CN109281248A - 全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板 - Google Patents

Abstract

本发明全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板包括若干个首尾相接的钢桥面板节段，所述钢桥面板节段包括顶板以及所述顶板底部的延伸方向纵向垂直间隔设有肋板，所述竖向间隔肋板底部设有底板，所述底板底面横向垂直间隔设有横隔板，所述肋板与顶板的底面通过双面全熔透焊缝或者部分熔透双面焊缝焊接，所述肋板与底板的顶面通过双面全熔透焊缝或者双面角焊缝焊接，所述底板与横隔板之间通过部分熔透双面焊缝或双面角焊缝焊接。

Description

全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板

技术领域

本发明涉及桥梁建筑技术领域，具体而言，涉及全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板。

背景技术

正交异性钢桥面板由于具有工厂化制造、轻质高强、易于装配施工等突出优点已成为大跨度钢桥首选的桥面板结构形式。但由于结构受力复杂且局部应力集中、焊缝众多且交叉、难以避免的各类焊接缺陷等因素，传统正交异性钢桥面板在实桥应用过程中出现了较多的疲劳开裂案列，并呈现出普遍性、多发性、早发性的特点。正交异性钢桥面板开裂后加固维修费用昂贵且多需要中断交通，故将大幅增加全寿命周期成本、影响服役质量并产生严重的经济和社会影响。因此正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题已成为制约大跨度桥梁可持续发展的重要难题。

当前采用较为广泛的传统正交异性钢桥面板是由顶板、闭口肋板和横隔板焊接而成的纵横向刚度存在显著差异的桥面结构：闭口肋板按照一定横向间距沿桥梁纵向间隔布置，横隔板按照一定纵向间距沿桥梁横向与肋板垂直交叉布置。据统计，顶板与肋板焊接细节和肋板与横隔板交叉细节的疲劳开裂案例分别占传统正交异性钢桥面板疲劳开裂的61.0％和30.2％，二者总比例达91.2％，是传统正交异性钢桥面板最为重要的疲劳易损部位。

对于前者，该类桥面结构在没有肋板加劲部分仅靠顶板提供较低的局部横向抗弯刚度，因此在车辆轮载的局部作用下顶板会发生较大的面外变形从而在顶板与肋板焊接细节几何突变处产生较为严重的应力集中，加之顶板与肋板之间通常仅以肋板腹板外侧部分熔透的单面角焊缝连接，从而在焊缝的根部存在未连接部分，该部分自身形成“类裂纹”构造且易出现各类焊接缺陷；对于后者，该类桥面结构为使肋板连续穿过横隔板，在横隔板上按照一定的形状开孔并将横隔板与肋板部分焊接，该细节的开孔边缘及连接焊缝端部在轮载作用下亦将产生严重的应力集中；该类桥面结构因纵横肋交叉布置，使得自动化焊接制造时存在较多中断点，严重影响制造效率，局部区域仍需人工手动焊接，焊接质量难以保证。

在我国大力推进基础设施供给侧结构性改革的背景下，钢结构桥梁将更加广泛地应用。因此，发展全自动化焊接地高疲劳抗力钢桥面板对促进钢结构桥梁的可持续发展至关重要。改善焊接工艺、减少焊缝交叉、提高局部刚度及消除传统疲劳开裂热点是发展全自动化焊接高疲劳抗力钢桥面板的必由之路。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，以解决现有技术中正交异性钢桥面板易疲劳且施工效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明的提供了全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，包括若干个首尾相接的钢桥面板节段，所述钢桥面板节段包括顶板以及所述顶板底部的延伸方向纵向垂直间隔设有肋板，所述竖向间隔肋板底部设有底板，所述底板底面横向垂直间隔设有横隔板，所述肋板与顶板的底面通过双面全熔透焊缝或者部分熔透双面焊缝焊接，所述肋板与底板的顶面通过双面全熔透焊缝或者双面角焊缝焊接，所述底板与横隔板之间通过部分熔透双面焊缝或双面角焊缝焊接。

进一步地，相邻钢桥面板节段之间的顶板通过单面焊双面成型焊缝焊接相连，相邻钢桥面板节段之间的肋板通过高强螺栓栓接相连。

进一步地，所述肋板为开口加劲肋，所述开口加劲肋两端设有供肋板截断间连接的螺栓孔。

进一步地，所述肋板厚度为8-10mm，高度为200-250mm，相邻肋板之间的横向间距为300-350mm。

进一步地，所述底板为平直钢板，所述平直钢板的两端分别间隔设有供肋板节段间对接螺栓施工的弧形切口。

进一步地，所述横隔板包括垂直设置于底板底面的横隔板加劲板以及设置于横隔板加劲板底部的翼缘板构成的T型结构。

进一步地，所述横隔板加劲板厚度为12-16mm，所述横隔加劲板高度为500-800mm，所述翼缘板厚度为16-24mm，相邻横隔板之间的间距为3000-4000mm。

进一步地，所述顶板厚度为16-20mm。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)将传统的正交异性钢桥面板较多采用的闭口U形肋板优化为开口肋板加封底底板的新型结构形式。该新型结构相较于传统闭口U形肋板而言，顶板与开口肋板式肋板焊接连接时可直接采用传统焊接机器人实现双面焊接，易于制造加工且质量可靠，可大量减少焊接初始缺陷从而获得更高的疲劳抗力；而相较于传统开口肋板而言，由于封底底板将所有肋板连接成整体形成多个协同受力的闭口加劲肋，其局部抗扭刚度显著提高，从而大幅降低顶板与肋板焊接细节的应力集中程度并减少车辆荷载作用下的疲劳致损效应，亦可提高该细节的疲劳抗力。

(2)取消传统正交异性钢桥面板结构中横隔板上的弧形切口，直接将完整规则形状的横隔板与底板焊接连接。传统正交异性钢桥面板中横隔板上存在为减小肋板与横肋间约束次应力而设置的弧形切口，但该弧形切口的设置使得横隔板与肋板连接焊缝端部围焊处、弧形切口边缘处及横隔板、顶板与肋板焊缝三向交叉处成为疲劳开裂的高发细节。本发明的横隔板与肋板垂直布置但不与肋板在同一平面内交叉，而直接与底板相连，故可以取消形状复杂且极易疲劳开裂的弧形开孔，从而大幅提高钢桥面结构体系的疲劳抗力。

(3)取消弧形切口可减少工厂制造工序且极大简化原有各道工序，减少了焊缝的交叉使所有焊缝均成为直线焊缝，易于焊接机器人一道焊接成型，从而得到质量稳定的连接焊缝，焊接细节疲劳抗力亦得到提高。

本发明适用于桥梁建筑技术领域。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板的结构示意图；

图2是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板的拆解示意图；

图3是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板中肋板的结构示意图；

图4是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板中底板的结构示意图；

图5是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板中横隔板的结构示意图；

图6是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板中顶板与肋板焊接连接制造示意图；

图7是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板中底板与肋板焊接连接制造示意图；

图8是本发明一种全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板中横隔板与底板焊接连接制造示意图；

图9是现有技术中正交异型钢桥面板的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

1：顶板；

2：肋板；

21：螺栓孔；

3：底板；

31：弧形切口；

4：横隔板；

41：横隔板加劲板；

42：翼缘板；

5：顶板与肋板连接焊缝；

6：肋板与底板连接焊缝；

7：底板与横隔板加劲板连接焊缝；

8：横隔板加劲板与翼缘板连接焊缝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

文中的术语“双面全熔透焊缝焊接”为：肋板外侧开坡口,内侧采用角焊缝，采用埋弧焊、气体保护焊等方法与母材焊接,熔透的厚度为整个肋板厚度。

术语“部分熔透双面焊缝焊接”为：肋板外侧开坡口,内侧采用角焊缝，采用埋弧焊、气体保护焊等方法与母材焊接,熔透的厚度小于整个肋板厚度。

术语“双面角焊缝”为：相互垂直的两个面，两侧焊缝成三角形，即一块钢板叠在另一块钢板上，在钢板两边上焊缝成三角形。

本发明全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，包括若干个首尾相接的钢桥面板节段，如图1-2所示，所述钢桥面板节段包括顶板1以及所述顶板1底部的延伸方向纵向垂直间隔设有肋板2，所述竖向间隔肋板2底部设有底板3，所述底板3底面横向垂直间隔设有横隔板4，所述肋板2与顶板1的底面通过双面全熔透焊缝或者部分熔透双面焊缝焊接，即肋板2与顶板1之间通过顶板与肋板连接焊缝5焊接；所述肋板2与底板3的顶面通过双面全熔透焊缝或者双面角焊缝焊接，所述底板3与横隔板4之间通过部分熔透双面焊缝或双面角焊缝焊接，即肋板2和底板3通过底板与横隔板加劲板连接焊缝7；所述即横隔板加劲板41与翼缘板42通过横隔板加劲板与翼缘板连接焊缝8焊接。

如图3-5所示，所述肋板2为开口加劲肋，所述开口加劲肋两端设有供肋板2节段间连接的螺栓孔21。所述底板3为平直钢板，所述平直钢板的两端分别间隔设有供肋板2节段间对接螺栓施工的弧形切口31。所述横隔板4包括垂直设置于底板3底面的横隔板加劲板41以及设置于横隔板加劲板底部的翼缘板42构成的T型结构。相邻钢桥面板节段之间的顶板1通过单面焊双面成型焊缝焊接相连，相邻钢桥面板节段之间的肋板2通过高强螺栓栓接相连。

所述顶板1以及横隔加劲板41也均为平直钢板。

优选地，所述肋板2厚度为8-10mm，高度为200-250mm，相邻肋板2之间的横向间距为300-350mm。所述横隔板加劲板厚度为12-16mm，所述横隔加劲板的高度为500-800mm，所述翼缘板42厚度为16-24mm，相邻横隔板4之间的间距为3000-4000mm。所述顶板1厚度为16-20mm。

结合图2以及图6-8所示，本发明正交异性钢桥面板的制造方法包括以下步骤：

(1)在工厂标准化自动生产线上对本发明正交异性钢桥面板中的顶板1、肋板2、底板3、横隔板4各板件单元进行除锈、喷涂底漆、精切下料及质量检验。

(2)在工厂对板材切割破口、预制螺栓孔及切割开孔。

(3)在工厂进行钢桥面板自动化组装，组装时首先将顶板1置于专用组装胎型上，再将肋板2精确定位在面板上并使其与顶板1密贴，再进行定位焊接，定位焊接后检查肋板2的垂度，满足要求后采用全自动焊接机器人进行顶板1与肋板2的船位焊接；完成顶板1与肋板2焊接拼装后，将拼装后的板件结构精确定位于底板上，此时肋板2下边与底板3间的纵向焊缝只能从内部焊接，应采用内焊机器人进行双面焊接；随后将其倒置在工作胎架上，将横隔板4沿垂直于肋板2延伸的方向精确定位于底板3上进行自动化焊接。

如图9所示，现有技术中的正交异性钢桥面板包括顶板a；横隔板b；纵肋c，其中纵肋c通过焊接方式与顶板a底部焊接相连，横隔板b通过焊接方式与纵肋c焊接相连，上述连接方式使得组合钢桥面板中产生横隔板和纵肋的焊缝d以及顶板和纵肋的焊缝e。现有技术中的钢桥面板在顶板与肋板焊接细节几何突变处产生较为严重的应力集中，加之顶板与肋板之间通常仅以肋板腹板外侧部分熔透的单面角焊缝连接，从而在焊缝的根部存在未连接部分，该部分自身形成“类裂纹”构造且易出现各类焊接缺陷；对于后者，该类桥面结构为使肋板连续穿过横隔板，在横隔板上按照一定的形状开孔并将横隔板与肋板部分焊接，该细节的开孔边缘及连接焊缝端部在轮载作用下亦将产生严重的应力集中；该类桥面结构因纵横肋交叉布置，使得自动化焊接制造时存在较多中断点，尤其是焊缝d的下端端部处，严重影响制造效率，局部区域仍需人工手动焊接，焊接质量难以保证。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)将传统的正交异性钢桥面板较多采用的闭口U形肋板优化为开口肋板加封底底板的新型结构形式。该新型结构相较于传统闭口U形肋板而言，顶板与开口肋板式肋板焊接连接时可直接采用传统焊接机器人实现双面焊接，易于制造加工且质量可靠，可大量减少焊接初始缺陷从而获得更高的疲劳抗力；而相较于传统开口肋板而言，由于封底底板将所有肋板连接成整体形成多个协同受力的闭口加劲肋，其局部抗扭刚度显著提高，从而大幅降低顶板与肋板焊接细节的应力集中程度并减少车辆荷载作用下的疲劳致损效应，亦可提高该细节的疲劳抗力。

(2)取消传统正交异性钢桥面板结构中横隔板上的弧形切口，直接将完整规则形状的横隔板与底板焊接连接。传统正交异性钢桥面板中横隔板上存在为减小肋板与横肋间约束次应力而设置的弧形切口，但该弧形切口的设置使得横隔板与肋板连接焊缝端部围焊处、弧形切口边缘处及横隔板、顶板与肋板焊缝三向交叉处成为疲劳开裂的高发细节。本发明的横隔板与肋板垂直布置但不与肋板在同一平面内交叉，而直接与底板相连，故可以取消形状复杂且极易疲劳开裂的弧形开孔，从而大幅提高钢桥面结构体系的疲劳抗力。

(3)取消弧形切口可减少工厂制造工序且极大简化原有各道工序，减少了焊缝的交叉使所有焊缝均成为直线焊缝，易于焊接机器人一道焊接成型，从而得到质量稳定的连接焊缝，焊接细节疲劳抗力亦得到提高。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，包括若干个首尾相接的钢桥面板节段，所述钢桥面板节段包括顶板(1)以及所述顶板(1)底部的延伸方向纵向垂直间隔设有肋板(2)，所述竖向间隔肋板(2)底部设有底板(3)，所述底板(3)底面横向垂直间隔设有横隔板(2)，所述肋板(2)与顶板(1)的底面通过双面全熔透焊缝或者部分熔透双面焊缝焊接，所述肋板(2)与底板(3)的顶面通过双面全熔透焊缝或者双面角焊缝焊接，所述底板(3)与横隔板(4)之间通过部分熔透双面焊缝或双面角焊缝焊接。

2.如权利要求1所述的全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，相邻钢桥面板节段之间的顶板(1)通过单面焊双面成型焊缝焊接相连，相邻钢桥面板节段之间的肋板(2)通过高强螺栓栓接相连。

3.如权利要求2所述的全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，所述肋板(2)为开口加劲肋，所述开口加劲肋两端设有供肋板(2)截断间连接的螺栓孔(21)。

4.如权利要求3所述的全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，所述肋板(2)厚度为8-10mm，高度为200-250mm，相邻肋板(2)之间的横向间距为300-350mm。

5.如权利要求2所述的全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，所述底板(3)为平直钢板，所述平直钢板的两端分别间隔设有供肋板(2)节段间对接螺栓施工的弧形切口(31)。

6.如权利要求1所述的全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，所述横隔板(4)包括垂直设置于底板(3)底面的横隔板加劲板(41)以及设置于横隔板加劲板底部的翼缘板(42)构成的T型结构。

7.如权利要求6所述的全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，所述横隔板加劲板(41)厚度为12-16mm，所述横隔加劲板(41)的高度为500-800mm，所述翼缘板(42)厚度为16-24mm，相邻横隔板(4)之间的间距为3000-4000mm。

8.如权利要求1所述的全自动焊高疲劳抗力正交异性钢桥面板，其特征在于，所述顶板(1)厚度为16-20mm。