CN111893876B - 一种可更换式抗疲劳正交异性板结构及更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可更换式抗疲劳正交异性板结构及更换方法，可更换式抗疲劳正交异性板结构包括可拆卸地设置的若干U肋组件，U肋组件包括U型肋，U型肋上端与顶板通过非焊接的方式固定连接；更换方法包括当检测到特定U肋组件存在结构异常时，将该目标组件对应的连接板与横隔板的连接件依次拆卸下来。本发明通过释放U肋与钢顶板以及U肋与横隔板的应力集中达到可规避疲劳损伤的目的；同时，通过U肋组件、斜侧向限位组件、竖向限位件的标准化、模块化和相互间的机械式、可拆卸连接，实现损伤构件的可更换，解决了传统钢正交异性板易疲劳开裂且不易修复的问题。

Description

一种可更换式抗疲劳正交异性板结构及更换方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种可更换式抗疲劳正交异性板结构及更换方法。

背景技术

钢正交异性板，是用纵横向相互垂直的加劲肋(或横隔板)连同钢顶板所组成的共同承受荷载的结构。钢正交异性板的自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1/4～1/5，而且其运输架设方便、施工周期短。

自上世纪三十年代提出，并于1950年应用该技术建成了kurpfalz桥，该桥是世界第一座将钢正交异性板结构作为主梁的组成部分参与共同受力、同时又作为桥面板承受局部交通荷载的钢结构桥梁，其后在钢结构桥梁工程中得到广泛应用。

但在近70年的使用中，钢正交异性桥面板也暴露出若干问题：其一是U肋与钢顶板焊接，由于焊缝及焊接参与应力的存在，U肋、顶钢板以及连接二者的焊缝易疲劳开裂；其二是U肋侧面与横隔板焊接，U肋附近的横隔板及U肋与横隔板的焊缝易疲劳开裂。

上述疲劳开裂损伤一旦出现很难修复或更换，成为影响钢正交异性桥面板使用的顽疾。其主要原因在于，U肋与钢顶板焊接后形成了小钢箱，在车轮荷载作用下发生绕纵轴线的扭转和绕横轴线的竖向弯曲。在扭转中，外部扭矩需U肋与钢顶板两连接节点处的弯矩平衡，导致U肋与钢顶板的连接节点处相对变形较大，外加此处的几何刚度不连续性，在往复荷载作用下，此处产生较大的循环应力，易导致U肋与钢顶板连接焊缝易疲劳开裂，如图1所示。

同时，U肋发生绕横轴线的竖向弯曲时，由于U肋与横隔板焊接，在外部往复荷载作用下，将带动横隔板发生面外的反复弯曲，从而导致U肋与横隔板的焊缝易疲劳开裂，如图2所示。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中正交异性板容易发生疲劳损伤、损伤不易修复问题的可更换式抗疲劳正交异性板结构及更换方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种可更换式抗疲劳正交异性板结构，其包括可拆卸地设置的若干U肋组件，U肋组件包括U型肋，U型肋上端与顶板通过非焊接的方式固定连接；U型肋两侧的外侧边上贴设有承接板，承接板与斜侧向限位组件抵接，所述斜侧向限位组件包括可拆卸地安装于横隔板上的连接板，连接板上垂直设置有限位板，限位板上安装有与承接板配合的摩擦板，摩擦板与承接板顶紧形成摩擦副；U型肋底部两侧对称固定设置有竖向限位件，竖向限位件上端与限位板下端抵接。

本发明还提供了一种上述可更换式抗疲劳正交异性板结构的更换方法，其包括如下步骤：

S1、当检测到特定U肋组件存在结构异常时，将该目标组件对应的连接板与横隔板的连接件依次拆卸下来；

S2、将目标组件对应的连接板和限位板沿垂直于横隔板的方向抽出；

S3、将目标组件对应的U型肋上端与顶板的连接件依次拆卸下来；

S4、将替换用的U肋组件用S3得到的连接件安装到目标组件对应安装位置；

S5、将S2得到的连接板、限位板用S1得到的连接件安装到原安装位置，完成正交异性板结构的更换。

本发明提供的上述抗疲劳正交异性板结构的主要有益效果在于：

本发明提供的抗疲劳正交异性板结构，通过摩擦板与U型肋两侧的承接板顶紧形成摩擦副，当U型肋发生绕横轴线竖向弯曲时，由于U型肋与横隔板无焊接连接，而侧斜向限位组件通过摩擦副连接约束U肋竖向变形，U型肋可自由地绕横轴线弯曲变形，不会带动横隔板发生面外弯曲，规避了横隔板疲劳损伤的产生。

通过U型肋与顶板间进行非焊缝的方式固定连接，消除了由于焊接在此处引起的焊接参与应力以及由此导致的焊缝、母材的疲劳开裂；有效弱化了横隔板对U型肋绕纵轴的扭转约束，大幅减小了U型肋与顶板连接处的应力，规避了U型肋的疲劳。

通过斜侧向限位件与承接板配合，既能限制U型肋的横向位置，又规避了U型肋与横隔板间的焊缝连接，解除了横隔板对U型肋绕横轴的竖向弯曲约束限制，消除了由U肋弯曲带来的横隔板面外反复弯曲，进而消除了U型肋与横隔板间焊缝的疲劳开裂和弧形缺口的疲劳开裂；同时还能限制U型肋的竖直向下方向的运动。

通过在U型肋下部设置竖向限位件，当U型肋向上运动时，由于竖向限位件上端与限位板抵接限位，从而限制U型肋的竖直向上方向运动。

通过斜侧向限位件和竖向限位件配合，共同起到限制工件在竖直平面内的运动的效果。

通过将U型肋设置为仅与顶板、且可拆卸的连接，并与竖向限位件抵紧连接，而与其他部件均无固定连接，从而能够方便拆除U型肋，即使U肋组件发生疲劳损伤，亦可将受损的U肋组件模块整体更换。

通过将侧斜向限位组件与横隔板采用可拆卸的方式连接，便于更换。通过将U肋组件、斜侧向限位组件、竖向限位件均设置为相互可拆卸的结构，从而能够将其制作为标准化组件，便于生产制造、安装和更换。

本方案提供的可更换式抗疲劳正交异性板结构的更换方法，通过横向拆卸连接板和限位板，以方便取出侧斜向限位组件，进行重复利用；通过将用于连接的部件重复使用，提高各结构的使用寿命，节省成本。

附图说明

图1为现有正交异性桥面板在车轮荷载作用下的横向变形示意图。

图2为现有正交异性桥面板在车轮荷载作用下的竖向变形及横隔板弯曲示意图。

图3为可规避疲劳损伤的正交异性板结构的结构图。

图4为带顶盖板的焊接U型肋的整体结构示意图。

图5为带内横肋板的焊接U型肋的整体结构示意图。

图6为竖向限位件呈L形时的结构示意图。

图7为竖向限位件为限位栓时的整体结构示意图。

图8为正交异性板结构的整体侧视图。

图9为正交异性板结构的整体俯视图。

图10为本发明在车轮荷载作用下的横向变形示意图。

图11为可更换式抗疲劳正交异性板结构的更换方法流程图。

其中，100、U肋组件，101、U型肋，102、承接板，200、斜侧向限位组件，201、连接板，202、限位板，203、摩擦板，300、竖向限位件，301、弧形凸缘，400、顶板，500、横隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图3所示，其为可更换式抗疲劳正交异性板结构的结构示意图。

本发明的可拆卸式抗疲劳正交异性板结构包括可拆卸地设置的若干U肋组件100，U肋组件100包括U型肋101，U型肋101的两侧边为倾斜边。U型肋101上端与顶板400通过非焊接的方式固定连接。优选的，U型肋101与顶板400的连接方式包括螺栓连接或铆接。

U型肋101两侧的外侧边上贴设有承接板102，承接板102与斜侧向限位组件200抵接，斜侧向限位组件200包括可拆卸地安装于横隔板500上的连接板201，连接板201上垂直设置有限位板202，限位板202上安装有与承接板102配合的摩擦板203；U型肋101底部两侧对称固定设置有竖向限位件300，竖向限位件300上端与限位板202下端抵接。通过设置限位板202，以起到支撑摩擦板203，提高斜侧向限位组件200受力能力的作用。

具体的，竖向限位件300上端的厚度大于承接板102与摩擦板203的厚度之和。使得U型肋101向上移动时，带动竖向限位件300向上挤压限位板202，利用限位板202和固定在横隔板500上的连接板201的作用，有效保证对U型肋101向上竖向移动的限制作用。

两侧限位板202上端之间的距离小于U型肋101上端两侧间的距离。以便限位板202能够除了承接U型肋101横向变形的作用力外，还能承受顶板400带来的纵向作用力。

优选的，竖向限位件300呈弧形，如图6所示，并与U型肋101底部两侧弯折部贴合。竖向限位件300的上端设置有弧形凸缘301，弧形凸缘301与限位板202底部顶接，竖向限位件300与U型肋101的连接方式包括螺栓连接、焊接、铆接、高强胶黏贴，以保证两者受力的一致性。

可选的，竖向限位件300为与U型肋101固定的限位栓，如图7所示。限位栓安装于竖向限位件300侧边底部上，限位栓的上侧面与限位板202下端抵接，同样起到限制U型肋101向上移动的效果。

优选的，U型肋101上端设置有外伸翼缘，外伸翼缘与顶板400间通过非焊接的方式固定连接，如图3所示。

可选的，U型肋101上端设置有与顶板400通过焊接方式固定连接的顶盖板，如图4所示。

可选的，U型肋101内侧与横隔板500相接位置处设置有内横肋板，如图5所示，以增加U肋组件100的结构刚度。

进一步地，U型肋101为采用轧制、冲压和冷弯工艺模块化预制的结构；斜侧向限位组件200和竖向限位件300也为标准化模块化组件，以便于生产制造、安装和更换。

优选的，承接板102为不锈钢板，摩擦板203与承接板102间的摩擦系数小于0.3，通过摩擦板203与承接板102顶紧形成摩擦副，以约束U型肋101的竖向变形。

下面是本方案的工作原理：

通过U肋组件100与顶板400间无焊接连接，使得U肋组件100的竖直向下位移由斜侧向限位组件200斜向夹持作用限制，竖直向上位移由竖向限位件300和顶板400共同限制，横向位移由斜侧向限位组件200限制。

如图10所示，当U肋组件100发生绕纵轴线扭转时，由于取消了U型肋101与钢顶板连接焊缝，而改用高强螺栓连接，规避了U型肋101、钢顶板及二者间连接焊缝疲劳损伤的产生。

同时，当U型肋101发生绕横轴线竖向弯曲时，由于U型肋101与横隔板500无焊接连接，而斜侧向限位组件200通过摩擦副连接约束U型肋101竖向变形，U型肋101可自由地绕横轴线弯曲变形，不会带动横隔板500发生面外弯曲，规避了横隔板500疲劳损伤的产生。

进一步地，由于U肋组件100为模块化组件，如图8和图9所示，且与横隔板500间无连接，U肋组件100与顶板400间采用螺栓连接、铆接，即使U肋组件100出现疲劳开裂损伤，或连接螺栓、铆钉出现疲劳开裂损伤，U肋组件100与顶板400间的连接容易解除，在解除该连接后U肋组件100模块可整体更换。

本方案还提供了上述可更换式抗疲劳正交异性板结构的更换方法，如图11所示，其包括如下步骤：

S1、当检测到特定U肋组件100存在结构异常时，将该目标组件对应的连接板201与横隔板500的连接件依次拆卸下来。

检测方法包括常规定期巡检时的目视检测、超声检测等。

S2、将目标组件对应的连接板201和限位板202沿垂直于横隔板500的方向抽出。

以方便取出斜侧向限位组件200，避免挤压和影响相邻U肋组件100和竖向限位件300，同时能够方便操作。

S3、将目标组件对应的U型肋101上端与顶板400的连接件依次拆卸下来。

当连接件为高强螺栓时，可以用螺栓拆卸工具快速卸下并集中放置，以便循环利用。

S4、将替换用的U肋组件100用S3得到的连接件安装到目标组件对应安装位置。

进一步地，替换用的U型肋101上预先贴设有承接板102。承接板102与U型肋101配合的结构为在工厂预制的结构，以方便现场快速更换。

S5、将S2得到的连接板201、限位板202用S1得到的连接件安装到原安装位置，完成正交异性板结构的更换。

通过重复利用斜侧向限位组件200，节省成本，方便检修操作。

上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种可更换式抗疲劳正交异性板结构的更换方法，其包括：

可拆卸地设置的若干U肋组件，U肋组件包括U型肋，U型肋上端与顶板通过非焊接的方式固定连接；U型肋两侧的外侧边上贴设有承接板，承接板与斜侧向限位组件抵接，所述斜侧向限位组件包括可拆卸地安装于横隔板上的连接板，连接板上垂直设置有限位板，限位板上安装有与承接板配合的摩擦板，摩擦板与承接板顶紧形成摩擦副；U型肋底部两侧对称固定设置有竖向限位件，竖向限位件上端与限位板下端抵接；

所述竖向限位件呈弧形并与U型肋底部两侧弯折部贴合；竖向限位件的上端设置有弧形凸缘，所述弧形凸缘与限位板底部顶接；

所述竖向限位件为固定在U型肋底部两侧的限位栓，限位栓的上侧边与限位板下端抵接；

所述U型肋为采用轧制、冲压、冷弯工艺模块化预制的U型结构或带顶盖板的焊接U肋组件；

所述U型肋上端设置有外伸翼缘，外伸翼缘与顶板间通过非焊接的方式固定连接；

所述竖向限位件上端的厚度大于承接板与摩擦板的厚度之和；两侧限位板上端之间的距离小于U型肋上端两侧间的距离；

所述U型肋内侧与横隔板相接位置处设置有内横肋板；

所述承接板为不锈钢板，摩擦板与承接板间的摩擦系数小于0.3；

其步骤包括：

S1、当检测到特定U肋组件存在结构异常时，将该目标组件对应的连接板与横隔板的连接件依次拆卸下来；

S2、将目标组件对应的连接板和限位板沿垂直于横隔板的方向抽出；

S3、将目标组件对应的U型肋上端与顶板的连接件依次拆卸下来；

S4、将替换用的U肋组件用S3得到的连接件安装到目标组件对应安装位置；

S5、将S2得到的连接板、限位板用S1得到的连接件安装到原安装位置，完成正交异性板结构的更换。

2.根据权利要求1所述的可更换式抗疲劳正交异性板结构的更换方法，其特征在于，所述替换用的U肋组件上预先贴设有承接板。

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