CN112813855A - 钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，包括如下步骤：步骤一：将原结构的斜腹杆下部切割去除一定长度；步骤二：根据结构计算和试验实测结果，获得钢箱梁结构应力和位移相关参数，综合设计弹性支撑阻尼装置参数；步骤三：将弹性支撑阻尼装置的弹性支撑锁死，再安装弹性支撑阻尼装置，完成后，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态。本发明的方法在不改变钢箱梁整体构造形式的前提下，通过对原斜腹杆加以一定改造并加装一种具有初始刚度的阻尼式弹性支撑，有效缓解斜腹杆局部结构的应力集中及其疲劳损伤，抑制结构疲劳裂纹的萌生、发展直至开裂，提升结构的疲劳性能，并实现结构安全延长使用寿命的目标。

Description

钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法

技术领域

本发明涉及桥梁养护与维修技术领域。更具体地说，本发明涉及钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法。

背景技术

扁平钢箱梁由于抗扭、抗弯惯矩大，且具有很好的抗风性能，在大跨度斜拉桥和悬索桥中得到大量应用。设置纵隔板可提高钢箱梁桥轴向抗弯承载能力，并改善主梁剪力滞效应，既有斜拉桥扁平钢箱梁大多设置有纵隔板。部分悬索桥采用的扁平钢箱梁在截面内也设置有纵隔板。众所周知，纵隔板的设置增大了截面有效宽度，可提高截面抗弯刚度，改善悬拼阶段扁平钢箱梁的相对横向变形。纵隔板主要有实体式、桁架式(斜杆为钢管)两种。研究结果表明桁架式在整体刚度改善效率方面高于实体式。如南京长江二桥、苏通大桥、润扬大桥、珠江黄埔大桥、安庆长江公路大桥、中朝鸭绿江界河公路大桥、湛江海湾大桥等多座桥梁均采用的桁架式纵隔板构造设计。

目前，已有多座桥梁在检测时发现钢箱梁纵隔板桁管多处开裂，个别桁管完全断开的现象。

造成开裂的原因主要有：

1.构造设计缺陷：由于顶底板T型肋高度较大，T型肋在外荷载作用下不能在节点处转动，无“铰”的作用，无法适应结构的局部弹性变形。车辆等外荷载作用导致斜腹杆的次弯矩应力很大且在连接部位产生应力集中。纵隔板桁管与主梁之间采用插入式节点板连接，疲劳强度很低；桁管外侧加劲肋与节点板之间存在有刚度突变位置，引起应力集中，且桁管在轴压荷载或压弯荷载作用下，插入式节点板与桁管横向连接均为薄弱部位；该节点型式和受力状态耦合后进一步降低了该处的疲劳强度，疲劳裂纹在节点板与桁管开口底部连接处萌生，最终使得桁管沿连接口底部环向疲劳破坏(对称、双向)。

2.焊接缺陷：角焊缝未做绕焊，有明显的焊渣、焊瘤等缺陷，且未对焊缝进行焊后处理，使得插入式节点板与桁管连接成为疲劳承载力薄弱部位。

3.车辆等活载周期作用：钢箱梁纵隔板多位于快车道处，该处行驶的多为重载车辆，车辆荷载较强的周期性是疲劳裂纹萌生的主要原因之一。

4.钢箱梁横桥向刚度较大、顺桥向较柔，结合外荷载(温度、风、汽车荷载等)的时变特性，导致结构受力极其复杂，影响桁管受力因素复杂。加设刚性桁管可有效限制了桥面局部位移变形，但根据能量守恒可知该位移的消失必将引起内力的增加与某种释放形式。由此，使得节点板与桁管开口底部连接处的焊缝缺陷处最先起裂、并发展至母材(原桁管切口底部)，导致桁管环向疲劳开裂直至破坏。

针对出现开裂的斜腹杆，部分桥梁养护单位根据相关专家意见开展了将桁管更换为双拼槽钢的试验工作，新更换槽钢后的2-3年内未见开裂，但更换完成后使得内力重新分配，导致相邻桁管相继加速开裂直至失效。如安庆长江公路大桥在2009年发现该类病害，分别于2010年5月和2011年5月对数十处采取焊缝补焊和加固处置措施，2011年底纵隔板钢管连接处开裂达到100多处，且逐年上升，并在2012年4月召开的专家论证会上否决了对纵隔板钢管开裂采用抱箍加固的方案。随后，参照同时期的南京长江二桥同类病害处置方案，于2012年12月，在跨中选择4个梁段11个箱室将钢管替换为槽钢(共计更换44根钢管)。2018～2020年，珠江上某斜拉桥也开展了双拼槽钢替换钢管试验性应用，长期效果均尚待证实。由于更换后的槽钢抗弯刚度显著增大，导致部分桥梁更换为槽钢3年左右的时间后出现新的开裂病害，如主跨648m的某长江大桥(斜拉桥)新的开裂位置位于槽钢端部角点与节点板接触处的节点板母材，向垂直于槽钢方向外侧或沿桥纵向延伸，威胁到主结构的耐久性和安全。由此可见，该类病害具有普遍性，既有处置措施仍不能全面有效的解决此问题，对既有病害中裂纹萌生与发展机理尚待开展深入研究。

阻尼器是以提供运动的阻力并耗减运动能量的装置。既有阻尼器大多为无初始刚度的速度型阻尼器，已普遍应用于结构振动控制、梁端限位和抗震等，均达到了良好效果。以液体粘滞阻尼器为例，已在大跨度桥梁中应用得到了广泛应用，如苏通大桥、江阴长江大桥、矮寨特大桥、西堠门大桥和天兴洲长江大桥等。因此，可以考虑将阻尼器方法如何应用于钢箱梁斜腹杆开裂的处置措施研究中，为解决斜腹杆病害提供了思路启发。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，在不改变钢箱梁整体构造形式的前提下，通过对原斜腹杆加以一定改造并加装一种具有初始刚度的阻尼式弹性支撑，有效缓解斜腹杆局部结构由于构造设计缺陷、焊接缺陷、重载交通等因素造成的应力集中，抑制结构疲劳裂纹的萌生、发展直至开裂，提升结构的疲劳性能，并实现结构安全并延长使用寿命的目标。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，包括如下步骤：

步骤一：将原结构的斜腹杆下部切割去除一定长度；

步骤二：根据结构计算和试验实测结果，获得钢箱梁斜腹杆结构应力和位移相关参数，从而确定结构耗能所需弹性支撑阻尼装置的最大阻尼力及最大行程，同时确定结构减振所需弹性支撑阻尼装置弹性单元的刚度和变形量，综合设计弹性支撑阻尼装置的参数，弹性支撑阻尼装置具有弹性和阻尼；

步骤三：将弹性支撑阻尼装置的弹性单元支撑锁死，再将弹性支撑阻尼装置的上端铰接至原结构的斜腹杆的下端，弹性支撑阻尼装置的下端铰接至底板的节点板上，安装完成后，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态。

优选的是，所述步骤二具体为：

1)通过在钢箱梁原结构的斜腹杆顶端下缘和底端上缘布设应变传感器，同时在原结构的斜腹杆顶端和底端之间布设竖向位移传感器，获得一周的连续监测数据，数据处理时去除温度效应后取均值，钢箱梁斜腹杆设计材料的弹性模量与应变实测值乘积为斜腹杆应力，钢箱梁斜腹杆截面尺寸设计值与斜腹杆应力乘积为日常运营荷载下的斜腹杆内力值；

2)通过切割的方式，切断钢箱梁斜腹杆上部和下部，根据上述步骤1)实测获得斜腹杆切断前后的内力变化量，同时由竖向位移传感器测得斜腹杆切断前后的钢箱梁顶底板相对竖向位移变化量；

3)上述内力变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计荷载基准值，实际设计荷载值不小于该值的1.2倍，上述相对竖向位移变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计行程基准值，实际设计行程值不大于该值的0.5倍，弹性单元的设计刚度值等于荷载设计值/行程设计值；

4)根据行程设计值和荷载设计值得到设计耗能需求，计算得到设计阻尼值。

优选的是，还包括步骤四：

安装完成，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态后，通过在不同位置安装应变传感器和位移传感器作为监测仪器测试钢箱梁内斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变、钢箱梁顶板和底板相对竖向位移、临近位置的顶底板和U肋的应变以及相邻隔仓斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变各关键部位在实际荷载作用下的应力、位移值，并与理论值、相关规范值进行分析比对，验证弹性支撑阻尼装置安装后是否安全有效缓解结构应力集中现象并改善开裂。

优选的是，所述弹性支撑阻尼装置包括：

缸筒，其内壁间隔设置有外端盖和内端盖，所述外端盖和内端盖中心具有通孔；

活塞杆，其恰好从所述通孔中自由穿过，所述活塞杆上设置有挡板，所述挡板位于所述外端盖和内端盖之间，所述挡板紧贴所述缸筒内壁并设置为沿所述缸筒上下移动，所述挡板两侧与所述外端盖和内端盖之间均设置有弹性单元，其套设于所述活塞杆上，所述弹性单元为弹簧或碟簧。

优选的是，所述外端盖位于所述缸筒上端面，所述内端盖位于所述缸筒内部，所述缸筒下端密封且所述缸筒内底面固定有一对夹板，其相对的面通过紧固螺栓紧固，所述活塞杆下端穿入至一对夹板之间且接触一对夹板，所述活塞杆下端外表面为凹凸不平的结构。

优选的是，所述活塞杆上端设置有连接板，所述缸筒的上端也向外延伸形成连接板，两个连接板之间设置有至少两个临时锁定装置，其包括一对螺杆和螺母套筒，一对螺杆的一端分别固定于两个连接板上，一对螺杆的另一端通过螺母套筒螺纹连接为一体。

优选的是，所述活塞杆位于所述缸筒及连接板之间的部分套设有防尘罩。

优选的是，所述斜腹杆的下端和底板的节点板分别与所述弹性支撑阻尼装置的上端和下端通过关节轴承连接。

优选的是，所述弹性支撑阻尼装置包括一对连接支座和弹性支撑阻尼器，所述弹性支撑阻尼器两端分别与一对连接支座铰接，一对连接支座分别固定焊接于所述刚性支撑构件的下端以及底板的节点板上，所述弹性支撑阻尼器具有初始刚度、弹性和阻尼。

优选的是，所述连接支座包括定位板、底座板和底座耳板，所述底座板一侧连接有底座耳板，另一侧环形设置有多个定位板，所述底座耳板上设置有销轴孔，用于通过销轴铰接连接所述弹性支撑阻尼器；

所述弹性支撑阻尼器包括：

一对连接耳板，其分别与一对连接支座上的底座耳板通过销轴连接；

导杆连接板，其一侧面中心固定连接至其中一个连接耳板上，所述导杆连接板另一侧中心固定连接导杆，其外侧面中部具有外螺纹；

螺杆连接板，其一侧面中心固定连接至另一个连接耳板上，所述螺杆连接板另一侧面中心具有内凹的盲孔，所述螺杆连接板还在盲孔周向一圈均匀间隔设置有多个螺纹盲孔；

压板，其中心具有通孔，且所述压板还在其中心周向一圈均匀间隔设置有多个通孔；

中间挡板，其位于所述压板和螺杆连接板之间，所述中间挡板中心具有贯通的螺纹孔，所述导杆通过其外螺纹固定穿过中间挡板的螺纹孔，所述导杆还依次自由穿过压板的中心通孔及所述螺杆连接板的盲孔中，所述中间挡板还在其中心螺纹孔周向一圈均匀间隔设置有多个通孔，其与压板周向的多个通孔及螺杆连接板周向的多个螺纹盲孔一一对应；

螺纹杆，其为多个且分别一一配合固定于多个螺纹盲孔中，所述螺纹杆还依次穿过中间挡板和压板的通孔；

弹性阻尼单元，其套设于螺纹杆外周，所述弹性阻尼单元在所述中间挡板两侧与所述压板和螺杆连接板之间均设置。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明提出的一种具有初始刚度的弹性阻尼支撑方法及相应设备，可适应外荷载引起的弯矩，同时提供一定刚度以约束桥面板变形，使外荷载引起的各种能量分配较为均衡，不至于某种单一形式能量过大导致结构损伤和破坏。

2、本发明提出的一种具有初始刚度的弹性阻尼支撑方法及相应设备，具有可控锁死功能，针对施工、运营不同状态，通过锁死功能，确保不同荷载对钢箱梁段刚度的需求。

3、本发明提出的一种具有初始刚度的弹性阻尼支撑方法及相应设备，结构安全，受力明确，施工难度低，易于应用。

4、本发明提出的一种具有初始刚度的弹性阻尼支撑方法及相应设备研发与使用，为钢箱梁桁架式纵隔板钢管病害的分析和处置提供了一种新选择，并可在类似工程中推广使用，以有效减缓或消除桁架式纵隔板钢管开裂病害，改善钢箱梁整体的受力性能，确保路网交通的安全畅通。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明原结构纵向立面图；

图2为本发明装置纵向立面图；

图3为本发明其中一种弹性支撑阻尼装置的结构示意图；

图4为本发明其中一种弹性支撑阻尼装置的夹板和活塞杆下端的剖面图；

图5-1为本发明更换弹性阻尼支撑后试验仓顶板节点板应力变化量；

图5-2为本发明更换弹性阻尼支撑后试验仓斜腹杆上端应力变化量；

图5-3为本发明更换弹性阻尼支撑后试验仓斜腹杆下端应力变化量；

图5-4为本发明更换弹性阻尼支撑后相邻仓斜腹杆上端应力变化量；

图5-5为本发明更换弹性阻尼支撑后相邻仓斜腹杆下端应力变化量；

图6为本发明另一种弹性支撑阻尼装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、顶板，2、底板，3、节点板，4、横隔板，5、斜腹杆，6、弹性支撑阻尼装置，601、缸筒，602、活塞杆，603、弹性单元，604、外端盖，605、内端盖，606、挡板，607、连接板，608、螺杆，609、螺母套筒，610、夹板，611、紧固螺栓，612、定位板，613、底座板，614、连接耳板，615、加劲板，616、导杆连接板，617、防尘罩，618、压板，619、中间挡板，620、弹性阻尼单元，621、螺杆连接板，622、导杆，623、螺纹杆，624、底座耳板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的技术方案的原理采用能量法描述如下：

正交异性钢桥面板在经受反复车轮荷载等作用时，钢箱梁内斜腹杆局部结构任意时刻的能量方程为：

原结构(仅用斜腹杆)

E₀＝E_v0+E_c0+E_k0+E_h0 (3.1)

弹性阻尼支撑结构(本申请的结构)

E₁＝E_v1+E_c1+E_k1+E_h1+E_d (3.2)

式中：E₀、E₁—荷载作用过程中输入原结构、弹性阻尼支撑结构体系的能量；

E_v0、E_v1—原结构、弹性阻尼支撑结构体系的动能；

E_c0、E_c1—原结构、弹性阻尼支撑结构体系的粘滞阻尼耗能；

E_k0、E_k1—原结构、弹性阻尼支撑结构体系的弹性应变能；

E_h0、E_h1—原结构、弹性阻尼支撑结构体系的滞回耗能；

E_d—弹性阻尼支撑结构体系中阻尼装置耗散或吸收的能量。

在上述能量方程式(3.1)和式(3.2)中，由于E_v0和E_v1、E_k0和E_k1仅使能量转换而不耗散能量，E_c0和E_c1仅占总能量的很小部分(5％左右)，可忽略不计。故式(3.1)和式(3.2)可简化为：

E₀≈E_h0 (3.3)

E₁≈E_h1+E_d (3.4)

即在原斜腹杆结构体系中，主要依靠E_h0耗散输入结构的能量，但因结构在利用其自身弹塑性变形耗散能量的同时，构件本身将遭到损伤甚至破坏，某一结构构件耗能越多，则其破坏程度越严重。而在弹性阻尼支撑结构体系中，阻尼装置或原件在主体结构进入非弹性状态前率先进入耗能工作状态，充分发挥耗能作用，而结构本身需消耗的能量却很少，这意味着结构在车轮荷载等作用下的反应将大大减小，从而有效保护主体结构的安全性，避免或延缓其遭受损伤或破坏。

一般来说，结构的损伤程度D与结构的最大变形Δ_max、滞回耗能(或累积塑性变形)E_h成正比，可以表达为：

D＝f(Δ_max,E_h) (3.5)

在弹性阻尼支撑结构中，由于最大变形Δ_max,1和滞回耗能E_h1较之原结构的最大变形Δ_max,0和滞回耗能E_h0大大减少，因此结构的损伤也大大减少。

阻尼式弹性支撑结构体系中，阻尼装置和支撑构件共同构成耗能部件。在承受较小荷载作用时，由于阻尼装置设计为具有一定的初始刚度，使得该结构仍处于弹性状态，可向主体结构提供足够的刚度，从而保证结构满足正常使用要求；在承受较大荷载作用下时，阻尼装置率先进入耗能状态，产生较大的阻尼，耗散外部荷载输入结构的大部分能量，并迅速衰减结构的动力反应，而主体结构不出现明显的弹塑性变形，从而确保其在承受长期车辆荷载等作用下的安全性和正常使用性能。

如图1至2所示，本发明提供一种钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，包括如下步骤：

步骤一：将原结构的斜腹杆下部切割去除一定长度；

步骤二：根据结构计算和试验实测结果，获得钢箱梁结构应力和位移相关参数，从而确定结构耗能所需弹性支撑阻尼装置的最大阻尼力及最大行程，同时确定结构减振所需弹性支撑阻尼装置弹性单元的刚度和变形量，综合设计弹性支撑阻尼装置的参数，包括阻尼系数C、初始刚度k、弹性单元的刚度和变形量，弹性支撑阻尼装置具有弹性和阻尼；

步骤三：将弹性支撑阻尼装置的弹性单元支撑锁死，再将弹性支撑阻尼装置的上端铰接至原结构的斜腹杆的下端，弹性支撑阻尼装置的下端铰接至底板的节点板上，安装完成后，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态。

本发明提出使用阻尼式弹性支撑代替斜拉桥钢箱梁斜腹杆的探索性方向，旨在探寻一种阻止桁管疲劳开裂的有效办法，改善运营期钢箱梁斜腹杆受力状态和钢箱梁结构的整体受力性能，实现结构安全、使用寿命有效延长的目标，推动桥梁结构养护技术的进步。提出的处置方法亦可兼顾施工期对钢箱梁刚度的需求，为该类桥梁安全施工提供了一种新选择。该发明亦可用于其他类似结构物的病害处置。

在上述技术方案中，如图1所示，原结构中的斜腹杆5上端连接于上方顶板1的节点板3上，斜腹杆5下端连接至底板2的节点板3上，一对斜腹杆5位于横向的一对横隔板4之间，原结构只保留上部分为支撑构件，下部分通过弹性支撑阻尼装置6代替，弹性支撑阻尼装置6与保留的斜腹杆5以及底板2的节点板3分别铰接，如图2所示，将原结构应力传递给弹性支撑阻尼装置6。弹性支撑阻尼装置6保留的一部分斜腹杆5以及弹性单元603或弹性阻尼单元620的初始支撑力使得本申请装置具有初始刚度，由重载交通等荷载引起的原斜腹杆5应力将传递至弹性支撑阻尼装置6并在此耗散。荷载较小时，斜腹杆5整体仍处于刚性连接状态；荷载较大时，弹性支撑阻尼装置6被动地往复相对变形或者产生往复运动的相对速度，从而耗散结构的振动能量，减轻结构的动力反应，以保护主体钢箱梁结构的安全。本发明的阻尼式弹性支撑处置方法中涉及到的弹性支撑阻尼装置，采用端部铰接可很好适应外荷载引起的弯矩(消除弯曲应力)，同时提供一定刚度以约束桥面板变形(顶板1竖向变形或有变形趋势时，弹性支撑压缩缩短或伸长的同时绕轴转动)，使外荷载引起的各种能量分配较为均衡，不至于某种单一形式能量过大导致结构损伤和破坏。

在另一种技术方案中，所述步骤二具体为：

1)通过在钢箱梁原结构的斜腹杆顶端下缘和底端上缘布设应变传感器，同时在原结构的斜腹杆顶端和底端之间布设竖向位移传感器，获得一周的连续监测数据，数据处理时去除温度效应后取均值，钢箱梁斜腹杆设计材料的弹性模量与应变实测值乘积为斜腹杆应力，钢箱梁斜腹杆截面尺寸设计值与斜腹杆应力乘积为日常运营荷载下的斜腹杆内力值；

2)通过切割的方式，切断钢箱梁斜腹杆上部和下部，根据上述步骤1)实测获得斜腹杆切断前后的内力变化量，同时由竖向位移传感器测得斜腹杆切断前后的钢箱梁顶底板相对竖向位移变化量；

3)上述内力变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计荷载基准值，实际设计荷载值不小于该值的1.2倍，上述相对竖向位移变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计行程基准值，实际设计行程值不大于该值的0.5倍，弹性单元的设计刚度值等于荷载设计值/行程设计值；

4)根据行程设计值和荷载设计值得到设计耗能需求，计算得到设计阻尼值，可有多种不同的阻尼形式供选择。

在另一种技术方案中，还包括步骤四：

安装完成，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态后，通过在不同位置安装应变传感器和位移传感器作为监测仪器测试钢箱梁内斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变应力、钢箱梁顶板和底板相对竖向位移、临近位置的顶底板和U肋的应变以及相邻隔仓斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变应力各关键部位在实际荷载作用下的应力、位移值，并与理论值(通过数值模型计算分析得到)、相关规范值(参照疲劳荷载(应力幅及其对应的疲劳寿命)相关的规定限值)进行分析比对，验证弹性支撑阻尼装置安装后是否安全有效缓解结构应力集中现象并改善开裂。

测试具体包括应力测试和位移测试，所述应力测试通过测试桥梁结构在试验荷载作用下应力增量的大小，采取在结构的斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变(应力)、钢箱梁顶板和底板相对竖向位移、临近位置的顶底板和U肋的应变以及相邻隔仓斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变(应力)等关键部位的杆件表面布设应变传感器，利用电测法测量应变量，通过换算得到杆件的应力和主应力；所述位移测试实测在荷载作用下主梁顶板、底板相对位移以及阻尼器两端的相对位移并与理论值对比分析得到结构的局部刚度情况。

上述具体实施例如下：

某桥的主桥为独塔双索面半漂浮体系四孔连续钢箱梁斜拉桥，根据现场实地比选，最终选择梁段类型E，位于斜拉索远离索塔处的三个钢箱梁仓室A、B、C，作为本次试验的监测对象。

原桥斜腹杆结构形式均为加劲圆管，试验仓A通过切割焊接等工序将加劲圆管局部更换为弹性阻尼支撑，相邻仓B和C结构形式保持不变，作为对照。

更换弹性阻尼支撑前，对钢箱梁内各处应力应变数据进行了一定时间的采集，并通过数据处理，获取了钢箱梁各构件的初始状态，以此作为后续试验的基准参考。

在A、B、C三个仓室的斜腹杆及其附近的顶底板、顶底板节点板均按照试验安装传感器，采集相应应力、位移数据。试验仓A的一组斜腹杆，其测点布置区域为：在与纵腹板临近的顶板节点板底部居中布设4个应变测点和1个位移测点，在与纵腹板邻近的底板节点板顶部居中布设2个应变测点，在与顶板相接的节点处加劲节点板布设1个应变测点和1个位移测点，在斜腹杆钢管的加劲节点板端部布设4个应变测点。一组斜腹杆包含11个应变测点和2个位移测点，试验仓A共有2组斜腹杆，即试验仓A共需布设22个应变测点和4个位移测点。选用电阻式和振弦式应变传感器开展短期和中长期应变监测，选用拉绳位移计监测相对位移。

相邻仓B和C的一组斜腹杆，其测点布置区域为：在与纵腹板临近的顶部节点板和底板节点板分别居中布设1个应变测点，在与顶板相接的节点处加劲节点板中心布设1个应变测点，在斜腹杆钢管的加劲节点板端部布设4个应变测点。一组斜腹杆包含7个应变测点，相邻仓B和C共有4组斜腹杆，即相邻仓共需布设28个应变测点。选用电阻式和振弦式应变传感器开展短期和中长期应变监测。

现截取更换弹性阻尼支撑后的某天全天的监测数据，以便对比分析钢箱梁内各点应力水平的变化情况，见图5-1至5-5所示。

由图5-1至5-5可知，钢箱梁内各测点的应力水平总体呈现明显降低趋势，说明钢箱梁斜腹杆更换弹性支撑阻尼装置支撑后，钢箱梁局部的受力性能得到改善，桁架式纵隔板钢管开裂病害得到有效减缓或消除。

在另一种技术方案中，如图3所示，所述弹性支撑阻尼装置6包括：

缸筒601，其内壁间隔设置有外端盖604和内端盖605，所述外端盖604和内端盖605中心具有通孔；

活塞杆602，其恰好从所述通孔中自由穿过，所述活塞杆602上设置有挡板606，所述挡板606位于所述外端盖604和内端盖605之间，所述挡板606紧贴所述缸筒601内壁并设置为沿所述缸筒601上下移动，所述挡板606两侧与所述外端盖604和内端盖605之间均设置有弹性单元603，其套设于所述活塞杆602上。所述弹性单元603为弹簧或碟簧。

在上述技术方案中，如图3所示的方位，为其中一种弹性支撑阻尼装置6结构示意图，左侧为安装后实际使用时的上方，右侧为安装后实际使用时的下方。当桥面荷载较大时，斜腹杆5向下推动活塞杆602向下移动，通过挡板606压缩弹性单元603，而整个弹性支撑阻尼装置6上下端均为铰接，因此可进行一定的竖向伸缩变形。当卸荷完成，在弹性单元603的反弹力作用下又可推动整个活塞杆602向上移动。活塞杆602往复上下移动，通过弹性支撑实现将荷载引起的斜腹杆5应力传递至弹性支撑阻尼装置6并在此耗散。

在另一种技术方案中，如图4所示，所述外端盖604位于所述缸筒601上端面，所述内端盖605位于所述缸筒601内部，所述缸筒601下端密封且所述缸筒601内底面固定有一对夹板610，其相对的面通过紧固螺栓611紧固，所述活塞杆602下端穿入至一对夹板610之间且接触一对夹板610。所述活塞杆602下端外表面为凹凸不平的结构。

在上述技术方案中，活塞杆602上下移动时，与一对夹板610之间具有摩擦，通过将荷载应力转换为摩擦力消散，凹凸不平的结构可增大摩擦力。

在另一种技术方案中，所述活塞杆602上端设置有连接板607，所述缸筒601的上端也向外延伸形成连接板607，两个连接板607之间设置有至少两个临时锁定装置，其包括一对螺杆608和螺母套筒609，一对螺杆608的一端分别固定于两个连接板607上，一对螺杆608的另一端通过螺母套筒609螺纹连接为一体。

在上述技术方案中，为同时兼容施工期的大刚度要求，弹性支撑阻尼装置6包含具有可控锁死功能的构件，为临时锁定装置。施工期锁死，确保满足施工荷载对钢箱梁段刚度的需求；运营期解锁，确保运营期荷载对钢箱梁段刚度的需求。螺母套筒609具有内螺纹，将一对螺杆608通过螺纹连接为一体，当需要解锁时，只需要转动螺母套筒609至其中一个螺杆608上即可，或拆除螺杆608和螺母套筒609。

在另一种技术方案中，所述活塞杆602位于所述缸筒601及连接板607之间的部分套设有防尘罩，用于防止尘土落入至缸筒601内部。

在另一种技术方案中，所述斜腹杆的下端和底板2的节点板3分别与所述弹性支撑阻尼装置6的上端和下端通过关节轴承连接。此为一种具体的铰接实施方式，具体到弹性支撑阻尼装置6上，即可在活塞杆602的连接板607上以及缸筒601的下端均设置带有关节轴承的耳板。

在另一种技术方案中，如图6所示，为另一种弹性支撑阻尼装置6的结构示意图。所述弹性支撑阻尼装置6包括一对连接支座和弹性支撑阻尼器，所述弹性支撑阻尼器两端分别与一对连接支座铰接，一对连接支座分别固定焊接于所述刚性支撑构件的下端以及底板2的节点板3上，所述弹性支撑阻尼器具有初始刚度、弹性和阻尼。

在上述技术方案中，弹性支撑阻尼装置6与原结构不直接铰接，而是通过一对连接支座间接铰接，具有初始刚度、弹性和阻尼的为弹性支撑阻尼器。

在另一种技术方案中，所述连接支座包括定位板612、底座板613和底座耳板624，所述底座板613一侧连接有底座耳板624，另一侧环形设置有多个定位板612，所述底座耳板624上设置有销轴孔，用于通过销轴铰接连接所述弹性支撑阻尼器；

所述弹性支撑阻尼器包括：

一对连接耳板614，其分别与一对连接支座上的底座耳板624通过销轴连接，连接耳板614的预留孔内设置有轴承，销轴设置于轴承内孔，实现转动；所述弹性支撑阻尼器还可以设置为与所述连接支座通过关节轴承铰接的方式；

导杆连接板616，其一侧面中心固定连接至其中一个连接耳板614上，所述导杆连接板616另一侧中心固定连接导杆622，其外侧面中部具有外螺纹，导杆连接板616中心设置有螺栓孔，导杆622与导杆连接板616螺纹连接；所述导杆连接板616外周固定设置有环形防尘罩617，其位于所述压板618、中间挡板619及螺杆连接板621的外周，用于防止尘土落入至弹性支撑阻尼器内部；

螺杆连接板621，其一侧面中心固定连接至另一个连接耳板614上，所述螺杆连接板621另一侧面中心具有内凹的盲孔，所述螺杆连接板621还在盲孔周向一圈均匀间隔设置有多个螺纹盲孔；

压板618，其中心具有通孔，且所述压板618还在其中心周向一圈均匀间隔设置有多个通孔，所述压板618周向的通孔为台阶式，对应的螺纹杆623端部也为台阶式；

中间挡板619，其位于所述压板618和螺杆连接板621之间，所述中间挡板619中心具有贯通的螺纹孔，所述导杆622通过其外螺纹固定穿过中间挡板619的螺纹孔，所述导杆622还依次自由穿过压板618的中心通孔及所述螺杆连接板621的盲孔中，所述中间挡板619还在其中心螺纹孔周向一圈均匀间隔设置有多个通孔，其与压板618周向的多个通孔及螺杆连接板621周向的多个螺纹盲孔一一对应；

螺纹杆623，其为多个且分别一一配合固定于多个螺纹盲孔中，所述螺纹杆623还依次穿过中间挡板619和压板618的通孔；

弹性阻尼单元620，其套设于螺纹杆623外周，所述弹性阻尼单元620在所述中间挡板619两侧与所述压板618和螺杆连接板621之间均设置，所述弹性阻尼单元620为弹簧或组合式碟簧。

在上述技术方案中，连接支座上的定位板612用于与原结构连接时的定位，加劲板615用于增加底座耳板624的结构强度，底座耳板624与弹性支撑阻尼器通过销轴连接实现铰接转动。

如图6所示的方位中，左侧为安装后实际使用时的上方，右侧为安装后实际使用时的下方。当桥面荷载较大时，斜腹杆5向下推动导杆连接板616向下移动，通过导杆622带动中间挡板619压缩弹性阻尼单元620，而弹性支撑阻尼器上下端的连接耳板614均为铰接，因此可进行一定的竖向伸缩变形。当卸荷完成，在弹性阻尼单元620的反弹力作用下又可推动整个中间挡板619及导杆连接板616向上移动。导杆622往复上下移动，通过弹性支撑实现将荷载引起的斜腹杆5应力传递至弹性支撑阻尼装置6并在此耗散。

此结构的锁死是通过人工临时施加外力进行锁紧锁死。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将原结构的斜腹杆下部切割去除一定长度；

步骤二：根据结构计算和试验实测结果，获得钢箱梁斜腹杆结构应力和位移相关参数，从而确定结构耗能所需弹性支撑阻尼装置的最大阻尼力及最大行程，同时确定结构减振所需弹性支撑阻尼装置弹性单元的刚度和变形量，综合设计弹性支撑阻尼装置的参数，弹性支撑阻尼装置具有弹性和阻尼；

步骤三：将弹性支撑阻尼装置的弹性单元支撑锁死，再将弹性支撑阻尼装置的上端铰接至原结构的斜腹杆的下端，弹性支撑阻尼装置的下端铰接至底板的节点板上，安装完成后，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态。

2.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

1)通过在钢箱梁原结构的斜腹杆顶端下缘和底端上缘布设应变传感器，同时在原结构的斜腹杆顶端和底端之间布设竖向位移传感器，获得一周的连续监测数据，数据处理时去除温度效应后取均值，钢箱梁斜腹杆设计材料的弹性模量与应变实测值乘积为斜腹杆应力，钢箱梁斜腹杆截面尺寸设计值与斜腹杆应力乘积为日常运营荷载下的斜腹杆内力值；

2)通过切割的方式，切断钢箱梁斜腹杆上部和下部，根据上述步骤1)实测获得斜腹杆切断前后的内力变化量，同时由竖向位移传感器测得斜腹杆切断前后的钢箱梁顶底板相对竖向位移变化量；

3)上述内力变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计荷载基准值，实际设计荷载值不小于该值的1.2倍，上述相对竖向位移变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计行程基准值，实际设计行程值不大于该值的0.5倍，弹性单元的设计刚度值等于荷载设计值/行程设计值；

4)根据行程设计值和荷载设计值得到设计耗能需求，计算得到设计阻尼值。

3.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，还包括步骤四：

安装完成，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态后，通过在不同位置安装应变传感器和位移传感器作为监测仪器测试钢箱梁内斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变、钢箱梁顶板和底板相对竖向位移、临近位置的顶底板和U肋的应变以及相邻隔仓斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变各关键部位在实际荷载作用下的应力、位移值，并与理论值、相关规范值进行分析比对，验证弹性支撑阻尼装置安装后是否安全有效缓解结构应力集中现象并改善开裂。

4.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述弹性支撑阻尼装置包括：

缸筒，其内壁间隔设置有外端盖和内端盖，所述外端盖和内端盖中心具有通孔；

活塞杆，其恰好从所述通孔中自由穿过，所述活塞杆上设置有挡板，所述挡板位于所述外端盖和内端盖之间，所述挡板紧贴所述缸筒内壁并设置为沿所述缸筒上下移动，所述挡板两侧与所述外端盖和内端盖之间均设置有弹性单元，其套设于所述活塞杆上，所述弹性单元为弹簧或碟簧。

5.如权利要求4所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述外端盖位于所述缸筒上端面，所述内端盖位于所述缸筒内部，所述缸筒下端密封且所述缸筒内底面固定有一对夹板，其相对的面通过紧固螺栓紧固，所述活塞杆下端穿入至一对夹板之间且接触一对夹板，所述活塞杆下端外表面为凹凸不平的结构。

6.如权利要求4所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述活塞杆上端设置有连接板，所述缸筒的上端也向外延伸形成连接板，两个连接板之间设置有至少两个临时锁定装置，其包括一对螺杆和螺母套筒，一对螺杆的一端分别固定于两个连接板上，一对螺杆的另一端通过螺母套筒螺纹连接为一体。

7.如权利要求6所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述活塞杆位于所述缸筒及连接板之间的部分套设有防尘罩。

8.如权利要求4所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述斜腹杆的下端和底板的节点板分别与所述弹性支撑阻尼装置的上端和下端通过关节轴承连接。

9.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述弹性支撑阻尼装置包括一对连接支座和弹性支撑阻尼器，所述弹性支撑阻尼器两端分别与一对连接支座铰接，一对连接支座分别固定焊接于所述刚性支撑构件的下端以及底板的节点板上，所述弹性支撑阻尼器具有初始刚度、弹性和阻尼。

10.如权利要求9所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述连接支座包括定位板、底座板和底座耳板，所述底座板一侧连接有底座耳板，另一侧环形设置有多个定位板，所述底座耳板上设置有销轴孔，用于通过销轴铰接连接所述弹性支撑阻尼器；

所述弹性支撑阻尼器包括：

一对连接耳板，其分别与一对连接支座上的底座耳板通过销轴连接；

导杆连接板，其一侧面中心固定连接至其中一个连接耳板上，所述导杆连接板另一侧中心固定连接导杆，其外侧面中部具有外螺纹；

螺杆连接板，其一侧面中心固定连接至另一个连接耳板上，所述螺杆连接板另一侧面中心具有内凹的盲孔，所述螺杆连接板还在盲孔周向一圈均匀间隔设置有多个螺纹盲孔；

压板，其中心具有通孔，且所述压板还在其中心周向一圈均匀间隔设置有多个通孔；

中间挡板，其位于所述压板和螺杆连接板之间，所述中间挡板中心具有贯通的螺纹孔，所述导杆通过其外螺纹固定穿过中间挡板的螺纹孔，所述导杆还依次自由穿过压板的中心通孔及所述螺杆连接板的盲孔中，所述中间挡板还在其中心螺纹孔周向一圈均匀间隔设置有多个通孔，其与压板周向的多个通孔及螺杆连接板周向的多个螺纹盲孔一一对应；

螺纹杆，其为多个且分别一一配合固定于多个螺纹盲孔中，所述螺纹杆还依次穿过中间挡板和压板的通孔；

弹性阻尼单元，其套设于螺纹杆外周，所述弹性阻尼单元在所述中间挡板两侧与所述压板和螺杆连接板之间均设置。

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