用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置

1.本实用新型涉及钢桥维护领域，尤其涉及一种用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置。


背景技术：

2.钢桥具有自重轻、强度大、施工方便、建造周期短等特点，被广泛应用于大跨径桥梁结构中。但随着运营时间增长，在车辆荷载的反复作用下，钢桥容易出现各种类型的疲劳裂纹，疲劳开裂等病害困扰着钢桥的养护管理，限制着钢桥建设进一步发展。
3.当前针对疲劳裂纹的维修方法中以钻孔止裂技术最为简单便捷，能在短时间内阻止疲劳裂纹进一步扩展，因此通常作为一种临时止裂措施广泛应用。但随着疲劳荷载的持续作用，止裂孔孔周将会出现新的应力集中点，裂纹则会穿过止裂孔继续发展下去，所以钻孔止裂法不能作为一种长久有效的疲劳裂纹修复方法。
4.因此，针对现有钻孔止裂法修复疲劳裂纹存在的不足，提出一种使用高强螺栓加固止裂孔来修复疲劳裂纹的方法。来解决止裂孔孔边应力集中程度大，可能引发新的疲劳裂纹的问题。


技术实现要素：

5.实用新型目的：本实用新型提供了一种用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置，克服了钢桥疲劳裂纹修复中钻孔止裂技术所存在的缺点。
6.技术方案：
7.本实用新型的一种用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置，用于加固钢板上的疲劳裂纹，包括高强螺栓头、螺杆、螺栓头侧垫圈、螺帽侧带凹槽垫圈、带圆台螺帽、螺栓松动标记特征线、松动判断标记线；钢板在疲劳裂纹的尖端位置处设置有止裂孔；螺杆的一端与高强螺栓头连接在一起，螺杆的另一端依次穿过螺栓头侧垫圈、钢板的止裂孔、螺帽侧带凹槽垫圈、带圆台螺帽设置并通过带圆台螺帽锁紧；所述高强螺栓头的表面设置有带箭头的螺栓松动标记特征线；所述钢板上设置有松动判断标记线；疲劳裂纹加固时，圆台螺帽锁紧钢板，螺栓松动标记特征线在钢板上的投影线与松动判断标记线重合。
8.优选地，所用高强螺栓为大六角头形高强螺栓。
9.优选地，所述螺栓头和螺栓杆是一体结构。
10.优选地，螺帽侧带凹槽垫圈的凹槽方向与带圆台螺帽的圆台方向相对。
11.优选地，螺帽侧带凹槽垫圈的凹槽为圆台形凹槽。
12.有益效果：本实用新型的一种用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置，其有益效果在于：（1）该加固方法与仅采用钻孔止裂措施相比，能够显著延缓疲劳裂纹发展，显著延长钢结构疲劳寿命；（2）本实用新型通过对高强螺栓垫圈以及螺帽采取简单的构造措施，能够有效防止高强螺栓松动，提高加固效果；（3）本实用新型对螺栓头及一侧钢板表面采用简单的标记措施，可清晰地判断高强螺栓的松动程度，进而评价其加固效果；（4）本实
用新型应用的高强度螺栓构造简单，造假低廉，施工方便，可在疲劳裂纹维修中大规模推广使用；（5）本实用新型采用防松动高强螺栓加固止裂孔与现有cfrp胶条加固止裂孔方法相比，可克服cfrp胶条的垫圈打滑和过早脱粘导致的修复效率和修复效果偏低的不足。
附图说明
13.图1为本实用新型的结构示意图；
14.图2为本实用新型所用高强螺栓示意图；
15.图3为本实用新型所用防滑垫圈示意图；
16.图4为本实用新型所用防滑螺母示意图；
17.图5为本实用新型实桥应用剖视图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述：
19.如图1至图2所示，本实用新型一种用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置，由钢板补强法和钻孔法结合而来，在止裂孔上用高强螺栓拧紧使二者共同工作，达到修复疲劳裂纹的效果。该方法通过拧紧高强螺栓加固止裂孔能够进一步减轻裂纹尖端应力集中，使裂纹部位的承载力和疲劳寿命大幅提升，克服了钻孔法只能在一定程度上延缓疲劳裂纹扩展，而不能修复疲劳裂纹的缺点。本实用新型作为一种修复疲劳裂纹简单有效的方法，有望成为今后钢桥疲劳裂纹维修加固的主要方法之一，具有良好的应用前景。
20.具体地，本实用新型所述的高强螺栓加固装置，包括大六角头形高强螺栓头1、螺杆2、螺栓头侧垫圈3、螺帽侧带凹槽垫圈4、带圆台螺帽5，大六角形高强螺栓头1是与螺杆2固定连接在一起的，螺栓头侧垫圈3、螺帽侧带凹槽垫圈4和带圆台螺帽5是各自独立的构件，活动连接在螺杆上。使用时，首先将整套高强螺栓的带圆台螺帽5和螺帽侧带凹槽垫圈4从螺杆2上拧下，保留螺栓头侧垫圈3在螺杆2上，然后将固定连接在一起的螺栓头1、螺杆2以及活动放置在螺杆2上的螺栓头侧垫圈3整体从钢板7一侧插入疲劳裂纹6尖端所钻止裂孔8，接着将螺帽侧带凹槽垫圈4以不带凹槽一面在钢板7对侧从螺杆2尾部放入至钢板7表面，再然后将带圆台螺帽5以带圆台方向从螺杆2尾部拧入并用专业的施拧工具拧紧，使螺帽侧垫圈4与螺帽5相互嵌入，最后在施拧完成后用记号笔在螺栓头1上画出螺栓松动标记特征线9、松动判断标记线10。
21.通过拧紧高强螺栓使螺栓头1与螺栓头侧垫圈3、螺帽5与螺帽侧垫圈4之间紧密贴合，从而保证止裂孔8边钢板7表面与螺栓垫圈4、5之间产生足够的挤压力，延缓疲劳裂纹再生和扩展，弥补传统钻孔止裂法的不足。通过螺帽5部分嵌入螺帽侧垫圈4中，从而防止高强螺栓和垫圈之间产生滑移，提高高强螺栓加固效果。通过拧紧螺栓后画出螺栓松动标记特征线9、松动判断标记线10，从而方便在之后的检测中清楚地判断处螺栓的松动和滑移程度，准确评价高强螺栓的使用状况。
22.如图2所示，本实用新型一种用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置，其所用高强螺栓为大六角形高强螺栓，该高强螺栓是普通螺栓的高强度级，应用广泛，造价较低，其由一个螺栓1、2，一个螺帽5，和两个垫圈3、4组成，使用时一整套需配套使用，不能混用。与普通螺栓相比，本实用新型所用防松动高强度螺栓具有施工简单、受力性能好、可拆换、
耐疲劳、以及在动力荷载作用下不致松动等优点，因此其在延缓疲劳裂纹产生方面具有比普通螺栓更好的效果，可以在疲劳裂纹维修加固方面大范围推广使用。
23.如图3所示，本实用新型所用防滑垫圈，通过在垫圈一侧外边缘1内部一定距离处开设凹槽，使凹槽内边缘3略低于凹槽外边缘2，从而使垫圈一侧凹槽具有一定深度，使螺帽能够部分嵌入。
24.如图4所示，本实用新型所用防滑螺帽，通过在螺帽一侧设置圆台，使圆台内边缘3及外边缘2外尺寸分别等于凹槽内边缘3及外边缘2尺寸，圆台高度等于凹槽深度，从而使螺帽圆台能够与垫圈凹槽紧密贴合，防止产生相对滑移。
25.如图5所示，本实用新型在实桥上应用的一般施工工序为：1）确定疲劳裂纹尖端已经进行钻孔止裂的裂纹位置；2）根据止裂孔直径选择相应直径的高强螺栓；3）将螺栓头侧垫圈正确放入至螺栓头位置；4）将螺栓连同螺栓头侧垫圈从钢板一侧插入止裂孔至钢板处；5）从钢板对侧放入螺帽侧垫圈至钢板附近；6）拧入螺帽至钢板处；7）用配套施拧工具按照正确施拧顺序拧紧；8）用记号笔分别在螺栓头和钢板上画出螺栓松动标记特征线和松动判断标记线。
26.工作原理：针对ⅰ型裂纹，其表面受拉伸应力而张开，高强螺栓的垫圈3、4与钢板7两侧表面之间静摩擦力能很限制裂纹表面位移趋势，缓解拉伸应力，并将力传递至螺栓头1和螺帽5；针对ⅱ型裂纹，其表面受剪切应力而滑开，垫圈3、4与钢板7两侧表面之间静摩擦力能够限制其滑动趋势；针对ⅲ型裂纹，其表面受剪切应力而错开，高强螺栓的螺栓头1与螺帽5之间由螺栓拧紧而产生的预紧力将裂纹错开的两个部位紧紧地固定住，限制其错开趋势。故本实用新型的一种用于改善钻孔止裂效果的高强螺栓加固装置能够有效地抑制各种类型的裂纹扩展，提高疲劳裂纹维修加固效果。