CN110387816A - 带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，由面板、闭口纵肋、横隔板和内隔板组成，闭口纵肋顺桥向，横隔板横桥向，面板是闭口纵肋和横隔板共同的上翼缘，其中闭口纵肋与面板底面焊接形成槽状的纵肋腹腔；横隔板垂直闭口纵肋且与面板底面焊接，横隔板上留有供闭口纵肋穿过的切口；所述内隔板在横隔板平面内，焊接于纵肋腹腔内，该内隔板的形状与闭口纵肋横截面的内轮廓相适配，所述内隔板厚度与上横隔板一致，上横隔板厚度大于下横隔板。上述公开的正交异性钢桥面板结构，其闭口纵肋内部设置有满腹式内隔板，且该内隔板与闭口纵肋外侧的横隔板厚度相同、位置相对应，所以能大幅降低纵肋的翘曲变形和泊松效应，明显降低闭口纵肋‑横隔板连接焊缝末端的疲劳应力幅。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁设计、制造和施工技术领域，特别涉及一种带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，以及装配该正交异性钢桥面板结构的方法。
背景技术
正交异性钢桥面板于上世纪中叶在德国桥梁建设中开始采用，多年来该种钢桥面结构已成为钢桥的首选型式，特别是大跨径桥梁。经过几十年的工程实践，正交异性钢桥面板的加劲肋构造大致有以下三种，即：(1)闭口肋结构；(2)开口肋结构；(3)带非满腹式内隔板或肋条的闭口肋结构。单纯的闭口肋和开口肋结构通常会在纵肋-横隔板连接焊缝处萌发疲劳裂纹。为了改善这类问题，在闭口肋结构中引入了非满腹式内隔板或肋条，但该措施会在内隔板或肋条与纵肋腹板连接的焊缝末端形成新的疲劳细节，从而导致裂纹向纵肋腹板或内隔板及纵肋扩展。
在轮载作用下，纵肋-横隔板连接焊缝的横隔板细节以及横隔板弧形切口母材细节的应力水平较高，容易引发疲劳开裂。通过增加横隔板厚度可以有效降低这些细节的应力水平，但增加整块横隔板的厚度不利于钢箱梁的受力变形，也不经济。
由于正交异性钢桥面板的面板厚度较薄，通常会引发桥面铺装的破损，从而增加了车辆荷载的冲击效应，进而加剧了钢桥面板疲劳细节的应力水平。对于该问题的处理，现有的解决方案是加大面板厚度或采用组合桥面铺装，提高桥面板的刚度。该思路着眼于将轮载分散到更大范围的结构上，虽然能起到一定的作用，但仍然无法改变正交异性钢桥面板在轮载作用下局部效应突出的问题。特别对于远离面板的构造细节，应力幅降低水平有限。因此，该方法并不能完全解决正交异性钢桥面板构造细节疲劳开裂的问题，而且成本较高。
发明内容
本技术方案旨在提供一种带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，能解决传统正交异性钢桥面板结构构造细节在车辆荷载作用下的疲劳开裂问题。
一种带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，由面板、闭口纵肋、横隔板和内隔板组成，闭口纵肋顺桥向，横隔板横桥向，面板是闭口纵肋和横隔板共同的上翼缘，其中闭口纵肋与面板底面焊接形成槽状的纵肋腹腔；横隔板垂直闭口纵肋且与面板底面焊接，横隔板上留有供闭口纵肋穿过的切口；所述内隔板在横隔板平面内，焊接于纵肋腹腔内，该内隔板的形状与闭口纵肋横截面的内轮廓相适配，所述内隔板厚度与横隔板一致。
进一步，所述内隔板顶面与面板之间的间隙为0.5mm。
进一步，所述闭口纵肋的横截面呈上大下小的等腰梯形，梯形截面的上底、下底、高的比例为(28～32):(17～19):(28～30)。
进一步，所述切口的左、右两侧上端均为圆弧状。
进一步，所述横隔板由上横隔板与下横隔板组成，所述上横隔板的厚度大于下横隔板的厚度，所述内隔板的厚度与上横隔板一致。所述上横隔板与下横隔板通过坡口熔透焊接。
同时，本技术方案还公开了带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构的装配方法，具体步骤包括：
S1.内隔板与闭口纵肋焊接；
S2.闭口纵肋与面板焊接；
S3.闭口纵肋、面板与上横隔板焊接；
S4.闭口纵肋与上横隔板焊接，下端围焊且打磨；
S5.上、下横隔板的坡口熔透对接焊。
其中，步骤S1所述内隔板与闭口纵肋的焊接方式和/或步骤S2闭口纵肋与面板的焊接方式采用双面角焊缝连接。步骤S3所述上横隔板在焊接前先完成切口的切割。步骤S3所述上横隔板与面板连续角焊，上横隔板与闭口纵肋的焊接采取连续坡口焊，且其最下端为围焊。
上述公开的正交异性钢桥面板结构，其闭口纵肋内部设置有满腹式内隔板，且该内隔板与闭口纵肋外侧的横隔板厚度相同、位置相对应，所以能大幅降低闭口纵肋-横隔板连接焊缝末端的弯曲应力。由于内隔板的形状与闭口纵肋横截面的内轮廓相适配，因此需要在闭口纵肋-面板的焊接固定之前先将内隔板焊接于闭口纵肋内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是实施例1所述带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构的结构示意图；
图2是图1中A处的闭口纵肋-面板焊缝连接结构示意图；
图3是图1中B处的闭口纵肋-横隔板焊缝连接结构示意图；
图4是所述正交异性钢桥面板结构的装配流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1：如图1所示，一种带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，由面板001、闭口纵肋005、横隔板和内隔板008组成，闭口纵肋005顺桥向，横隔板横桥向，面板001是闭口纵肋005和横隔板共同的上翼缘，其中闭口纵肋005与面板001底面焊接形成槽状的纵肋腹腔；横隔板垂直闭口纵肋005且与面板001底面焊接。所述闭口纵肋005的横截面呈上大下小的等腰梯形，上开口宽300mm，下端宽180mm，高度为290mm，厚度为8mm。纵肋横桥向中心间距为600mm。等腰梯形闭口纵肋采用冷弯成型，内侧半径R1＝40mm，外侧半径R2＝48mm，以避免冷弯塑性变形对韧性产生过大影响。面板001厚度达18mm，较现有的14mm或16mm设计要更厚。当面板厚度加大后，能提高整个桥面结构的刚度，对于降低闭口纵肋-面板焊缝细节的应力水平有明显效果，能有效地避免因构造细节的疲劳开裂而引发桥面铺装的破损，使正交异性钢桥面板的各个组件能更好地协同承担轮载作用。
所述横隔板由上横隔板002与下横隔板003组成，所述上横隔板002的高度为600mm，厚度为16mm。所述下横隔板003的厚度为10mm。现有技术方案下的横隔板都是一整块同厚度的，且厚度较薄，因而在轮载作用下，闭口纵肋-横隔板焊缝横隔板侧细节以及横隔板切口母材细节的应力水平较高，容易引发疲劳开裂。本发明将横隔板分为上横隔板002和下横隔板003两部分，在桥面板制作时需要通过熔透焊接将上、下两部分连接为整体。本发明对上横隔板002作加厚处理，能有效地降低闭口纵肋-横隔板焊缝横隔板侧细节以及横隔板切口母材细节的应力水平，降低疲劳开裂风险。
如图3所示，所述上横隔板002设有切口004。所述切口004左、右两侧的上端006均为圆弧状，圆弧半径为34mm。切口004下端围绕闭口纵肋005处拐角007同样采用圆弧设计，拐角007的外侧边缘的圆弧半径为115mm。各圆弧边与直边采用相切连接。切口004沿纵肋腹板方向的高度H为110mm，切口间隙L为74mm。切口004自由边要求打磨光顺，其边缘光洁度不大于0.025mm，以减小应力集中，降低开裂风险。
所述内隔板008固定连接于纵肋腹腔内，所述内隔板008的形状与闭口纵肋005横截面的内轮廓相适配，所述内隔板008与面板001之间的间隙满足磨光顶紧的要求，间隙不大于0.5mm。所述内隔板008的厚度与上横隔板002一致且处于同一平面内。内隔板008能大幅降低闭口纵肋-横隔板连接焊缝末端纵肋细节的弯曲应力。
进一步，如图4所示流程进行带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构的装配具体可分为如下5个步骤：
S1.内隔板008与闭口纵肋005焊接。由于内隔板008位于闭口纵肋内部，因此首先要安装内隔板008。施工中需要重视闭口纵肋005的规范成型，内隔板008精确下料。内隔板008的厚度与上横隔板002相同，在安装时要确保内隔板008在纵桥向的位置与相应上横隔板002对准，这样内隔板008才能真正发挥作用。内隔板008与闭口纵肋005通过贴角尺寸为6mm的双面角焊缝连接。
S2.闭口纵肋005与面板001焊接。因面板001与车辆荷载直接接触，该处焊接的质量直接影响到构造细节的疲劳性能。闭口纵肋-面板的焊缝采用内外侧双面焊接，控制纵肋腹板焊接总熔透率不低于60％。闭口纵肋005与面板001的组装还要控制闭口纵肋005与面板001的间隙，避免焊接过程中因组装间隙较大导致闭口纵肋005根部烧穿，进而造成内部焊接缺陷的现象。该间隙要求不大于0.5mm，具体如图2所示。当闭口纵肋-面板焊接完成后，角焊缝的贴角尺寸为8mm。另外，上横隔板切口的制作加工可在步骤S2同步进行，也可在步骤S1时完成。
S3.闭口纵肋005、面板001与上横隔板002焊接。在面板001、闭口纵肋005和上横隔板002的相交处，将此处的上横隔板002局部先加工成10mm×10mm的倒角，待各板件就位后，将上横隔板002与面板001、闭口纵肋005的焊接采取连续坡口焊，且其最下端为围焊，将此处填实，目的是提高此处的抗疲劳性能。由于闭口纵肋005在面板001上组装存在误差，且上横隔板002切割有一定的误差，为确保上横隔板002与闭口纵肋005顺利拼装，在上横隔板002的纵肋槽口预留2mm的工艺间隙。当闭口纵肋-横隔板焊接完成后，角焊缝的贴角尺寸为8mm。
S4.闭口纵肋005与上横隔板002焊接，下端围焊且打磨。切口004在闭口纵肋-横隔板的焊缝末端采用相切过渡的连接方式，围焊在沿纵肋腹板方向的尺寸为8mm，如图3所示。焊接完成后，焊缝末端需要打磨光顺，以减小轮载作用下的应力集中。
S5.上、下横隔板的坡口熔透对接焊。为避免横隔板焊接时存在仰焊而导致焊接质量差的现象，先将上横隔板002与闭口纵肋005及面板001焊接好，然后再将上横隔板002与下横隔板003通过坡口熔透焊接连成整体。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，其特征在于，由面板、闭口纵肋、横隔板和内隔板组成，闭口纵肋顺桥向，横隔板横桥向，面板是闭口纵肋和横隔板共同的上翼缘，其中闭口纵肋与面板底面焊接形成槽状的纵肋腹腔；横隔板垂直闭口纵肋且与面板底面焊接，横隔板上留有供闭口纵肋穿过的切口；所述内隔板在横隔板平面内，焊接于纵肋腹腔内，该内隔板的形状与闭口纵肋横截面的内轮廓相适配，所述内隔板厚度与横隔板一致。
2.根据权利要求1所述的带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述内隔板顶面与面板之间的间隙为0.5mm。
3.根据权利要求1所述的带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述闭口纵肋的横截面呈上大下小的等腰梯形，梯形截面的上底、下底、高的比例为(28～32):(17～19):(28～30)。
4.根据权利要求1所述的带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述切口的左、右两侧上端均为圆弧状。
5.根据权利要求1所述的带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述横隔板由上横隔板与下横隔板组成，所述上横隔板的厚度大于下横隔板的厚度，所述内隔板的厚度与上横隔板一致。
6.根据权利要求5所述的带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构，其特征在于：所述上横隔板与下横隔板通过坡口熔透焊接。
7.带满腹式内隔板的正交异性钢桥面板结构的装配方法，其特征在于包括步骤：
S1.内隔板与闭口纵肋焊接；
S2.闭口纵肋与面板焊接；
S3.闭口纵肋、面板与上横隔板焊接；
S4.闭口纵肋与上横隔板焊接，下端围焊且打磨；
S5.上、下横隔板的坡口熔透对接焊。
8.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于包括步骤：步骤S1所述内隔板与闭口纵肋的焊接方式和/或步骤S2闭口纵肋与面板的焊接方式采用双面角焊缝连接。
9.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于包括步骤：步骤S3所述上横隔板在焊接前先完成切口的切割。
10.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于包括步骤：步骤S3所述上横隔板与面板连续角焊，上横隔板与闭口纵肋的焊接采取连续坡口焊，且其最下端为围焊。
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