CN107938509A - 一种正交异性钢桥面板结构 - Google Patents

Abstract

发明提供一种正交异性钢桥面板结构。该面板结构包括顶板、多U板和横隔板。连续多U板具有整体性好、刚度大的特点，可以有效避免集中轮载作用下钢桥面板局部变形过大这一问题。高强螺栓连接方式的抗疲劳性能优于焊接连接，且工艺要求较低，同时可以作为剪力连接件增强桥面铺装与钢桥面板之间的共同作用。发明所采用技术方案结构简单、设计合理、抗疲劳性能好，不仅制作与施工方便，而且便于维修加固，在钢结构与组合结构桥梁工程领域中具有广阔的应用前景。

Description

一种正交异性钢桥面板结构

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种正交异性钢桥面板结构。

背景技术

正交异性钢桥面板(以下简称“钢桥面板”)是由互相垂直的顶板、纵肋和横隔板(横隔板)通过焊缝连接组成一体而共同工作的结构形式，具有自重轻、承载能力大、适用范围广、施工速度快、造型美观等特点。1950年，德国建造了第一座明确采用正交异性板作为桥面的库法尔茨桥。经过半个世纪的发展，正交异性板已成为国内外大、中跨径钢桥主要采用的桥面结构形式。

随着钢桥面板的广泛应用和在役时间的不断增长，近年来国内外屡见报道早期建设的钢桥面板出现疲劳开裂问题，大量实践表明，该问题已成为影响钢桥安全性与耐久性的关键问题之一。早期建设的钢桥疲劳病害严重，一方面是受当时的设计、制造水平所限，另一方面则是由于我国公路交通运输的迅猛发展，交通量骤增、超载现象日趋严重且屡禁不止，这些都将造成钢桥面板结构疲劳剩余寿命的急剧缩短，从而大大降低桥梁的使用安全性。

钢桥面板顶板、纵肋和横隔板(横隔板)间采用焊缝连接，构造细节复杂以至疲劳缺陷众多；当车辆驶过桥面时，正交异性钢板作为桥面结构需要直接承受车辆轮载的反复作用而产生数次应力循环；在焊接残余应力、焊接缺陷、应力集中等因素的影响下受力状态十分复杂，焊接细部构造处易产生疲劳裂纹，并逐步发展产生疲劳脆断。通过对部分现役桥梁疲劳裂纹情况的总结可以认识到，常见闭口肋桥面板顶板-纵肋连接位置处裂纹危害性最为显著，是钢桥面板疲劳裂纹的主要形式之一。顶板-纵肋连接处裂纹通常在顶板内向顶板上表面方向扩展，直至贯穿顶板母材，继续延顺桥向两侧发展；裂纹一旦萌生，会引起较多次生病害，常见的有铺装层破损、顶板开裂、顶板漏水、钢结构锈蚀等。

闭口纵肋只能从外侧单面施焊，普遍采用部分熔透焊，熔透率达到75～85％，留下的未熔合部分自身形成一个天然的初始裂纹，成为疲劳裂缝源，这是导致顶板-纵肋焊缝处容易疲劳开裂的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、施工周期短的正交异性钢桥面板结构，以解决现有技术中钢桥面板易发生疲劳开裂及钢桥面板刚度退化后铺装层破损等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的，一种正交异性钢桥面板结构，包括顶板、连续多U板和若干横隔板。

所述顶板为平直钢板。所述连续多U板为波形钢板。

所述连续多U板沿横桥向上，具有相互间隔出现的U形段和平直段。所述连续多U板波形断面呈逐一连接的U形。

所述连续多U板布置在顶板下方。所述连续多U板的平直段与顶板相触。所述连续多U板和顶板通过若干高强螺栓连接在一起。所述每个平直段上均开有若干供高强螺栓穿过的螺栓孔Ⅱ。所述顶板与平直段相触部分对应开有供高强螺栓穿过的螺栓孔Ⅰ。每一个高强螺栓依次穿过螺栓孔Ⅰ和螺栓孔Ⅱ后，旋入螺母。

所述若干横隔板在顶板下方沿纵桥向上间隔布置。所述横隔板按照U形段的形式切孔。所述连续多U板连续穿过这些横隔板。所述横隔板切孔处与U形段四周焊接，顶部与顶板焊接。

进一步，所述螺栓孔在平直段上沿顺桥向等距分布。

进一步，所述顶板、连续多U板和横隔板板厚均匀。

进一步，所述顶板的厚度为14～20mm；连续多U板的厚度为8～12mm，所述平直段的宽度为300～450mm；横隔板板厚10～20mm。

进一步，所述高强螺栓超出顶板上表面的部分作为桥面板与桥面铺装层之间的剪力键。

本发明还公开一种关于上述正交异性钢桥面板结构的施工方法，包括以下步骤：

1)工厂制作顶板、连续多U板和横隔板。

2)工厂预制螺栓孔和螺栓孔。

3)工厂或施工现场对顶板和连续多U板实施栓接。

4)工厂或施工现场对顶板、连续多U板和横隔板实施焊接。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A)正交异性钢桥面板结构整体性好、刚度大，可有效避免集中轮载作用下钢桥面板局部变形过大的问题；

B)高强螺栓对制造要求低。同时栓接方式的采用直接从根本上摒弃传统焊接必然存在的先天缺陷，可以有效提高钢桥面板的抗疲劳性能；

C)高强螺栓上部超出顶板部分可以作为桥面铺装和钢桥面板之间的剪力连接件，增强两者之间的共同作用，并且减少剪力钉焊接带来的工作量及其热影响；

D)螺母置于连续多U板下方，为维修加固提供便利条件；

E)拼装式结构化整为零，便于工业化制造、运输方便。

附图说明

图1为正交异性钢桥面板结构示意图；

图2为正交异性钢桥面板结构断面图；

图3为正交异性钢桥面板结构离散示意图。

图中：顶板1，螺栓孔Ⅰ101，连续多U板2，U形段201，平直段202，螺栓孔Ⅱ202，横隔板3，高强螺栓4。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种正交异性钢桥面板结构，包括顶板1、连续多U板2和横隔板3。

参见图3，所述顶板1和横隔板3为平直钢板。所述连续多U板2为波形钢板。所述顶板1、连续多U板2和横隔板3板厚均匀。

参见图2，所述连续多U板2沿横桥向上，具有相互间隔出现的U形段201和平直段202。所述连续多U板2波形断面呈逐一连接的U形。

参见图1，所述连续多U板2布置在顶板1下方。所述连续多U板2的平直段202与顶板1相触。所述连续多U板2和顶板1通过多个高强螺栓4连接在一起。所述每个平直段202上均开有供高强螺栓4穿过的螺栓孔Ⅱ2021。这些螺栓孔Ⅱ2021沿顺桥向成排布置。位于横桥向两侧的两个平直段202上开有一排螺栓孔Ⅱ2021。其余平直段202上开有2排螺栓孔Ⅱ2021。所述螺栓孔Ⅱ2021在平直段202上沿顺桥向等距分布。所述顶板1与平直段202相触部分对应开有螺栓孔Ⅰ101。每一个高强螺栓4依次穿过螺栓孔Ⅰ101和螺栓孔Ⅱ2021后，旋入螺母。所述高强螺栓4超出顶板1上表面的部分作为桥面板与桥面铺装层之间的剪力连接件，增强两者之间的共同作用。

所述横隔板3在顶板1下方布置。所述横隔板3按照U形段201的形式切孔。所述连续多U板2穿过这个横隔板3。所述横隔板3切孔处与U形段201四周焊接，顶部与顶板1焊接。

值得说明的是，顶板1、连续多U板2和横隔板3的板厚根据实际交通量下的强度、刚度要求进行设计。本实施例中，顶板1的板厚为20mm，连续多U板2的板厚为10mm，横隔板板厚14mm。

实施例2：

一种正交异性钢桥面板结构，包括顶板1、连续多U板2和3个横隔板3。

所述顶板1和横隔板3为平直钢板。所述连续多U板2为波形钢板。所述顶板1、连续多U板2和横隔板3板厚均匀。

所述连续多U板2沿横桥向上，具有相互间隔出现的U形段201和平直段202。所述连续多U板2波形断面呈逐一连接的U形。

所述连续多U板2布置在顶板1下方。所述连续多U板2的平直段202与顶板1相触。所述连续多U板2和顶板1通过多个高强螺栓4连接在一起。所述每个平直段202上均开有供高强螺栓4穿过的螺栓孔Ⅱ2021。这些螺栓孔Ⅱ2021沿顺桥向成排布置，每排11个。位于横桥向两侧的两个平直段202上开有一排螺栓孔Ⅱ2021。其余平直段202上开有2排螺栓孔Ⅱ2021。所述螺栓孔Ⅱ2021在平直段202上沿顺桥向等距分布。所述顶板1与平直段202相触部分对应开有螺栓孔Ⅰ101。每一个高强螺栓4依次穿过螺栓孔Ⅰ101和螺栓孔Ⅱ2021后，旋入螺母。所述高强螺栓4超出顶板1上表面的部分作为桥面板与桥面铺装层之间的剪力连接件，增强两者之间的共同作用。

所述3个横隔板(3)在顶板(1)下方沿纵桥向上间隔布置；所述横隔板(3)按照U形段(201)的形式切孔；所述连续多U板(2)连续穿过这些横隔板(3)；所述横隔板(3)切孔处与U形段(201)四周焊接，顶部与顶板(1)焊接。

值得说明的是，顶板1、连续多U板2和横隔板3的板厚根据实际交通量下的强度、刚度要求进行设计。本实施例中，顶板1的板厚为16mm，连续多U板2的板厚为8mm，横隔板板厚10mm。

实施例3：

本实施例公开一种关于实施例1或2中所述任意正交异性钢桥面板结构的施工方法，包括以下步骤：

1)工厂制作顶板1和连续多U板2。

2)工厂预制螺栓孔Ⅰ101和螺栓孔Ⅱ2021。

3)工厂或施工现场对顶板1和连续多U板2实施栓接。

4)工厂或施工现场对顶板1、连续多U板2和横隔板3实施焊接。

Claims (6)

1.一种正交异性钢桥面板结构，其特征在于，包括顶板(1)、连续多U板(2)和若干横隔板(3)；

所述顶板(1)为平直钢板；所述连续多U板(2)为波形钢板；

所述连续多U板(2)沿横桥向上，具有相互间隔出现的U形段(201)和平直段(202)；所述连续多U板(2)波形断面呈逐一连接的U形；

所述连续多U板(2)布置在顶板(1)下方；所述连续多U板(2)的平直段(202)与顶板(1)相触；所述连续多U板(2)和顶板(1)通过若干所述高强螺栓(4)连接在一起。所述每个平直段(202)上均开有若干供高强螺栓(4)穿过的螺栓孔Ⅱ(2021)；所述顶板(1)与平直段(202)相触部分对应开有供高强螺栓(4)穿过的螺栓孔Ⅰ(101)；每一个高强螺栓(4)依次穿过螺栓孔Ⅰ(101)和螺栓孔Ⅱ(2021)后，旋入螺母；

所述若干横隔板(3)在顶板(1)下方沿纵桥向上间隔布置；所述横隔板(3)按照U形段(201)的形式切孔；所述连续多U板(2)连续穿过这些横隔板(3)；所述横隔板(3)切孔处与U形段(201)四周焊接，顶部与顶板(1)焊接。

2.根据权利要求1所述的一种正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述螺栓孔Ⅱ(2021)在平直段(202)上沿顺桥向等距分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述顶板(1)、连续多U板(2)和横隔板(3)板厚均匀。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述顶板(1)的厚度为14～20mm；连续多U板(2)的厚度为8～12mm，所述平直段(202)的宽度为300～450mm；所述横隔板板厚10～20mm。

5.根据权利要求1所述的一种正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述高强螺栓(4)超出顶板(1)上表面的部分作为桥面板与桥面铺装层之间的剪力键。

6.一种关于权利要求1所述正交异性钢桥面板结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)工厂制作顶板(1)、连续多U板(2)和横隔板(3)；

2)工厂预制螺栓孔Ⅰ(101)和螺栓孔Ⅱ(2021)；

3)工厂或施工现场对顶板(1)和连续多U板(2)实施栓接。

4)工厂或施工现场对顶板(1)、连续多U板(2)和横隔板(3)实施焊接。