[發(fā)明專利]一種提高抗疲勞強(qiáng)度的波形鋼腹板梁結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310369006.1
• 申請(qǐng)日: 2013-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN103388376A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志宇;王清遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): E04C3/07
• 分類號(hào): E04C3/07;E01D2/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 謝敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑和橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體是一種提高抗疲勞強(qiáng)度的波形鋼腹板梁結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

用于建筑和橋梁的焊接波形鋼腹板梁在服役周期中常常承受交變反復(fù)荷載，有必要對(duì)波形鋼腹板與鋼梁翼緣板連接部位的疲勞安全性進(jìn)行充分考慮。波形鋼腹板鋼梁主要由波形鋼板與鋼梁翼緣板焊接而成。由于波形鋼腹板有較高的剪切屈曲強(qiáng)度，并在縱向受拉變形作用下具有類似于手風(fēng)琴效應(yīng)的自由伸縮特點(diǎn)，所以在平面內(nèi)彎矩所產(chǎn)生的拉應(yīng)力主要由鋼梁翼緣板承擔(dān)。在構(gòu)造上，波形鋼腹板的傾斜段與縱向拉應(yīng)力的方向呈一定交角，使得在鋼翼緣板上傳遞的應(yīng)力流到此受到一定的阻礙，同時(shí)該處又比鄰連接焊縫區(qū)域，由此造成局部應(yīng)力集中。當(dāng)該交角較大時(shí)，在波形鋼腹板傾斜段與鋼梁翼緣板邊緣之間區(qū)域的應(yīng)力集中更為突出，更容易形成結(jié)構(gòu)疲勞薄弱部位，導(dǎo)致過早的發(fā)生疲勞破壞。

在鋼-混組合梁的應(yīng)用中，腹板與混凝土上下橋面板連接，其連接部是最重要的構(gòu)造部位，要有良好能力傳遞作用縱向的水平剪力以及抵抗與縱向方向垂直的彎矩，以保證組合梁安全。翼緣型抗剪連接件可提供較好的承載能力以抵抗橫向彎矩和縱向剪力作用，已在鋼-混凝土組合梁中被較多的采用。如中國(guó)專利局于2010.12.15公告的申請(qǐng)?zhí)?01020185948.6發(fā)明名稱《一種抗剪連接件》的發(fā)明中，采用直接在波形鋼腹板上開孔并在波形鋼板上焊接翼緣板構(gòu)成。但是近年來國(guó)內(nèi)外的疲勞試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與波形鋼腹板相聯(lián)的受拉鋼梁翼緣板上仍然容易產(chǎn)生疲勞開裂并影響了組合梁的疲勞強(qiáng)度，而現(xiàn)有的方法主要是保證靜力安全強(qiáng)度，但并沒有更多的涉及到梁的疲勞性能問題。

經(jīng)驗(yàn)表明，由于應(yīng)力集中而導(dǎo)致疲勞裂紋在與腹板相聯(lián)的鋼梁翼緣板上萌生后，在反復(fù)應(yīng)力（如：車輪荷載）作用下導(dǎo)致連接焊縫處的疲勞開裂，危害大且修復(fù)困難。此外，在加工制作的施焊時(shí)，如果焊接本身存在局部未熔合部分，往往易形成天然的初始裂紋并發(fā)展為裂紋源，加劇疲勞開裂。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明提供了一種提高抗疲勞強(qiáng)度的波形鋼腹板梁結(jié)構(gòu)，針對(duì)波形鋼腹板傾斜段交角較大的情況，解決了以往波形鋼腹板梁的翼緣板在波形腹板傾斜段及其與平直段的過渡部位附近的連接焊縫處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，并導(dǎo)致疲勞開裂，危害大且修復(fù)困難；同時(shí)，焊接本身存在局部未熔合部分，往往易形成天然的初始裂紋并發(fā)展為裂紋源，局部突出的應(yīng)力集中造成疲勞開裂加劇的問題。

????本發(fā)明為解決技術(shù)問題主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種提高抗疲勞強(qiáng)度的波形鋼腹板梁結(jié)構(gòu)，包括兩塊翼緣板以及設(shè)置在兩塊翼緣板之間的波形腹板，波形腹板包括縱向平直段和傾斜段，所述至少一塊翼緣板的外側(cè)設(shè)有加強(qiáng)板，所述加強(qiáng)板在翼緣板上的投影為波形。在平面內(nèi)彎矩作用下，往往以鋼梁的下翼緣板承受拉應(yīng)力，且鋼梁翼緣板上應(yīng)力集中部位多位于波形腹板傾斜段及其與平直段的過渡部位附近，從而容易造成疲勞破壞在這些區(qū)域發(fā)生，當(dāng)增加加強(qiáng)板后，拉應(yīng)力流在鋼梁受拉翼緣板上傳遞時(shí)，波形鋼腹板與加強(qiáng)板可較好地對(duì)受拉翼緣板內(nèi)的拉應(yīng)力流進(jìn)行層向分流，從而很好的緩解鋼梁翼緣板在波形鋼腹板的傾斜段及其與平直段的過渡部位附近的應(yīng)力集中；通常情況下，波形腹板與翼緣板采用的是焊縫連接，翼緣板上會(huì)形成焊縫，加強(qiáng)板與翼緣板也可通過焊縫連接，連接方式可以是角縫焊接也可以是對(duì)接縫焊接，可采用與波形腹板和翼緣板的焊接相同的焊接方式。

????進(jìn)一步地，所述加強(qiáng)板垂直于翼緣板。加強(qiáng)板垂直于翼緣板后，能夠更好地實(shí)現(xiàn)拉應(yīng)力層向分流。

????進(jìn)一步地，所述加強(qiáng)板在翼緣板上的投影與波形腹板在翼緣板上的投影位于同一坐標(biāo)軸上，且相差1/2個(gè)波長(zhǎng)。加強(qiáng)板與波形腹板成反向?qū)ΨQ，即加強(qiáng)板的波峰對(duì)應(yīng)波形腹板的波谷，而加強(qiáng)板的波谷對(duì)應(yīng)波形腹板的波峰，此時(shí)的拉應(yīng)力分流效果是較佳的。

????進(jìn)一步地，還包括若干剪力釘，所述剪力釘橫向貫穿加強(qiáng)板。該部分運(yùn)用到鋼混凝土組合梁結(jié)構(gòu)時(shí)，剪力釘及貫通鋼筋的作用在于使嵌入的加強(qiáng)板能更好的抵抗水平剪力，提高混凝土板的抗裂性，改善結(jié)構(gòu)的耐久性。

進(jìn)一步地，所述剪力釘通過熔焊或穿透焊的方式與加強(qiáng)板固定。

穿透焊是指栓釘（焊釘）通過“鍍鋅板”焊接在工件（鋼梁）上，并與鍍鋅板熔為一體。主要有有兩種方法：1.?先在鍍鋅板的焊接部位打（沖）孔，然后再將栓釘焊接在工件上，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是焊接質(zhì)量容易得到保證；2、用電弧將鍍鋅板燒穿，而后將栓釘焊接在工件上，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是鍍鋅板穿孔和栓釘焊接一氣呵成，簡(jiǎn)單省時(shí)。