CN110607737A - 具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构及施工方法，包括混凝土板、钢梁、多段FRP加劲肋；多段FRP加劲肋由FRP肋板和FRP拼接板组成，每段FRP肋板通过FRP拼接板连成一体，多段FRP加劲肋沿梁直线布置，在一个波长范围内只与波形钢腹板的波峰或波谷连接。本发明具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构具有较高的整体剪切屈曲承载力，多段式加劲肋可以灵活的适应任意形状的波形钢腹板，避免了整个波折板加劲的复杂施工，消除了加劲肋焊接产生的残余变形和残余应力，显著提高了施工速度、降低了施工难度。

Description

具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构及其施工方法。

背景技术

截止到2018年我国公路桥梁已超过80万座，其中大部分为预应力混凝土桥梁。随着跨度的增加，预应力混凝土桥的腹板开裂、长期下挠问题成为了困扰该种桥型应用的主要问题。采用波形钢腹板代替混凝土腹板，可以有效的降低结构自重，提高预应力效率，避免混凝土腹板开裂，加快施工速度。当进一步降低结构自重、减小建筑高度时，可以采用波形钢腹板-钢底板组合梁桥。

由于工艺的限制，波形钢腹板的厚度受限。当跨径达到一定程度时，无法再通过增加腹板厚度提高波形钢腹板的整体屈曲承载力。由于波折特性，采用焊接加劲肋方式提高剪切屈曲承载力的施工难度要强于平直板，并且焊接会产生结构变形及残余应力，从而影响腹板的抗屈曲性能。此外，随着公路荷载等级的提高，已建波形钢腹板组合梁桥的抗剪承载力可能无法满足现有公路荷载的要求，需要寻找一种简便的改善波形钢腹板剪切屈曲承载力的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，该结构形式采用多段式FRP板材对波形钢腹板进行加劲，可以显著提高波形钢腹板的整体剪切屈曲承载力，并灵活的适应任意形状的波形钢腹板，避免了整个波折板加劲的复杂施工，消除了加劲肋焊接产生的残余变形和残余应力，显著提高了施工速度、降低了施工难度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，包括混凝土板、钢梁和多段FRP加劲肋，所述混凝土板位于所述钢梁顶部，多段所述FRP加劲肋由FRP肋板和FRP拼接板组成，每段所述FRP肋板通过所述FRP拼接板连接成一体，多段所述FRP加劲肋沿所述钢梁的波形钢腹板的纵向呈直线布置，且在一个波长内所述FRP加劲肋只与所述波形钢腹板的波峰或波谷连接；

所述FRP肋板的横断面形状为箱形，所述FRP肋板由相互连接的FRP底板、FRP侧板和FRP顶板组成，所述FRP肋板的长度为3-5个波形钢腹板的波长；所述FRP拼接板的横断面形状为槽形，其长度为半个波形钢腹板的波长。

优选的，所述钢梁由上下平钢板和波形钢腹板组成，所述混凝土板与所述钢梁的上平钢板通过栓钉或开孔钢板连接件连接在一起。

优选的，所述FRP拼接板通过涂抹在其内壁上的环氧树脂与所述FRP肋板相连。

优选的，螺栓穿过所述波形钢腹板上的预留螺栓孔和所述FRP底板上的预留孔后将所述波形钢腹板和多段所述FRP加劲肋连接为一体。

优选的，所述FRP底板的底面与所述波形钢腹板的接触面间涂抹有环氧树脂。

优选的，多段所述FRP加劲肋位于所述钢梁的一侧或两侧。

本发明还提供一种具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构的施工方法，应用于上述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，包括以下步骤：

1)依据设计尺寸生产波形钢腹板并在波形钢腹板上制作预留螺栓孔；

2)生产FRP肋板和FRP拼接板，并依据设计长度对FRP肋板和FRP拼接板的板材进行裁剪，在底板上钻取预留孔；

3)将波形钢腹板平放于工作平台上，确保波形钢腹板的各个波峰、波谷在一条直线上，并在粘贴FRP加劲肋的位置进行标记；

4)在波形钢腹板与FRP底板的接触部位涂抹环氧树脂，并分段粘贴FRP肋板；

5)在相邻两FRP肋板的连接处放置FRP拼接板，在确认FRP肋板安装位置准确后安装螺栓，然后在FRP拼接板的内表面涂抹环氧树脂，安装所述FRP拼接板；

6)焊接钢梁的上下平钢板及组合梁连接件，架设施工模板，浇筑混凝土板。

优选的，FRP底板表面、FRP拼接板内表面以及与FRP底板接触的波形钢腹板的局部区域均需要打磨处理；FRP肋板和FRP拼接板采用拉挤成型工艺进行生产。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.与传统的无加劲肋波形钢腹板组合梁相比，多段式FRP加劲肋可以增强波形钢腹板的整体性，显著提升组合梁的整体剪切屈曲承载力。

2.与整个波折板全部加劲相比，多段式直线形加劲肋只与波形钢腹板的波峰或波谷相连，可以避免复杂的折线形加劲肋的制作，减少了加劲肋安装难度，极大的加快施工速度。

3.与平板加劲肋相比，闭合断面箱形加劲肋可以有效较低加劲肋的壁厚，降低大跨径波形钢腹板加劲肋的厚度及施工难度，可以显著提升加劲肋的局部稳定性，可以降低防止加劲肋局部屈曲的控制难度。

4.不需像一次成型整体式加劲肋那样要严格控制几何形状来保证肋板与波形钢腹板的切合度，并且在出现几何偏差后一次成型整体式加劲肋难以调整。多段式FRP加劲肋可以通过每个FRP单元、每个FRP单元连接件的调整来适应波形钢腹板的初始几何变形，对几何形状的精度要求低，当FRP板与波形钢腹板出现几何尺寸偏差时，也较容易调整。

5.与传统的钢加劲肋相比，多段式FRP加劲肋拥有良好的耐久性、抗疲劳性能，不会因钢加劲肋的焊接而使腹板产生残余应力、残余变形，并进一步影响腹板的抗剪切屈曲能力和抗疲劳性能。

6.本发明提出的多段式纤维板材加劲肋形式简单、便于加工、易于工厂化生产，可以适应各种波纹形状，不需要依据波形钢腹板形状的不同而更换FRP模具，拥有广泛的适应性。

7.本发明提出的FRP加劲肋安装方法简单，不需要重型机械配合，既可以在工厂施工，也可以在现场安装。从波形钢腹板制造、FRP板生产到FRP板的安装，各部件的生产、安装精度可控，对生产工艺及操作人员的要求要低于一次成型整体式FRP板加劲波形钢腹板组合梁。

综上所述，本发明所述多段式纤维板材加劲波形钢腹板组合梁具有较高的抗整体剪切屈曲能力；多段式FRP形式易于工厂化生产，可以适应任意形状的波形钢腹板，并且可以避免由于加劲肋焊接产生的残余变形和残余应力；整个组合梁的施工方法具有操作便捷、精度要求低、施工难度小的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构三维示意图。

图2是钢梁三维示意图。

图3是多段式加劲肋加劲波形钢腹板局部示意图。

图4是一个波长长度的波形钢腹板及加劲肋水平投影图。

图5是FRP肋板三维示意图。

图6是FRP拼接板三维示意图。

其中，1为混凝土板，2为钢梁，3为平钢板，4为波形钢腹板，5为多段FRP加劲肋，6为波形钢腹板预留孔，7为螺栓，8为FRP肋板，9为FRP拼接板，10为FRP底板预留孔，11为FRP底板，12为FRP侧板，13为FRP顶板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，该结构形式采用多段式FRP板材对波形钢腹板进行加劲，可以显著提高波形钢腹板的整体剪切屈曲承载力，并灵活的适应任意形状的波形钢腹板，避免了整个波折板加劲的复杂施工，消除了加劲肋焊接产生的残余变形和残余应力，显著提高了施工速度、降低了施工难度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-6所示，本发明提供一种具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，包括混凝土板1、钢梁2、多段FRP加劲肋5；多段FRP加劲肋5由FRP肋板8和FRP拼接板9组成，每段FRP肋板8通过FRP拼接板9连成一体；如图4所示，多段FRP加劲肋5位于组合梁的一侧，其沿梁纵向呈直线布置，在一个波长范围内只与波形钢腹板4的波峰连接；FRP拼接板9通过涂抹在FRP拼接板9内壁上的环氧树脂与与FRP肋板8相连。

由于多段FRP加劲肋5将波形钢腹板4的各个波峰或波谷连接为一体，限制了波形钢腹板4的整体屈曲变形，提高了组合梁的整体剪切屈曲承载力。

如图3所示，多段FRP加劲肋5与钢梁2的波形钢腹板4的连接方式为环氧树脂和螺栓7，所述环氧树脂位于FRP底板11底面与波形钢腹板4的接触面间，所述螺栓7穿过波形钢腹板预留螺栓孔6和FRP底板预留孔10将波形钢腹板4和多段FRP加劲肋5连接为一体。

如图5所示，FRP肋板8的横断面形状为箱形，其由FRP底板11、FRP侧板12、FRP顶板13组成，单个箱形FRP肋板8的长度约为3个波形钢腹板4的波长。由于加劲肋采用了闭口截面，显著提高了肋板的局部屈曲承载力，并降低了肋板厚度。如图6所示，FRP拼接板9的横断面形状为槽形，其长度为半个波形钢腹板4的波长。FRP肋板8和FRP拼接板9采用拉挤成型工艺进行生产。

如图2所示，钢梁2由波形钢腹板4及上下平钢板3组成；混凝土板1与钢梁2通过栓钉或开孔钢板连接件连接在一起。FRP底板11表面以及与FRP底板11接触的波形钢腹板4局部区域需要打磨处理。

具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，依据设计尺寸生产波形钢腹板4并制作波形钢腹板预留螺栓孔6，在粘贴多段FRP加劲肋5的部位进行打磨处理；

步骤2，采用拉挤成型工艺生产FRP肋板8和FRP拼接板9，依据设计长度对FRP板材进行裁剪，在FRP底板11上钻取FRP底板预留孔10，并对FRP底板11底面及FRP拼接板9内表面进行打磨；

步骤3，将波形钢腹板4平放于工作平台上，确保波形钢腹板4的各个波峰、波谷在一条直线上；

步骤4，在粘贴多段FRP加劲肋位置处的波形钢腹板4表面进行标记，以确保多段FRP板单元的粘贴定位准确；

步骤5，在波形钢腹板4与FRP底板11接触的部位涂抹环氧树脂，沿梁纵向分段粘贴FRP肋板8，并通过环氧树脂层厚度自适应波形钢腹板4的制作偏差；

步骤6，尝试放置FRP拼接板9以检验FRP肋板8的位置放置准确性，在确认FRP肋板8安装位置准确后安装螺栓7；

步骤7，在FRP拼接板9内表面涂抹环氧树脂，安装FRP拼接板9；

步骤8，焊接平钢板3及组合梁连接件，架设施工模板，浇筑混凝土板1。

本发明中的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构具有较高的整体剪切屈曲承载力，多段式加劲肋可以灵活的适应任意形状的波形钢腹板4，避免了整个波折板加劲的复杂施工，消除了加劲肋焊接产生的残余变形和残余应力，显著提高了施工速度、降低了施工难度。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，其特征在于：包括混凝土板、钢梁和多段FRP加劲肋，所述混凝土板位于所述钢梁顶部，多段所述FRP加劲肋由FRP肋板和FRP拼接板组成，每段所述FRP肋板通过所述FRP拼接板连接成一体，多段所述FRP加劲肋沿所述钢梁的波形钢腹板的纵向呈直线布置，且在一个波长内所述FRP加劲肋只与所述波形钢腹板的波峰或波谷连接；

所述FRP肋板的横断面形状为箱形，所述FRP肋板由相互连接的FRP底板、FRP侧板和FRP顶板组成，所述FRP肋板的长度为3-5个波形钢腹板的波长；所述FRP拼接板的横断面形状为槽形，其长度为半个波形钢腹板的波长。

2.根据权利要求1所述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，其特征在于：所述钢梁由上下平钢板和波形钢腹板组成，所述混凝土板与所述钢梁的上平钢板通过栓钉或开孔钢板连接件连接在一起。

3.根据权利要求1所述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，其特征在于：所述FRP拼接板通过涂抹在其内壁上的环氧树脂与所述FRP肋板相连。

4.根据权利要求1所述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，其特征在于：螺栓穿过所述波形钢腹板上的预留螺栓孔和所述FRP底板上的预留孔后将所述波形钢腹板和多段所述FRP加劲肋连接为一体。

5.根据权利要求4所述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，其特征在于：所述FRP底板的底面与所述波形钢腹板的接触面间涂抹有环氧树脂。

6.根据权利要求1所述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，其特征在于：多段所述FRP加劲肋位于所述钢梁的一侧或两侧。

7.具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构的施工方法，应用于权利要求1-6中任一项所述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构，其特征在于，包括以下步骤：

1)依据设计尺寸生产波形钢腹板并在波形钢腹板上制作预留螺栓孔；

2)生产FRP肋板和FRP拼接板，并依据设计长度对FRP肋板和FRP拼接板的板材进行裁剪，在底板上钻取预留孔；

3)将波形钢腹板平放于工作平台上，确保波形钢腹板的各个波峰、波谷在一条直线上，并在粘贴FRP加劲肋的位置进行标记；

4)在波形钢腹板与FRP底板的接触部位涂抹环氧树脂，并分段粘贴FRP肋板；

5)在相邻两FRP肋板的连接处放置FRP拼接板，在确认FRP肋板安装位置准确后安装螺栓，然后在FRP拼接板的内表面涂抹环氧树脂，安装所述FRP拼接板；

6)焊接钢梁的上下平钢板及组合梁连接件，架设施工模板，浇筑混凝土板。

8.根据权利要求7所述的具有多段式加劲肋的波形钢腹板组合梁结构的施工方法，其特征在于：FRP底板表面、FRP拼接板内表面以及与FRP底板接触的波形钢腹板的局部区域均需要打磨处理；FRP肋板和FRP拼接板采用拉挤成型工艺进行生产。