CN106677055A - 一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构 - Google Patents

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China Railway Bridge Science Research Institute Ltd
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Abstract

本发明公开了一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，包括顶板、与顶板焊接的U肋和横隔板，其特征在于：所述U肋内设置有内隔板，所述U肋的底部设置有支撑板，所述支撑板固定在横隔板上。本发明不仅构造简单、费用低廉，而且能够使钢桥面板的关键疲劳开裂细节的应力得到较大程度下降，有效改善或解决钢桥的疲劳受力问题，具有重大的科研价值和经济效应。

Description

一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构
技术领域
本发明涉及钢桥结构受力和钢结构疲劳领域，具体涉及一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构。
背景技术
钢结构桥梁是一种绿色环保的桥梁结构形式，法国、日本、美国等国家的钢结构桥梁占比分别为85％、41％和35％，我国受经济社会发展水平和钢材产能制约，钢结构桥梁主要用于特大跨径桥梁。截至2015年年底，我国公路钢结构桥梁占比不足1％。在国家钢铁去产能的大背景下，交通运输部鼓励推进公路钢结构桥梁建设，钢桥数目的逐渐增多；同时经济的快速发展导致交通量越来越大，钢桥疲劳病害呈高发趋势，要推广钢桥必须要解决钢桥疲劳病害问题。
目前，正交异性钢桥面板作为钢结构桥梁的主要断面形式，具有自重轻、整体受力性能好等优点，近年来被广泛应用于大跨度桥梁结构中，但因其构造复杂、局部应力集中、焊缝较多而导致其疲劳问题突出。国内外已建正交异性板钢桥中部分钢桥已经在短时间内出现大量的疲劳裂缝，且开裂趋势逐渐恶化，因此对钢桥的疲劳问题进行大量的科学研究，以改善或解决钢桥的疲劳受力问题，具有重大的科研价值和经济效应。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，而提供一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构。它能够使钢桥面板的关键疲劳开裂细节的应力得到较大程度下降，有效解决了钢桥疲劳问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，包括顶板、与顶板焊接的U肋和横隔板，其特征在于：所述U肋内设置有内隔板，所述U肋的底部设置有支撑板，所述支撑板固定在横隔板上。
在上述技术方案的基础上，所述内隔板和横隔板处于同一平面。
在上述技术方案的基础上，所述内隔板上设置有调节受力的内隔板开孔，所述内隔板开孔为椭圆孔或圆形孔。
在上述技术方案的基础上，所述内隔板开孔的中心点位于内隔板的中部。
在上述技术方案的基础上，所述横隔板在U肋的下部相对应的位置处设置有弧形开孔，所述弧形开孔的两端最高点与内隔板开孔的中心点高度平齐。
在上述技术方案的基础上，所述内隔板通过部分焊接或栓接的方式与U肋连接，所述内隔板的上端通过刨平顶紧方式与顶板顶紧。
在上述技术方案的基础上，所述支撑板通过高强螺栓与横隔板栓接，所述横隔板上开有与高强螺栓相配合的连接孔，所述支撑板的上表面通过顶紧方式与U肋紧贴。
在上述技术方案的基础上，所述连接孔为竖直布置的腰圆孔。
在上述技术方案的基础上，所述支撑板的上表面为平面或所述支撑板的上部开有与U肋的底部相配合的U型凹槽。
在上述技术方案的基础上，所述支撑板以单块板形式与横隔板栓接或支撑板以双块板形式夹持于横隔板两侧并与横隔板栓接。
本发明具有的优点如下：
(1)本发明在U肋内设置内隔板，U肋底部设置支撑板，能够使钢桥面板的主要疲劳开裂细节的应力有较大程度的下降，有效改善结构受力和疲劳破坏的问题。内隔板能显著降低直接轮压下U肋与横隔板焊趾附近的应力水平；支撑板能显著降低U肋焊趾处主拉应力，降低焊缝整体的应力水平。
(2)本发明用于采用U肋的钢桥，结构原理比较明确，通过使U肋端部的支反力通过支撑板直接传力，减小相关细节的受力，通过内隔板增大局部刚度，有利于支撑板支撑作用的有效发挥。
(3)由于内隔板及相应支撑板的采用，使由U肋开孔而导致的横隔板上局部挖空的重新填补，横隔板的腹板抗剪刚度得到了有效的恢复和加强。
(4)本发明的内隔板上设置有调节受力的内隔板开孔，避免某些部位出现应力集中，开孔之后传力路径向上移动，优化了综合受力性能。
(5)本发明采用内隔板和支撑板联合使用，结构简单，加工比较方便，成本较低。
因此，本发明不仅构造简单、费用低廉，而且能够使钢桥面板的主要疲劳开裂细节的应力下降30％以上，有效改善或解决钢桥的疲劳受力问题，具有重大的科研价值和经济效应。
附图说明
图1为本发明一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构的实施例一的结构示意图。
图2为本发明一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构的实施例二的结构示意图。
图中，1-内隔板，2-支撑板，3-高强螺栓，4-U肋，5-横隔板，6-顶板，7-内隔板开孔，8-连接孔，9-弧形开孔。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它并不构成对本发明的限定，仅做举例而已。同时通过说明，本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如图1、图2所示，一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，包括顶板6、与顶板6焊接的U肋4和横隔板5，其特征在于：U肋4内设置有内隔板1，U肋4的底部设置有支撑板2，支撑板2固定在横隔板5上。其中，内隔板1和横隔板5处于同一平面，内隔板1的钢板厚度与横隔板5的钢板厚度相同，抗疲劳效果更好。进一步地，内隔板1上设置有调节受力的内隔板开孔7，避免某些部位出现应力集中，开孔之后传力路径向上移动，优化了综合受力性能。内隔板开孔7为椭圆孔或圆形孔，椭圆孔或圆形孔半径根据实桥而定，在实际应用中，椭圆孔或圆形孔切割边保持平整光滑。进一步地改进，内隔板开孔7的中心点位于内隔板1的中部，横隔板5与U肋4的下部相对应的位置处设置有弧形开孔9，弧形开孔9的两端最高点与内隔板开孔7的中心点高度平齐。支撑板2以单块板形式与横隔板5栓接或支撑板2以双块板形式夹持于横隔板5两侧并与横隔板5栓接。在实际操作中，也可以采用楔形垫板，将楔形垫板打入U肋4与横隔板5在弧形开孔9处的间隙中，楔形垫板底部与横隔板5焊接，从而使楔形垫板与支撑板2同样起到支撑U肋4的作用。内隔板1是横向传力的，开孔之后传力路径向上移动，避免某些部位出现应力集中，优化了综合受力性能。
其中，内隔板1通过部分焊接或栓接的方式与U肋4连接，内隔板1的上端通过刨平顶紧方式与顶板6顶紧。支撑板2通过高强螺栓3与横隔板5栓接，横隔板5上开有与高强螺栓3相配合的连接孔8，连接孔8为竖直布置的腰圆孔，腰圆孔便于高强螺栓3上下调节距离。支撑板2的上表面通过顶紧方式与U肋4紧贴，在实际操作中，支撑板2可用千斤顶顶紧方式与U肋4底部密贴，千斤顶的上顶力可为支撑板2设计最大内力的30％，高强螺栓3的直径和数目可依据实桥受力而定。
实施例一：如图1所示，在上述技术方案的基础上，本实施例中，支撑板2的上部开有与U肋4的底部相配合的U型凹槽，支撑板2的上表面通过顶紧方式与U肋4紧贴，高强螺栓3和连接孔8的数量为四个，内隔板开孔7为圆形孔。
实施例二：如图2所示，实施例二与实施例一的不同之处在于，支撑板2的上表面为平面，支撑板2的上表面与U肋4底部紧贴顶紧。高强螺栓3和连接孔8的数量为两个，内隔板开孔7为椭圆孔。在实际应用中，高强螺栓3的直径和数目可依据实桥受力而定。
此外，本发明的抗疲劳加强结构通过大规格的正交异性钢桥面板的实桥节段500万次疲劳加载试验，证明能降低主要疲劳细节30％以上的应力，且试验过程未出现疲劳开裂，说明本发明可切实提高U肋、横隔板相关细节的疲劳强度。
其它未经详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，包括顶板(6)、与顶板(6)焊接的U肋(4)和横隔板(5)，其特征在于：所述U肋(4)内设置有内隔板(1)，所述U肋(4)的底部设置有支撑板(2)，所述支撑板(2)固定在横隔板(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述内隔板(1)和横隔板(5)处于同一平面。
3.根据权利要求1所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述内隔板(1)上设置有调节受力的内隔板开孔(7)，所述内隔板开孔(7)为椭圆孔或圆形孔。
4.根据权利要求3所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述内隔板开孔(7)的中心点位于内隔板(1)的中部。
5.根据权利要求3或4所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述横隔板(5)在U肋(4)的下部相对应的位置处设置有弧形开孔(9)，所述弧形开孔(9)的两端最高点与内隔板开孔(7)的中心点高度平齐。
6.根据权利要求1所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述内隔板(1)通过部分焊接或栓接的方式与U肋(4)连接，所述内隔板(1)的上端通过刨平顶紧方式与顶板(6)顶紧。
7.根据权利要求1所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述支撑板(2)通过高强螺栓(3)与横隔板(5)栓接，所述横隔板(5)上开有与高强螺栓(3)相配合的连接孔(8)，所述支撑板(2)的上表面通过顶紧方式与U肋(4)紧贴。
8.根据权利要求7所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述连接孔(8)为竖直布置的腰圆孔。
9.根据权利要求7所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述支撑板(2)的上表面为平面或所述支撑板(2)的上部开有与U肋(4)的底部相配合的U型凹槽。
10.根据权利要求7所述的一种降低疲劳应力的钢桥面板抗疲劳加强结构，其特征在于：所述支撑板(2)以单块板形式与横隔板(5)栓接或支撑板(2)以双块板形式夹持于横隔板(5)两侧并与横隔板(5)栓接。
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