CN114032764B - 用于u肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构及其施工方法 - Google Patents

用于u肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构及其施工方法，钢条补强结构包括内钢条、外钢条、螺纹套筒以及高强螺栓。其中，螺纹套筒焊接在内钢条上，并通过U肋开孔放入内部；内钢条焊接螺纹套筒后的总厚度和宽度均小于U肋开孔直径；螺纹套筒伸出U肋开孔且外径与U肋开孔边缘相切；外钢条在相应位置开设预留孔，与内钢条叠加时通过预留孔穿入螺纹套筒；外钢条上、下两侧对称设有4个托梁，用于填补螺纹套筒伸出U肋钢板开孔后留有的空隙，托住内钢条；高强螺栓配合螺纹套筒紧固内、外钢条和U肋连接。本发明简化了施工过程，可阻止和延缓U肋对接焊缝处疲劳裂纹进一步扩展，起到局部加固的作用。

Description

用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构及其施工 方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，尤其是涉及一种用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构及其施工方法。
背景技术
正交异性钢桥面板是由桥面板和纵横向加劲肋组成，以其自重轻、强度大的特点成为大跨度桥梁中的主要桥面形式。桥面板常采用闭口U形纵肋，并且大量使用焊缝连接，在局部车轮荷载反复作用下，U肋对接焊缝等构造细节受力情况复杂，易发生疲劳开裂。
对于U肋对接焊缝处的裂纹，钢板补强是一种较为简单和快速的修复方法，即在开裂区域上用同材质同厚度钢板进行覆盖，然后用螺栓连接等方式将新添加的覆盖钢板连接到结构上，为保证维修质量，通常采用双面补强。受到操作空间的限制，通常需要在U肋底缘位置通过开设手孔的方式实现钢板与U肋的高强螺栓连接，但开设手孔可能会引入新的疲劳易损细节。
发明内容
发明目的：为克服背景技术的不足，本发明公开了一种用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构及其施工方法，该方法不需要在U肋底缘位置通过开设手孔来安装补强钢条。
技术方案：
一种用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构，包括：内钢条、外钢条、螺纹套筒以及高强螺栓；其中：
内钢条设置于U肋腹板的内侧，外钢条设置于U肋腹板的外侧；
所述内钢条与U肋腹板的内表面相邻的板面，设置有一个以上的螺纹套筒；
所述的U肋腹板，与各螺纹套筒对应的位置处，设置有U肋开孔；
所述外钢条，与各螺纹套筒对应的位置处，设置有外钢条预留孔；
高强螺栓的数量与螺纹套筒的数量匹配；各高强螺栓依次穿过外钢条预留孔、U肋开孔后，与相应的螺纹套筒螺纹连接紧固。
优选地，所述内钢条两侧各对称焊接一对螺纹套筒，每一对螺纹套筒均通过同一个U肋开孔插入U肋腹板中。
优选地，内钢条、外钢条均呈矩形设置；所述的U肋开孔包括两个，均呈腰形设置；各腰形U肋开孔的长轴方向与外钢条的宽度方向一致；
每一个腰形U肋开孔中均穿过两个螺纹套筒，且每一个腰形U肋开孔中的两个螺纹套筒的外侧圆面，均与相应腰形U肋开孔的短轴两端相触。
优选地，所述外钢条的各角部位置处均设有1个托梁；
外钢条处于宽度方向的两个托梁穿过其中一个U肋开孔设置，外钢条处于宽度方向的余下的两个托梁则穿过另一个U肋开孔设置；
穿过每一个U肋开孔中的两个托梁，分别与相应U肋开孔的长轴端部触接。
优选地，所述螺纹套筒的高度小于U肋腹板以及外钢条叠加的总厚度。
优选地，所述螺纹套筒的厚度小于U肋开孔直径。
优选地，所述内钢条嵌套在4个托梁之间。
优选地，所述托梁的外侧型面，与U肋开孔的内壁面形状匹配。
优选地，所述螺纹套筒通过焊接方式固定在内钢条的内侧板面。
本发明的另一个技术目的是提供一种上述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，包括如下步骤：
（a）预制补强钢条：结合螺纹套筒型号、在内钢条上的焊接位置和U肋腹板上的U肋开孔直径，确定补强钢条尺寸；根据待修复疲劳裂纹的轨迹及长度，确定适合的钢条补强结构的个数，预制内、外钢条；
（b）内钢条焊接螺纹套筒：内钢条表面划线定位，沿螺纹套筒倒角施焊，将螺纹套筒焊接在内钢条上，形成内钢条-套筒组合；
（c）外钢条钻孔：依据内钢条-套筒组合上螺纹套筒的焊接位置和螺纹套筒尺寸，在外钢条上设置外钢条预留孔；
（d）U肋腹板钻孔：在U肋腹板上设置腰形U肋开孔；U肋开孔在短轴方向的内径D1=相邻一对螺纹套筒中心距+螺纹套筒外径+1-2mm；U肋腹板的U肋开孔在长轴方向的内径D2与外钢条上处于宽度方向的一组托梁外侧边缘之间的间距匹配；
（e）U肋腹板内部放入内钢条-套筒组合：先将L型钢筋临时把手拧入内钢条处于最外侧的螺纹套筒中，而后通过U肋开孔将内钢条-套筒组合放入U肋腹板的内侧，然后通过临时把手调整内钢条-套筒组合位置，使内钢条-套筒组合的各螺纹套筒均从开孔中伸出，然后卸下临时把手；
（f）叠加外钢条：将外钢条叠加在U肋腹板外部并与内钢条-套筒组合所在位置对应，促使螺纹套筒穿入外钢条预留孔，各托梁均嵌入U肋开孔与相应螺纹套筒之间的空隙，以托住内钢条。
（g）紧固补强钢条：高强螺栓拧入螺纹套筒，分初拧和终拧，以对内、外钢条和U肋腹板进行紧固连接。
有益效果：考虑到加固操作空间的限制，本维修方法不需要通过在U肋底缘位置开设手孔的方式实现冷连接件补强，简化了施工过程，降低了截面削弱作用。
套筒外径与U肋开孔边缘相切，通过套筒与高强螺栓的抗剪承载力和内外钢条紧固连接产生的摩擦力抵抗垂直于裂纹方向的张拉力，阻止和延缓U肋对接焊缝处疲劳裂纹进一步扩展，起到局部加固的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明内钢条焊接螺纹套筒示意图；
图3是本发明外钢条示意图；
图4是本发明U肋叠加外钢条示意图；
图5是本发明临时把手连接套筒示意图；
图6是本发明高强螺栓紧固钢条剖面示意图；
附图中：1、U肋腹板；101、U肋开孔；2、内钢条；3、螺纹套筒；4、外钢条；401、托梁；402、外钢条预留孔；5、高强螺栓；6、L型临时把手。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1-6所示，钢条补强结构包括U肋腹板1、内钢条2、外钢条3、螺纹套筒4及高强螺栓5。
如图1、2和图6所示，螺纹套筒3高度略小于U肋1和外钢条4叠加总厚度。内钢条2呈矩形设置，其处于长度方向的两侧各焊接有一对螺纹套筒3，以形成内钢条-套筒组合。内钢条-套筒组合的总厚度以及宽度均小于U肋开孔101直径，且内钢条-套筒组合中，处于最外侧的螺纹套筒3距离内钢条2短边端距不宜过长，所述内钢条2的角部宜做倒角处理，让其能顺利通过U肋开孔101，放入U肋腹板1内侧。
如图6所示，螺纹套筒3伸出U肋开孔101，且外径与U肋开孔101边缘相切。
如图3和图4所示，外钢条4在与内钢条上的各螺纹套筒对应位置处，均开设外钢条预留孔402，用于与内钢条2叠加时穿入螺纹套筒3。外钢条4上下两侧对称设有4个托梁401，用于填补螺纹套筒3伸出U肋开孔101后留有的空隙，托住内钢条2。托梁401上部为与U肋开孔101共圆心，设置成同半径的弧形。
如图6所示，高强螺栓5的螺纹须适应螺纹套筒3的螺纹，通过拧入螺纹套筒3，以实现内钢条2、外钢条4与U肋腹板1的紧固。
本发明的钢条补强结构的施工方法，包括以下步骤：
(a)确定补强钢条的个数及尺寸，预制补强钢条；
内钢条2与外钢条3尺寸相同（不包括托梁401），并均为矩形设置，结合螺纹套筒3型号、在内钢条2上的焊接位置和U肋开孔101的直径，来确定内钢条2与外钢条3尺寸。两内侧螺纹套筒3的中心距离宜取11-12倍螺纹套筒外径，内钢条2的宽度不宜过大,外侧螺纹套筒3的中心至内钢条2的短边端距不宜过大。考虑到常见U肋腹板1厚度，实际内钢条2的厚度可取15mm。根据裂纹轨迹及长度，确定适合的内、外钢条个数。
(b)内钢条焊接螺纹套筒；
内钢条2表面划线定位，沿着螺纹套筒3倒角进行施焊一周，焊接完毕后检查焊缝外观质量。
(c)外钢条钻预留孔；
如图4，依据内钢条2焊接螺纹套筒3的位置，在相同数量的外钢条4上对应开设外钢条预留孔402，外钢条预留孔402的孔径d=套筒外径Φ+1~2mm。
(d) U肋钢板钻孔；
在U肋腹板上设置腰形U肋开孔；U肋开孔在短轴方向的内径D1=相邻一对螺纹套筒中心距+螺纹套筒外径+1-2mm；U肋腹板的U肋开孔在长轴方向的内径D2与外钢条上处于宽度方向的一组托梁外侧边缘之间的间距匹配。
(e) U肋内部放入内钢条-套筒组合:
如图5，将一个L型并带有与螺纹套筒3的螺纹相匹配丝头的钢筋作为临时把手6拧入内钢条-套筒组合的处于最外侧的螺纹套筒中，将内钢条-套筒组合从U肋开孔101放入到U肋腹板1内部。通过临时把手6调整内钢条-套筒组合的位置，使螺纹套筒3从U肋开孔101中伸出。卸下临时把手6，并用强磁片从U肋腹板1外侧吸住内钢条-套筒组合，防止内钢条-套筒组合掉落至U肋腹板1内。
(f)外部叠加开孔钢条；
图4所示，将外钢条4叠加在U肋腹板1外部与内钢条-套筒组合对应的位置，螺纹套筒3穿入外钢条预留孔402，托梁401嵌入U肋开孔101与相应螺纹套筒3之间的空隙，以托住内钢条2，使得内钢条2嵌在四个托梁401围合形成的空间内。强磁片将内钢条2与外钢条4吸附在U肋腹板1内外表面，使内钢条2、外钢条4与U肋钢板较好叠合。
(g)高强螺栓拧紧补强钢条。
初拧：将与螺纹套筒3螺纹相匹配的高强螺栓5稍稍拧入螺纹套筒3中，移除强磁片；
终拧：继续拧紧高强螺栓5。
高强螺栓5的紧固分为两次，初拧紧固到螺栓标准轴力即设计预拉力的60%～80%，初拧的扭矩值不得小于终拧扭矩值的30%。第二次紧固为终拧。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，其特征在于，用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构包括：内钢条、外钢条、螺纹套筒以及高强螺栓；其中：
内钢条设置于U肋腹板的内侧，外钢条设置于U肋腹板的外侧；
所述内钢条与U肋腹板的内表面相邻的板面，设置有一个以上的螺纹套筒；
所述的U肋腹板，与各螺纹套筒对应的位置处，设置有U肋开孔；
所述外钢条，与各螺纹套筒对应的位置处，设置有外钢条预留孔；
高强螺栓的数量与螺纹套筒的数量匹配；各高强螺栓依次穿过外钢条预留孔、U肋开孔后，与相应的螺纹套筒螺纹连接紧固；
用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法包括如下步骤：
（a）预制补强钢条：结合螺纹套筒型号、在内钢条上的焊接位置和U肋腹板上的U肋开孔直径，确定补强钢条尺寸；根据待修复疲劳裂纹的轨迹及长度，确定适合的钢条补强结构的个数，预制内、外钢条；
（b）内钢条焊接螺纹套筒：内钢条表面划线定位，沿螺纹套筒倒角施焊，将螺纹套筒焊接在内钢条上，形成内钢条-套筒组合；
（c）外钢条钻孔：依据内钢条-套筒组合上螺纹套筒的焊接位置和螺纹套筒尺寸，在外钢条上设置外钢条预留孔；
（d）U肋腹板钻孔：在U肋腹板上设置腰形U肋开孔；U肋开孔在短轴方向的内径D1=相邻一对螺纹套筒中心距+螺纹套筒外径+1-2mm；U肋腹板的U肋开孔在长轴方向的内径D2与外钢条上处于宽度方向的一组托梁外侧边缘之间的间距匹配；
（e）U肋腹板内部放入内钢条-套筒组合：先将L型钢筋临时把手拧入内钢条处于最外侧的螺纹套筒中，而后通过U肋开孔将内钢条-套筒组合放入U肋腹板的内侧，然后通过临时把手调整内钢条-套筒组合位置，使内钢条-套筒组合的各螺纹套筒均从开孔中伸出，然后卸下临时把手；
（f）叠加外钢条：将外钢条叠加在U肋腹板外部并与内钢条-套筒组合所在位置对应，促使螺纹套筒穿入外钢条预留孔，各托梁均嵌入U肋开孔与相应螺纹套筒之间的空隙，以托住内钢条；
（g）紧固补强钢条：高强螺栓拧入螺纹套筒，分初拧和终拧，以对内、外钢条和U肋腹板进行紧固连接。
2.如权利要求1所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，其特征在于：所述内钢条两侧各对称焊接一对螺纹套筒，每一对螺纹套筒均通过同一个U肋开孔插入U肋腹板中。
3.如权利要求2所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，其特征在于：内钢条、外钢条均呈矩形设置；所述的U肋开孔包括两个，均呈腰形设置；各腰形U肋开孔的长轴方向与外钢条的宽度方向一致；
每一个腰形U肋开孔中均穿过两个螺纹套筒，且每一个腰形U肋开孔中的两个螺纹套筒的外侧圆面，均与相应腰形U肋开孔的短轴两端相触。
4.如权利要求2所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，其特征在于：所述外钢条的各角部位置处均设有1个托梁；
外钢条处于宽度方向的两个托梁穿过其中一个U肋开孔设置，外钢条处于宽度方向的余下的两个托梁则穿过另一个U肋开孔设置，
穿过每一个U肋开孔中的两个托梁，分别与相应U肋开孔的长轴端部触接。
5.如权利要求4所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，其特征在于：所述螺纹套筒的高度小于U肋腹板以及外钢条叠加的总厚度。
6.如权利要求5所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，其特征在于：所述螺纹套筒的厚度小于U肋开孔直径。
7.如权利要求6所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法，其特征在于：所述内钢条嵌套在4个托梁之间。
8.如权利要求7所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法：所述托梁的外侧型面，与U肋开孔的内壁面形状匹配。
9.如权利要求5所述的用于U肋对接焊缝疲劳裂纹修复的钢条补强结构的施工方法：所述螺纹套筒通过焊接方式固定在内钢条的内侧板面。
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