基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，属于桥梁工程【技术领域】，其是将钢板梁腹板、加劲肋与翼缘板的腹板间隙采用角钢进行加固，角钢的一肢与加劲肋通过高强螺栓连接，另一肢与翼缘板通过高强螺栓或螺钉连接；其可以有效改善腹板间隙的受力性能，抑制面外变形疲劳裂纹的萌生和扩展，具有施工方便、操作简单、成本低廉、性能优良的特点；此外本发明采用角钢结合螺钉的连接方式不仅可以在加固时不用移除混凝土桥面板，不阻碍交通，而且可以提高连接的安全性和耐久性，防止角钢意外坠落，避免安全事故的发生。
【专利说明】基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造
【技术领域】
[0001] 本发明属于桥梁工程【技术领域】，具体涉及一种基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳 加固构造。
【背景技术】
[0002] 钢桥的疲劳问题严重影响着桥梁的使用寿命，研究表明钢桥中大约90%的疲劳开 裂问题均是由于疲劳敏感细节处的面外变形或者二次应力引起的。钢桥设计中，各主梁之 间的横向连接系是通过横撑与主梁腹板焊接的坚向加劲肋的连接来实现的，为了避免坚向 加劲肋和主梁受拉翼缘之间的焊接细节发生疲劳失效，通常在坚向加劲肋与主梁受拉翼缘 之间留有几十毫米的腹板间隙。实际运营时，在车辆荷载作用下各钢主梁之间会产生挠度 差，从而使刚度较小的腹板间隙处会发生面外弯曲变形，引起焊接细节处较大的二次应力， 导致疲劳裂纹在此处萌生和扩展，减少桥梁的使用寿命，甚至威胁到桥梁的安全。因此，必 须采取措施进行加固。传统的阻止钢桥中疲劳裂纹继续扩展的技术措施，是在裂纹尖端设 置止裂孔，但止裂孔不能有效阻止面外变形疲劳裂纹的进一步扩展，并且还会削弱腹板的 刚度。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于克服以往钢板梁桥面外变形加固技术会削弱原 结构刚度的问题，提供一种结构合理、构造简单、受力性能优越、施工便捷的面外变形疲劳 加固构造。
[0004] 解决上述技术问题所采用的技术方案是：将钢板梁腹板、加劲肋与翼缘板的腹板 间隙采用角钢进行加固，角钢的一肢与加劲肋通过高强螺栓连接，另一肢与翼缘板通过高 强螺栓或螺钉连接。
[0005] 上述角钢为单角钢或者T型角钢或者双角钢。
[0006] 上述单角钢和双角钢均为等肢角钢。
[0007] 本发明所提供的一种基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其是利用螺栓 将角钢的两肢分别与加劲肋和翼缘板栓接连接，角钢与翼缘板之间还可以用螺钉代替高强 螺栓来固定，从而可以有效改善腹板间隙的受力性能，有效抑制面外变形疲劳裂纹的萌生 和扩展，具有施工方便、操作简单、成本低廉、性能优良的特点，此外本发明采用角钢结合螺 钉的连接方式，不仅可以在加固时不用移除混凝土桥面板，不阻碍交通，而且可以提高连接 的安全性和耐久性，防止角钢意外坠落，避免安全事故的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为实施例1中用单角钢栓接加固的连接示意图。
[0009] 图2为图1中单角钢的结构示意图。
[0010] 图3为实施例2中用双角钢栓接加固的连接示意图。
[0011] 图4为实施例3中用T型角钢栓接加固的连接示意图。
[0012] 图5为实施例4中用高强螺栓和螺钉固定单角钢的加固结构示意图。
[0013] 图6为实施例4中用高强螺栓和螺钉固定双角钢的加固结构示意图。
[0014] 图7为实施例4中用高强螺栓和螺钉固定Τ型角钢的加固结构示意图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施 情形。
[0016] 实施例1
[0017] 本实施例选用的加固试件是由翼缘板4、加劲肋2与腹板1焊接成的工字形钢梁。 翼缘板4是长度为600mm、宽度为300mm、厚度为24mm的矩形钢板；腹板1是长度为600mm、 高度为870mm、厚度为8mm的矩形钢板；加劲肋2是长度为120mm、高度为790mm、厚度为6mm 的矩形钢板；在腹板间隙处的翼缘板4和加劲肋2之间用高强螺栓栓接加固角钢3,角钢的 侧端与腹板1留有l〇mm的距离，参见图1?2,本实施例的角钢3选用等肢单角钢，该单角 钢选用L140mmX 140mm X 14mm的标准型角钢。
[0018] 加固前，先对试件进行栓接角钢3加固的准备工作，包括对单角钢和加劲肋2、单 角钢和翼缘板4的接合面进行打毛处理，以增加接合面的摩阻力；在试件以及角钢3的设计 位置加工螺栓孔；使用扭矩扳手，依据相关规范的要求，将高强螺栓逐级紧固至预紧力，完 成加固。
[0019] 实施例2
[0020] 上述实施例1中的单角钢用规格为L140mmX140mmX14mm的双角钢替换，如图3 所示，其他的部件及其连接关系与实施例1相同。
[0021] 加固方法与实施例1相同。
[0022] 实施例3
[0023] 上述实施例1中的单角钢用规格为280mmX 140mmX 14mmX 14mm的T型角钢替换， 如图4所示，其他的部件及其连接关系与实施例1相同。
[0024]力口固方法与实施例1相同。
[0025] 实施例4
[0026] 在上述实施例1?3中，所述角钢3与翼缘板4连接的一肢可以用螺钉来固定，即 可用螺钉取代高强螺栓来固定，如图5?7所示，螺钉攻丝无需穿透翼缘板4,省去螺栓开孔 的步骤，而且在实桥中可以不用移除混凝土桥面板，不阻碍交通。其他的部件及其连接关系 与相应实施例相同。
[0027] 上述实施例中的角钢和高强螺栓的规格可以根据实际使用情况进行调整，不限于 上述实施例的使用规格，以加固翼缘板4与加劲肋2、腹板1之间的腹板间隙为目的。
[0028] 为了测试加固效果，进行了加固效果评定试验。预先在工字形钢梁试件上预制了 疲劳裂纹，采用栓接角钢3的方法进行加固，对加固后的试件进行了试验。试验情况如下：
[0029] -、测试仪器
[0030] MTS伺服液压控制系统；日本产TDS - 602静态电阻应变仪；浙江省温岭市科特电 子仪器厂生产的WBD型机电百分表。
[0031] 二、加固效果试验
[0032] 1、试件设计参数
[0033] 试件钢材采用Q345钢，弹性模量为2. 06X 105MPa。本实验所加固的具有40mm腹 板间隙的试件与加固角钢的规格与实施例1相同，具有20mmm间隙的试件除加劲肋3是长 为120_、高度为830_、厚度为6_的矩形钢板外，其余部件与加固角钢的方法与实施例1 相同，两加载点间距为440mm。
[0034] 2、试验装置及加载步骤
[0035] 试件的两个翼缘板均用高强螺栓固定在定做的底座上，在加劲肋上垂直于腹板循 环加载加载模拟实桥中横撑传递的荷载。试验时先对试件进行预制裂纹疲劳加载，直到在 加劲肋与翼缘板间隙处的腹板萌生裂纹；加固前对有预制裂纹的试件进行一次静载试验， 测试在加固前各测点的位移与应力情况以便同加固后进行对比；对试件进行栓接角钢加 固，然后测试加固后各个测点的位移与应力，最后进行循环加载验证该加固方法的有效性。
[0036] 3、试验结果及分析
[0037] 采用栓接单角钢加固前和加固后的试验结果见表1和表2 (其中间隙I为40_，间 隙II为20mm)。表1中的面外变形幅值①是在试件腹板间隙疲劳循环加载前，静力测试获得 腹板间隙处的面外变形值，此时循环次数N = 0次；面外变形幅值②是加固前对试件进行疲 劳加载使试件腹板间隙处的疲劳裂纹扩展到一定程度，停止疲劳试验时（即间隙I试件加 固前疲劳加载循环次数为251万次，间隙II试件加载250万次），静力测试获得的腹板间隙 处的面外变形幅值；面外变形幅值③是对试件腹板间隙处进行维修加固后，静力测试获得 的腹板间隙处的面外变形幅值；面外变形幅值④是加固后试件的疲劳试验结束时（即间隙 I试件加固后疲劳加载循环108万次，间隙II试件疲劳加载200万次），最后一次静力测试 获得的数据。表1中测点DW-B和DE-B分别为试件腹板无加劲肋侧腹板间隙面外变形，测 点DW-U和DE-U分别为试件腹板有加劲肋侧腹板间隙面外变形。
[0038] 表1加固前后面外变形幅值的对比
【权利要求】
1. 一种基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于：将钢板梁腹板（1)、 加劲肋（2)与翼缘板（4)的腹板间隙采用角钢（3)进行加固，角钢（3)的一肢与加劲肋（2) 通过高强螺栓连接，另一肢与翼缘板（4)通过高强螺栓或螺钉连接。
2. 根据权利要求1所述的基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于： 所述角钢（3)为单角钢或者T型角钢或者双角钢。
3. 根据权利要求2所述的基于栓接角钢的钢桥面外变形疲劳加固构造，其特征在于： 所述单角钢和双角钢均为等肢角钢。
【文档编号】E01D19/00GK104060549SQ201410308804
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】王春生, 孙宇佳, 闫生龙, 王茜, 段兰, 魏孟春, 翟慕赛 申请人:长安大学