CN208105047U - 一种装配式正交异性钢桥面板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种装配式正交异性钢桥面板结构，该结构包括波折钢板、顶钢板、横隔板和螺栓，其中波折钢板一侧通过螺栓与顶钢板实现栓接，另一侧通过连续满焊与横隔板实现焊接。本实用新型采用波折钢板代替传统的离散加劲U肋，形成的连续加劲肋形式有助于提高结构的整体性、抗弯刚度和抗扭刚度；采用栓接连接代替传统的焊接，不仅有助于提高结构装配化水平，而且可彻底消除顶板‑U肋焊接接头位置的疲劳问题；采用连续满焊代替传统横隔板与U肋交叉部位的不连续焊接，避免了几何不连续引起的应力集中及交叉焊缝，有助于提高焊接质量和焊接效率，改善该部位的疲劳性能。

Description

一种装配式正交异性钢桥面板结构

技术领域

本实用新型涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种装配式正交异性钢桥面板结构。

背景技术

自1950年代问世以来，正交异性钢桥面板(以下简称“钢桥面板”)凭借重量轻、承载能力强、施工速度快的优势，成为国内外大中跨度钢桥广泛采用的桥面结构形式。然而由于钢桥面板直接承受车辆轮荷载的反复作用，且焊接构造及应力状况复杂，同时目前车辆超载现象普遍，导致钢桥面板疲劳问题十分突出。自英国Severn桥(1966年建成通车)于1971年首先发现钢桥面板疲劳裂纹以来，英国、荷兰、日本、巴西等国家均出现了大量的钢桥面板疲劳病害。我国虎门大桥在1997年建成通车后3年，顶钢板便出现严重的纵向疲劳裂缝，然而目前仍没有很好的解决办法。钢桥面板的疲劳问题已成为影响钢桥安全及耐久运营的突出问题之一。

在钢桥面板出现的各种疲劳病害中，对于目前常用的闭口纵肋(主要是U肋)来说，以顶板与U肋连接接头、横隔板与U肋交叉部位的疲劳问题最为突出。其中，顶板与U肋连接接头处的疲劳病害危害最大，易出现如图1所示的C.1至C.4等多种疲劳裂纹。裂纹C.2会导致出现桥面铺装层损坏、U肋内部积水锈蚀等现象，其主要原因包括：(1)顶板受U肋不连续支承，局部弯矩大；(2)顶板与U肋连接处采用单面施焊焊缝，焊缝质量难以保证；(3)单面焊使得连接处接头处于偏心受力状态，引起附加弯曲应力。

对此，目前的主要解决思路是：一是适当地增加顶板或U肋厚度，如顶板厚度由12mm提高到16mm，甚至18mm；二是设法提高顶板与U肋接头处的焊接质量和焊缝熔透深度，如采用自动化多头门式焊机施焊、全熔透焊接技术、镦粗加强U肋端头等；三是设法减小连接处的偏心附加弯矩，如采用U肋双面焊技术。上述措施和技术在一定程度上改善了顶板与U肋连接处的焊接质量及受力状态，但由于存在不可避免的焊接残余应力和焊接缺陷，仍难以彻底消除顶板与U肋连接处的疲劳问题，且会降低施工速度，进一步增加施工、检测及维修成本。

目前，横隔板与U肋交叉部位构造基本采用如下形式：U肋连续穿过横隔板上的切口，并在横隔板上的U肋底部挖出附加弧形切口。该构造的主要优点是易将U肋穿越横隔板切口进行装配，有利于减小横隔板与U肋间的约束及次应力；但其缺点也很明显，附加的弧形切口会导致该部位的焊接不连续，应力集中现象明显，且往往只能手工施焊，焊接质量难以保证，从而易出现多种疲劳裂纹，如图2所示的C.5至C.8。对此，目前通常采用优化横隔板弧形切口形状的方式来加以改善，但研究表明普遍适用的最优横隔板弧形切口形状并不存在，影响因素很多，可靠性较差。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本实用新型的主要目的是提供一种装配式正交异性钢桥面板结构，以解决顶钢板与U肋连接接头的疲劳问题，提高纵肋与横隔板交叉部位的焊接质量和效率，避免交叉焊接，全面提升钢桥面板的疲劳性能。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种装配式正交异性钢桥面板结构，该装配式正交异性钢桥面板结构包括波折钢板1、顶钢板2、横隔板3和螺栓4，其中所述波折钢板1一侧通过螺栓4与顶钢板2实现栓接，另一侧通过连续满焊与横隔板3实现焊接。

上述方案中，所述波折钢板1的厚度为6～10mm，高度为260mm～360mm，由平钢板辊压而成，包括平直段5和波折段6，平直段5上加工有螺栓孔，且与顶钢板2栓接一侧的表面经过喷砂或喷丸处理；波折段6断面形式为开口U型、开口梯形、开口三角形或开口方形，间距500～700mm。

上述方案中，所述顶钢板2的厚度为12～30mm，板上加工有螺栓孔，与波折钢板1栓接一侧的顶钢板2表面经过喷砂或喷丸处理，另一侧表面经过喷砂除锈处理，并在螺栓4紧固后，整体涂刷环氧富锌漆防腐层和两层1～2mm厚反应性环氧树脂防水层。

上述方案中，所述波折钢板1和顶钢板2的螺栓孔沿纵桥向每隔100～300mm设置1排、每排1个，相邻两排错列布置。

上述方案中，所述横隔板3板厚为8～16mm，板上加工有多个连续的波折切口7，横隔板3沿纵桥向的装配间隔为2000～4000mm。

上述方案中，所述连续的波折切口7与波折钢板1的外沿形状及尺寸相同，无附加弧形切口，切口边缘加工有焊接坡口，通过连续满焊与波折钢板1实现焊接装配，无交叉焊缝。

上述方案中，所述螺栓4为高强摩擦型螺栓，包括带有螺帽的高强度螺杆8、锁紧螺母9、不锈钢垫圈10和防水胶垫11。

上述方案中，所述防水胶垫11安装在不锈钢垫圈10与顶钢板2之间。

上述方案中，所述螺帽为外六角形、外四角形或外三角形，且高出顶钢板2并深入铺装层结构20～50mm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的这种装配式正交异性钢桥面板结构，以栓接代替存在突出疲劳问题的焊接，以连续的波折钢板代替离散的加劲U肋，以连续满焊代替横隔板与U肋交叉部位的不连续焊接，从源头上来彻底解决了顶钢板与U肋连接接头的疲劳问题，提高了纵肋与横隔板交叉部位的焊接质量和效率，避免了交叉焊接，全面提升了钢桥面板的疲劳性能；同时，便于装配化施工与后期维修，从而降低工程全寿命期成本。

2、本实用新型提供的这种装配式正交异性钢桥面板结构，采用波折钢板代替传统的离散加劲U肋，形成的连续加劲肋形式有助于提高结构的整体性、抗弯刚度和抗扭刚度。

3、本实用新型提供的这种装配式正交异性钢桥面板结构，采用连续满焊代替传统横隔板与U肋交叉部位的不连续焊接，避免了几何不连续引起的应力集中及交叉焊缝，有助于提高焊接质量和焊接效率，改善该部位的疲劳性能。

4、本实用新型提供的这种装配式正交异性钢桥面板结构，采用栓接连接代替传统的焊接，不仅有助于提高结构装配化水平，而且可彻底消除顶板-U肋焊接接头位置的疲劳问题，降低工程全寿命期成本。

由此可见，本实用新型提出的装配式正交异性钢桥面板结构，具有结构整体性好、疲劳性能优、工程成本低等优势，经济和实用效益显著。

附图说明

图1是现有技术中顶板与U肋连接接头疲劳裂纹类型的示意图；

图2是现有技术中纵肋与横隔板交叉部位疲劳裂纹类型的示意图；

图3是依照本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构的示意图；

图4是依照本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构的剖面图；

图5是依照本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构中波折钢板的结构示意图；

图6是依照本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构中横隔板的结构示意图；

图7是依照本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构中螺栓细部构造的示意图；

图8是依照本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构中纵横桥向装配延拓过程的示意图；

图9是采用本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构所形成的桥梁钢箱梁结构横断面的示意图。

附图标记说明：

1为波折钢板，2为顶钢板，3为横隔板，4为螺栓，5为波折钢板平直段，6为波折钢板波折段，7为横隔板连续波折开孔，8为带有螺帽的高强螺杆，9为锁紧螺母，10为不锈钢垫圈，11为防水胶垫，12为桥面铺装层结构，13为顶钢板横桥向装配延拓位置，14为波折钢板横桥向装配延拓位置，15为顶钢板纵桥向装配延拓位置，16为波折钢板纵桥向装配延拓位置，17为横隔板连续波折焊接坡口，18为本实用新型的装配式正交异性钢桥面板结构

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图3和图4所示，本实用新型提供的这种装配式正交异性钢桥面板结构，包括波折钢板1、顶钢板2、横隔板3和螺栓4，其中波折钢板1、顶钢板2和横隔板3均采用Q345、Q390等低合金高强度结构钢，其技术指标符合《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-2008)的要求，钢板质量等级为D级。螺栓4为10.9级高强摩擦型螺栓，规格为M22×430，符合《钢结构设计规范》(GB50017-2014)的有关要求。在图3和图4中，顶钢板2之上还具有桥面铺装层结构12，桥面铺装层结构12符合《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)等的有关要求。波折钢板1采用平钢板辊压而成，顶钢板2和横隔板3采用钢板机床加工成形，螺栓4采用专用机床加工而成。

如图5所示，图5是依照本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构中波折钢板的结构示意图。波折钢板1的板厚为6～10mm，高度为260mm～360mm，系经过平钢板辊压而成，波折钢板1包括平直段5和波折段6，平直段5长度为150～250mm，波折段6开口宽度为260mm～360mm，平直段5上通过钻孔器等加工有螺栓孔，且与顶钢板2栓接一侧的表面经过喷砂或喷丸处理；平直段5上的各螺栓孔沿纵桥向每隔100～300mm设置1排、每排1个，相邻两排错列布置，减小螺栓孔对截面的削弱作用，同时节省施工时间。波折段6断面形式可为开口U型、开口梯形、开口三角形、开口方形等，间距500～700mm。

在本实用新型实施例中，波折钢板1的板厚为8mm，平直段5宽为115mm，与波折段6的过渡圆弧半径为44mm；波折段6断面形式为开口U型，高为280mm，宽为360mm，波折段6内底部平直段宽为94mm，过渡圆弧半径为44mm。平直段5上各螺栓孔沿纵桥向每隔150mm设置1排、每排1个，相邻两排错列布置，错列横桥向间距为60mm，同时，对波折钢板1与顶钢板2栓接一侧的表面进行喷砂或喷丸处理，以在波折钢板1与顶钢板2栓接一侧的表面产生压应力而提高其疲劳强度和抗应力腐蚀能力。

如图3和图4所示，顶钢板2的厚度为12～30mm，顶钢板2上与波折钢板1栓接一侧的顶钢板2表面经过喷砂或喷丸处理，另一侧表面经过喷砂除锈处理，并在螺栓4紧固后，整体涂刷环氧富锌漆等防腐层和两层1～2mm厚反应性环氧树脂防水层。顶钢板2上通过钻孔器加工有螺栓孔，各螺栓孔沿纵桥向每隔100～300mm设置1排、每排1个，相邻两排错列布置，减小螺栓孔对截面的削弱作用，同时节省施工时间。

在本实用新型实施例中，顶钢板2厚度为16mm，顶钢板2上的各螺栓孔沿纵桥向每隔150mm设置1排、每排1个，相邻两排错列布置，错列横桥向间距为60mm，每排列间距475mm。同时，对顶钢板2与波折钢板1栓接一侧的表面进行喷砂或喷丸处理，以在顶钢板2与波折钢板1栓接一侧的表面产生压应力而提高其疲劳强度和抗应力腐蚀能力；对顶钢板2的另一侧表面进行喷砂除锈处理。

如图6所示，横隔板3的厚度为8～16mm，板上加工有多个连续的波折切口7，各波折切口7沿纵桥向的装配间隔为2000～4000mm，各波折切口7与波折钢板1外沿形状及尺寸相同，并在开孔边缘设置有焊接坡口，用于实现与波折钢板的连续满焊连接，无交叉焊缝。在本实用新型实施例中，横隔板3板厚为10mm，通过等离子切割机加工有与波折钢板1外沿形状及尺寸相同的多个连续的波折开孔7，且在横隔板3上波折段7断面底部无附加弧形切口，并在连续波折开孔7的边缘设置有焊接坡口，可通过连续满焊与波折钢板1实现焊接装配，无交叉焊缝。

如图7所示，螺栓4为高强摩擦型螺栓，强度等级在10.9级以上，规格为M20～M36，包含带有M22螺帽的高强度螺杆8、M22锁紧螺母9、不锈钢垫圈10和防水胶垫11。防水胶垫11由耐老化、耐磨的氯丁橡胶制成，安装在不锈钢垫圈10与顶钢板2之间，用以避免铺装层中的水分进入螺栓孔，延长螺栓4的使用耐久性。螺栓4在铺装层内的螺帽可为外多边形结构，例如外六角形、四角形、三角形等，且高出顶钢板2并深入铺装层结构20～50mm，一方面可提高铺装层结构12与顶钢板2之间的抗滑移强度，另一方面铺装层结构12也可增强螺栓4本身的抗松动能力。在螺栓紧固后，对带有螺帽的顶钢板一侧整体涂刷环氧富锌漆等防腐层和两层1～2mm厚反应性环氧胶防水层。在本实用新型实施例中，螺栓4紧固预拉力控制在190kN，螺帽为外六角形，高出顶钢板2并深入铺装层结构30mm。

以上结合图3至图7对本实用新型提供的装配式正交异性钢桥面板结构及其各组成部分进行了详细说明，在具体装配时，系将多块顶钢板2沿横桥向和纵桥向依次装配，并将多块波折钢板1沿横桥向和纵桥向依次装配。

为了提高本实用新型提供的装配式正交异性钢桥面板结构的稳定性及牢固度，将多块波折钢板1之间的结合部与多块顶钢板2之间的结合部相互错开，如图8所示，波折钢板1的横桥向装配延拓位置14与顶钢板2横桥向装配延拓位置13相距475mm以上，波折钢板1的纵桥向装配延拓位置16与顶钢板2纵桥向装配延拓位置15相距600mm以上，横隔板3沿波折钢板1纵桥向的焊接间距为3000mm，焊后保证焊缝外观成型良好，焊面光滑均匀，并错开螺栓孔位置50mm以上，最终可装配形成一种采用本实用新型实施例的装配式正交异性钢桥面板结构18所形成的桥梁钢箱梁结构，该桥梁钢箱梁结构的横断面图如图9所示。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，该装配式正交异性钢桥面板结构包括波折钢板(1)、顶钢板(2)、横隔板(3)和螺栓(4)，其中所述波折钢板(1)一侧通过螺栓(4)与顶钢板(2)实现栓接，另一侧通过连续满焊与横隔板(3)实现焊接；

所述波折钢板(1)与所述顶钢板(2)栓接一侧的波折钢板(1)表面经过喷砂或喷丸处理，所述顶钢板(2)与波折钢板(1)栓接一侧的顶钢板(2)表面经过喷砂或喷丸处理，顶钢板(2)另一侧表面经过喷砂除锈处理，并在螺栓(4)紧固后，整体涂刷环氧富锌漆防腐层和两层反应性环氧树脂防水层；

所述波折钢板(1)与所述顶钢板(2)栓接的螺栓(4)错列布置，安装有不锈钢垫圈(10)和防水胶垫(11)，且高出顶钢板(2)并深入铺装层结构。

2.根据权利要求1所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述波折钢板(1)的厚度为6～10mm，高度为260mm～360mm，由平钢板辊压而成，包括平直段(5)和波折段(6)，平直段(5)上加工有螺栓孔，且与顶钢板(2)栓接一侧的表面经过喷砂或喷丸处理；波折段(6)断面形式为开口U型、开口梯形、开口三角形或开口方形，间距500～700mm。

3.根据权利要求1所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述顶钢板(2)的厚度为12～30mm，板上加工有螺栓孔，在螺栓(4)紧固后整体涂刷的两层反应性环氧树脂防水层的厚度为1～2mm。

4.根据权利要求2或3所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述波折钢板(1)和顶钢板(2)的螺栓孔沿纵桥向每隔100～300mm设置1排、每排1个，相邻两排错列布置。

5.根据权利要求1所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述横隔板(3)板厚为8～16mm，板上加工有多个连续的波折切口(7)，横隔板(3)沿纵桥向的装配间隔为2000～4000mm。

6.根据权利要求5所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述连续的波折切口(7)与波折钢板(1)的外沿形状及尺寸相同，无附加弧形切口，切口边缘加工有焊接坡口，通过连续满焊与波折钢板(1)实现焊接装配，无交叉焊缝。

7.根据权利要求1所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述螺栓(4)为高强摩擦型螺栓，包括带有螺帽的高强度螺杆(8)、锁紧螺母(9)、不锈钢垫圈(10)和防水胶垫(11)。

8.根据权利要求7所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述防水胶垫(11)安装在不锈钢垫圈(10)与顶钢板(2)之间。

9.根据权利要求7所述的装配式正交异性钢桥面板结构，其特征在于，所述螺帽为外六角形、外四角形或外三角形，且高出顶钢板(2)并深入铺装层结构20～50mm。