁梁桥是一种应用钢管混凝土材料的结构桥。它采用受压能力较强的钢管混凝土构件作为桁架的上弦杆，利用拉、压能力都较强的钢管作为腹杆，同时利用钢梁作为受拉下弦杆。在该类桥梁节点中，由钢管直接焊接而成的节点形式简单、外观轻巧且承载能力较大。然而，此类接头在钢管相贯处由于相贯线几何形状复杂，易产生严重的应力集中，从而导致焊缝疲劳开裂甚至破坏；而且相贯接头为环形连接焊接，要求焊缝光滑平顺，但从实际的现场施工情况来看，焊接质量一般都难以保证，初始缺陷不可避免；这些不利因素都会造成钢管混凝土桁架桥节点抗疲劳性能降低。同时交通量的逐年增加以及重载交通的不可预知性则进一步加大了节点焊缝的疲劳应力幅，使焊缝破坏的可能性成倍增大。

目前钢管节点抗疲劳的加固方法主要有内置加劲环加固、内置插板加固、环口板加固、外加劲肋加固等。然而内置加劲环加固和内置插板加固只适用于施工阶段节点增强，且操作复杂、施工难度较大，不利于后期维护；环口板加固需在原钢管主管上焊接多条焊缝，对原钢管结构损伤较大；外加劲肋加固在主管与支管之间新增加劲肋进行加固，但是这种方法起不到解决焊缝处应力集中的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对目前钢管节点加固技术存在的不足，提供一种用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，本发明还涉及该抗疲劳加固装置的施工方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，包括焊接在上弦杆节点处的上、下护板，所述上、下护板通过焊接在其外侧边缘的侧封板构成封闭式节点腔；位于所述节点腔内的腹杆上依次套装有法兰盘和增强管，所述增强管的下端固连在贴附于所述侧封板内表面的法兰盘上，所述增强管与上、下护板之间焊接有多个连接钢板；位于所述节点腔外的腹杆上套装有附管，所述附管的上端通过连接螺栓固连在所述法兰盘上。

靠近所述法兰盘的增强管和附管外周面上均衡布置有缀板。

所述腹杆包括直腹杆和斜腹杆。

用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置的施工方法，包括下述步骤：

第一步，按上弦杆外径、腹杆外径选择合适的增强管、附管、法兰盘，并将其平均切割成两半，根据节点的实际大小切割上、下护板，侧封板和连接钢板；将切割成两半的增强管与连接钢板分别进行焊接，然后再分别与法兰盘进行焊接，形成钢构件；

第二步，在靠近上弦杆的腹杆上焊接剪力钉，然后将上、下护板焊接到上弦杆节点处的相应位置；将第一步预制好的钢构件通过连接钢板分别焊接在上、下护板上，然后将切割开的增强管和法兰盘重新焊接成整体；将侧封板沿上、下护板的外侧边缘进行焊接，形成封闭式节点腔；

第三步，将切割开的附管通过连接螺栓固连在法兰盘上，然后焊接成整体；

第四步，在封闭式节点腔内灌注填料，完成施工。

本发明的优点在于结构简单，施工方便。本发明采用的节点加固形式既保留了钢管直接焊接节点的优点，又通过增加节点护板的方式克服了应力集中问题，有效提高了节点的抗疲劳性能。同时该种节点加固形式还提供了可更换的直腹杆及斜腹杆，这些杆件在焊缝破坏的极端情况下能够保证上下弦杆之间的有效连接，提高了结构的冗余度。

本发明采用在原腹杆上焊接剪力钉、在上弦杆上焊接上下护板使之形成封闭式节点腔，并在其中灌注填料的形式构成了该装置抗疲劳部分；在节点腔内的腹杆上增加增强管，并通过连接钢板与上下护板相连，构成上下弦杆冗余连接装置；在节点腔外的腹杆上增加附管，且附管通过连接螺栓安装在法兰盘上，形成可拆卸式结构，当这些杆件出现破坏或锈蚀严重时可以进行更换。

本发明较现有技术具有如下优点：

1、通过在节点区域内增加上下护板并使之形成封闭式节点腔，且在其中灌注填料，可以有效减轻钢管焊缝位置处的应力集中，提高焊缝的耐久性。

2、节点加固后通过新增增强管且与上下护板间的连接可以有效减轻节点位置的疲劳应力幅。

3、通过新增附管，可以在原腹杆与上弦杆焊缝开裂失效的情况下，保证附管与上弦杆的有效连接，通过提高结构冗余度来增加结构整体的安全性。

4、新增附管为可拆卸设计，方便后期更换维护。

5、对已使用桥梁进行维修时，对原结构损伤小、造价低、施工便捷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1直腹杆处的A向视图。

图3是本发明另一实施例的结构示意图。

图4是图3中斜腹杆处的B向视图。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明所述的用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，包括焊接在上弦杆1节点处的上、下护板2、3，上、下护板2、3通过焊接在其外侧边缘的侧封板4构成封闭式节点腔；位于节点腔内的腹杆（包括直腹杆5.1和斜腹杆5.2）上依次套装有法兰盘6和增强管7，增强管7的下端固连在贴附于侧封板内表面的法兰盘6上，增强管7与上、下护板2、3之间焊接有多个连接钢板8；位于节点腔外的腹杆5上套装有附管9，附管9的上端通过连接螺栓固连在法兰盘6上；靠近法兰盘6的增强管7和附管9外周面上均衡布置有缀板10，以保证其支撑作用。

用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置的施工方法，包括下述步骤：

第一步，按上弦杆1外径、腹杆外径选择合适的增强管7、附管9、法兰盘6并将其平均切割成两半，根据节点的实际大小切割上、下护板2、3，侧封板4和连接钢板8（根据腹杆的直径大小，可以选择四块、六块或八块）；将切割成两半的增强管7与连接钢板8分别进行焊接，然后再分别与法兰盘6进行焊接，形成钢构件；

第二步，在靠近上弦杆1的腹杆上焊接剪力钉11，然后将上、下护板2、3焊接到上弦杆1节点处的相应位置；将第一步预制好的钢构件通过连接钢板8分别焊接在上、下护板2、3上，然后将切割开的增强管7和法兰盘6重新焊接成整体；将侧封板4沿上、下护板2、3的外侧边缘进行焊接，形成封闭式节点腔；

第三步，将切割开的附管9通过连接螺栓固连在法兰盘6上，然后焊接成整体；

第四步，在封闭式节点腔内灌注填料12（正常情况下，在节点下方的护板上开设灌浆孔14，在节点上方的护板上开设排气孔15），完成施工。

在实际工程应用中，该装置中的技术参数与材料属性等按照以下要点来确定：

1）上、下护板2、3的尺寸需根据现场实际情况及计算结果或有限元分析结果来确定。

2）焊接在上、下护板2、3及增强管7之间的连接钢板8的尺寸及与上下护板连接的焊缝长度及焊脚尺寸均应按照计算结果来确定。

3）增强管7及附管9的尺寸应按照原腹杆的尺寸、桥梁整体计算的结果并考虑“二次受力”的影响确定。

4）连接增强管7和附管9的法兰盘6的尺寸及法兰盘内螺栓的数量应按照原腹杆的尺寸、桥梁整体计算的结果并考虑“二次受力”的影响确定。

本发明的抗疲劳加固装置可用于对现有出现节点疲劳损伤的桁架桥进行节点处加固修复，如图1-2所示，在直腹杆5.1、斜腹杆5.2与上弦杆之间的节点处，增加上下护板2、3，并使之形成封闭式节点腔，且在其中灌注填料，减轻钢管焊缝位置处的应力集中，提高焊缝的耐久性；在节点加固后，通过在直腹杆5.1上新增增强管7，有效减轻了节点位置的疲劳应力幅；在直腹杆5.1上新增附管9（附管9可向下延伸至下节点处），可以在直腹杆5.1与上弦杆1间焊缝开裂失效的情况下，保证附管9与上弦杆1的有效连接，通过提高结构冗余度来增加结构整体的安全性；同时新增的附管9为可拆卸结构，方便后期再行更换维护。

本发明的抗疲劳加固装置还可用于新建的钢管混凝土桁梁桥节点中，如图3-4所示，在直腹杆5.1与上弦杆1之间的节点处，增加上下护板2、3，并使之形成封闭式节点腔且填充填料，并在直腹杆5.1的两侧增设斜腹杆5.2，斜腹杆5.2可以不与上弦杆1直接连接，这时可在斜腹杆5.2的顶部设置封闭板13；同时在位于封闭式节点腔内的直腹杆5.1、斜腹杆5.2上均增设增强管7，在位于封闭式节点腔外的直腹杆5.1、斜腹杆5.2上均增设附管9，解决了桁梁桥节点处的应力集中问题，有效的提高了节点的抗疲劳性能，同时增设的附管9（附管9可向下延伸至下节点处）还能保证在焊缝破坏的极端情况下保证上下弦杆之间的可靠连接，提高了结构的冗余度。

Claims (4)

1.一种用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，其特征在于：包括焊接在上弦杆节点处的上、下护板，所述上、下护板通过焊接在其外侧边缘的侧封板构成封闭式节点腔；位于所述节点腔内的腹杆上依次套装有法兰盘和增强管，所述增强管的下端固连在贴附于所述侧封板内表面的法兰盘上，所述增强管与上、下护板之间焊接有多个连接钢板；位于所述节点腔外的腹杆上套装有附管，所述附管的上端通过连接螺栓固连在所述法兰盘上。

2.根据权利要求1所述的用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，其特征在于：靠近所述法兰盘的增强管和附管外周面上均衡布置有缀板。

3.根据权利要求1所述的用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置，其特征在于：所述腹杆包括直腹杆和斜腹杆。

4.用于钢管混凝土桁架结构节点的抗疲劳加固装置的施工方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步，按上弦杆外径、腹杆外径选择合适的增强管、附管、法兰盘，并将其平均切割成两半，根据节点的实际大小切割上、下护板，侧封板和连接钢板；将切割成两半的增强管与连接钢板分别进行焊接，然后再分别与法兰盘进行焊接，形成钢构件；

第二步，在靠近上弦杆的腹杆上焊接剪力钉，然后将上、下护板焊接到上弦杆节点处的相应位置；将第一步预制好的钢构件通过连接钢板分别焊接在上、下护板上，然后将切割开的增强管和法兰盘重新焊接成整体；将侧封板沿上、下护板的外侧边缘进行焊接，形成封闭式节点腔；

第三步，将切割开的附管通过连接螺栓固连在法兰盘上，然后焊接成整体；

第四步，在封闭式节点腔内灌注填料，完成施工。