CN106522093A - 一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构。包括桥面板、固定于桥面板底部的横隔板、中腹板和多个闭口加劲肋，横隔板与中腹板相互垂直，多个闭口加劲肋均匀设置于横隔板上且位于中腹板两侧，每个闭口加劲肋的两侧壁均与横隔板固定连接，闭口加劲肋内部两侧对应横隔板的连接部位设置有肋条，肋条板面与横隔板共面设置。在闭口加劲肋与横隔板连接部位对应的闭口加劲肋内腔设置小肋条，使得横隔板给闭口加劲肋提供了有效的弹性支承，从而改善闭口加劲肋与横隔板连接部位受力敏感区域的变形和应力，克服正交异性钢桥面闭口加劲肋和横隔板相交位置的疲劳裂纹问题，改善正交异性钢桥面的疲劳性能。

Description

一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构。

背景技术

正交异性钢桥面是由较薄的钢面板、更薄的钢纵向加劲肋和较薄的钢横隔板(梁)组成，三者互为垂直，并焊接成一体共同承受桥面荷载，由于在相互垂直方向上的刚度各不相同，在受力行为上呈现各向异性。钢桥面板的纵向加劲肋按加劲肋截面是否闭合分为闭口加劲肋与开口加劲肋。

正交异性钢桥面板的疲劳问题一直是备受关注的结构问题，直接影响并控制着结构局部的实际使用寿命。由于正交异性钢桥面面板、纵向加劲肋和横隔板(梁)刚度各不相同、受力行为各异，在其中的薄弱环节容易出现疲劳问题，加之焊缝众多，在同等情况下，相对于母材而言，焊缝的抗疲劳强度要相对较低，当两种不同刚度的板材通过焊接连成一体时，由于焊缝的加强，在焊缝一侧刚度较小的板材上容易出现疲劳裂纹；所以在正交异性钢桥面板结构中，很多焊缝连接部位及附近范围都是疲劳敏感部位，容易发生疲劳开裂；如纵肋和顶板的连接部位、纵肋和横隔板(梁)的连接部位及加劲肋的纵向连接部位等；除了焊缝的连接部位，由于构造所导致的应力集中处也会发生疲劳开裂，如横隔板(梁)腹板开孔边缘部位等。同时，疲劳裂缝呈现早发性、多发性、再现性状态，进而严重影响钢桥的疲劳耐久性，大大缩短桥梁的使用寿命。

如何避免疲劳裂纹的产生和确保正交异性钢桥面板耐久性，长期以来一直都是一个被重点关注的技术问题和研究热点，其技术经济的合理性更是困扰着设计的一个难题，让广大设计者经常面临着一种两难的选择，如：在宁波铁路枢纽甬江特大桥的斜拉桥主桥(主跨468m)设计过程中，为避免疲劳裂纹的产生并合理选择纵向闭口加劲肋的断面形式，针对正交异性钢桥面板曾进行过模型试验，通过该疲劳试验得出，在原拟采用的纵向闭口U形加劲肋与横隔板连接部位附近，U形加劲肋上出现有疲劳裂纹，对应的疲劳使用寿命仅为25～49年。该疲劳裂纹的出现，是纵向闭口加劲肋承受不对称荷载后发生的(梁)面外弯曲(相对横隔板产生旋转的弯曲应力)和面内变形所引起，其产生原因是由于该局部位置U形加劲肋结构刚度不够，疲劳应力幅过大所导致。为解决这一问题，宁波铁路枢纽甬江特大桥主桥在通过模型试验后，采取了将位于铁路道砟范围下方的所有闭口加劲肋由原采用的U形加劲肋改为加高加厚型V肋加劲肋的技术措施方案，以避免纵向闭口加劲肋与横隔板连接部位出现疲劳裂纹。由于加高加厚型V肋的加工焊接相对困难、加工焊接精度要求高，且采用加高加厚型V肋耗材比常用U肋耗材多，导致其技术经济的合理性并不十分理想。

因而对于采用正交异性钢桥面板的钢桥乃至所有其他类似的钢结构，如何合理设计加劲肋和横隔板(梁)连接部位的构造细节，以克服此处的疲劳裂纹问题，改善正交异性钢桥面的疲劳性能，提高钢结构的整体抗疲劳性和技术经济合理性，确保钢结构设计使用寿命，这是亟待研究和解决的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、改善正交异性钢桥面的疲劳性能的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构。

本发明的技术方案是：一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，包括桥面板、固定于桥面板底部的横隔板、中腹板和多个闭口加劲肋，所述横隔板与中腹板相互垂直，多个所述闭口加劲肋均匀设置于所述横隔板上且位于中腹板两侧，每个所述闭口加劲肋的两侧壁均与所述横隔板固定连接，所述闭口加劲肋内部两侧对应横隔板的连接部位设置有肋条，所述肋条板面与所述横隔板平行设置。

进一步的，所述闭口加劲肋包括两条加高梯形闭口加劲肋和多条普通梯形闭口加劲肋，两条所述加高梯形闭口加劲肋设置于所述横隔板上靠近中腹板位置处，所述普通梯形闭口加劲肋设置于所述加高梯形闭口加劲肋远离中腹板的一侧。

进一步的，所述加高梯形闭口加劲肋高度为330～350mm。

进一步的，所述普通梯形闭口加劲肋高度为270～290mm。

进一步的，所述肋条为板状结构，所述肋条底部与所述闭口加劲肋通过小焊脚贴脚焊接。

进一步的，所述肋条包括设置于所述加高梯形闭口加劲肋内部的加高梯形闭口加劲肋肋条和设置于所述普通梯形闭口加劲肋内部的普通梯形闭口加劲肋肋条，所述肋条高度为其对应闭口加劲肋高度的0.5～0.6倍。

进一步的，所述肋条沿所述闭口加劲肋高度方向设置。

进一步的，所述肋条与所述横隔板共面设置。

进一步的，所述肋条的厚度为9～10mm。

进一步的，相邻所述闭口加劲肋之间的间距为500～700mm。

本发明的有益效果是：在闭口加劲肋与横隔板(梁)连接部位对应的闭口加劲肋内腔设置小肋条，使得横隔板(梁)给闭口加劲肋提供了有效的弹性支承，从而改善了闭口加劲肋与横隔板(梁)连接部位这一受力敏感区域的变形和应力，与常规的闭口加劲肋相比，横隔板(梁)与闭口加劲肋过焊缝位置的应力水平和结构变形显著减小，受力可靠且合理经济，能很好克服正交异性钢桥面纵向闭口加劲肋和横隔板(梁)相交位置的疲劳裂纹问题，改善正交异性钢桥面的疲劳性能，确保结构的使用寿命，减少钢桥的加固维护费用投入，避免钢桥在寿命期内疲劳失效。

附图说明

图1为本发明一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构(中腹板其中一侧)立体结构示意图；

图2为本发明一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构(中腹板其中一侧)另一角度立体结构示意图；

图3为本发明一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构(中腹板其中一侧)主视图；

图4为本发明一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构(中腹板其中一侧)俯视图；

图中：1—横隔板，2—桥面板，3—中腹板，4—普通梯形闭口加劲肋，5—加高梯形闭口加劲肋，6—普通梯形闭口加劲肋肋条，7—加高梯形闭口加劲肋肋条。

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。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。

以下结合附图和龙岩大桥主桥(190+150)m斜拉桥钢箱梁的具体实施例对本专利作进一步的详细描述。

如图1-4所示一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，包括桥面板2、固定于桥面板底部的横隔板1、中腹板3和多个闭口加劲肋。横隔板1与中腹板2相互垂直，多个闭口加劲肋均匀设置于横隔板1上，且位于中腹板3两侧，每个闭口加劲肋的两侧壁均与横隔板1固定连接。闭口加劲肋内部两侧对应横隔板1的连接部位设置有肋条，肋条为板状结构，其板面与横隔板1共面设置，其纵向间距同横隔板1纵向间距。内置肋条与闭口加劲肋仅通过小焊脚(宜为4mm)贴角焊缝的构造性连接。

闭口加劲肋包括两条加高梯形闭口加劲肋5和多条普通梯形闭口加劲肋4，加高梯形闭口加劲肋5设置于横隔板1上靠近中腹板3位置处，普通梯形闭口加劲肋4设置于加高梯形闭口加劲肋5远离中腹板3的一侧。加高梯形闭口加劲肋高度为330～350mm。，本实施例中选取高度h为340mm，普通梯形闭口加劲肋高度为270～290mm，本实施例中选取高度h为280mm。相邻闭口加劲肋之间的间距为500～700mm，本实施例中选取间距为600mm。

肋条包括设置于加高梯形闭口加劲肋5内部的加高梯形闭口加劲肋肋条7和设置于普通梯形闭口加劲肋4内部的普通梯形闭口加劲肋肋条6，肋条高度(h)为其对应闭口加劲肋高度的0.5～0.6倍。故本实施例中加高梯形闭口加劲肋肋条7高度为200mm，普通梯形闭口加劲肋肋条6高度为160mm。而对于龙岩大桥(190+150)m斜拉桥主桥钢箱梁，该肋条厚度均采用8mm。

为了使钢桥面板具有必要的强度和刚度，降低厚度较小的闭口加劲肋面外变形所引起的自身和连接部位弯曲应力和应力集中，确保其疲劳耐久性和合理经济性，同时考虑组装和焊接的便捷性，通过调研和比选，确定了上述含闭口加劲肋的截面尺寸和间距。同时为了提高疲劳性能，中腹板两侧两道纵向闭口加劲肋适当加高设计。

表1和表2列出了带内置肋条正交异性钢桥面闭口加劲肋结构和不带内置肋条梯肋加劲正交异性钢桥面闭口加劲肋结构的第二、三体系应力对比。

表1 带内置肋条的闭口加劲肋与不带内置肋条的闭口加劲肋基于有限元的局部应力分析(闭口加劲肋顶无轮载)

表2 带内置肋条的闭口加劲肋与不带内置肋条的闭口加劲肋基于有限元的局部应力分析(闭口加劲肋顶有轮载)

由表1和表2可见，带内置肋条的闭口加劲肋与不带内置的肋条闭口加劲肋相比，前者的Von Mises等效应力明显小于后者，应力降幅达16％～42％，特别是靠近中腹板侧的应力点a与应力点c，应力水平降低8～10MPa。

钢结构出现疲劳开裂的本质原因是疲劳开裂位置应力过于集中所导致的疲劳应力幅过大，进而出现局部塑性变形，并在应力反复循环作用下，上述部位在塑形区或缺陷部位逐渐产生裂纹并不断延伸扩展，应力幅越大，裂缝就扩展得越快。由上可以看出，决定钢结构疲劳的主要因素就是合理控制各部位的应力，对正交异性钢桥面板的第二、三体系而言，带内置肋条的闭口加劲肋相比不带内置肋条的闭口加劲肋，应力集中点的应力水平要小16％～42％，由此可知前者的疲劳性能远优于后者，内置肋条对闭口加劲肋面外刚度的增大能有效地避免疲劳裂缝的产生。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，包括桥面板(2)、固定于桥面板(2)底部的横隔板(1)、中腹板(3)和多个闭口加劲肋，所述横隔板(1)与中腹板(3)相互垂直，多个所述闭口加劲肋均匀设置于所述横隔板(1)上且位于中腹板(3)两侧，每个所述闭口加劲肋的两侧壁均与所述横隔板(1)固定连接，其特征在于：所述闭口加劲肋内部两侧与横隔板(1)连接部位对应位置处设有肋条，所述肋条板面与所述横隔板(1)平行设置。

2.如权利要求1所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述闭口加劲肋包括两条加高梯形闭口加劲肋(5)和多条普通梯形闭口加劲肋(4)，两条所述加高梯形闭口加劲肋(5)设置于所述横隔板(1)上靠近中腹板(3)位置处，所述普通梯形闭口加劲肋(4)设置于所述加高梯形闭口加劲肋(5)远离中腹板的一侧。

3.如权利要求2所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述加高梯形闭口加劲肋(5)高度为330～350mm。

4.如权利要求2所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述普通梯形闭口加劲肋(4)高度为270～290mm。

5.如权利要求1所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述肋条为板状结构，所述肋条底部与所述闭口加劲肋通过小焊脚贴脚焊接。

6.如权利要求2所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述肋条包括设置于所述加高梯形闭口加劲肋(5)内部的加高梯形闭口加劲肋肋条(7)和设置于所述普通梯形闭口加劲肋(4)内部的普通梯形闭口加劲肋肋条(6)，所述肋条高度为其对应闭口加劲肋高度的0.5～0.6倍。

7.如权利要求1所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述肋条的厚度为9～10mm。

8.如权利要求1所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述肋条沿所述闭口加劲肋高度方向设置。

9.如权利要求1所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：所述肋条与所述横隔板(1)共面设置。

10.如权利要求1或2所述的带内置肋条的正交异性钢桥面闭口加劲肋结构，其特征在于：相邻所述闭口加劲肋之间的间距为500～700mm。