[發明專利]一類用于橋梁和其它大型結構承載面的波型板基結構復合材料

在審

• 申請號: 201910163775.3
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN111663441A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 郝蘇
• 申請（專利權）人: 郝蘇
• 主分類號: E01D19/12
• 分類號: E01D19/12;E01D19/08
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇

本發明公開結構承載平面用的一類波紋板基結構復合材料。這類波紋板基結構復合材料由包含波紋板的一個或多個基本單元組成；每個基本單元的特征是在兩塊特選平面或曲面基本板材之間植入特殊設計細觀形狀和尺寸的板塊，形成按規律排列的開放或封閉空腔；或者根據大型結構特性和載荷類型在開放空腔中填入其它材料；從而充分利用材料的組合性能和空腔的結構特性以達到高強度，高耐久性，和輕質的最佳應用效益。當這類板基結構復合材料作為鋪裝覆蓋時，通過下列方法之一或它們的組合連接到所指大型結構上：這些方法是：鉚接，焊接，螺栓連接，或簡單擱置在承載面上。當使用鉚接，焊接，螺栓連接方式時，保證連接處不會成為二次疲勞缺陷源。

技術領域

本發明涉及橋梁，房屋和其它大型鋼結構的結構設計和承載面修復技術領域，其可以直接應用到所指大型結構承載面的設計中，或作為一種鋪裝材料覆蓋在這類承載荷面上。一個可能的較廣泛應用是橋梁面的設計，鋪裝，或鋪裝修復；特別是大跨度橋梁正交異性橋面板設計，鋪裝，或鋪裝修復。圖1(a)是一個正在施工的正交異型鋼箱梁；圖1(c)是在這類正交異型鋼箱梁橋面頂板常見的裂紋。圖1(d)(e)是用圖1(b)正交異型鋼箱梁橋有限元模型計算的下述兩類應力分布【2，3】。

本發明是在申請者美國專利【1】基礎上的近一步創新。相較于【1】，本發明的新穎性和獨創性主要體現在根據承載方式對單元基本板材形狀與空腔的設計。

背景技術

大型結構設計的主要考慮是承載能力和耐久性。考慮一個結構部件表面上一點，其承受的應力可以簡單分為兩類：(一)直接作用在表面接觸力產生的應力，見圖1(d)；(二)表面接觸力和其它部位載荷，包括結構自身重量，在這點上產生的應力，主要表現為彎矩所造成的應力，見圖1(e)。例如，相隔一段距離的兩個人站在一個橋上，每個人腳下橋面都感受到這個人的接觸壓力和另一個人及橋梁自身重量在此處造成彎矩應力。

對于大型結構，部件自身重量和全部載荷在部件上造成的彎矩和所對應的應力，即上述第二類應力，是當前工程設計的主要考慮。例如，對近幾十年用于超大跨度橋梁的正交異型鋼箱梁，傳統規范允許超薄 (小于12毫米)鋼箱梁板設計來減小自身重量。但橋面在車輛車輪長期反復沖擊下，全世界范圍內許多這類橋梁面板焊縫本身或其周邊出現反復接觸載荷造成的疲勞裂紋。由于不可能由于個別局部裂紋更換百米長鋼箱梁；裂紋在車載下的繼續擴展可能引發災難性后果；焊接封閉裂紋會在焊縫周圍引發新的裂紋，因此一般只能從改進橋面鋪裝來保證橋梁安全。傳統方法是在橋面上覆蓋混凝土或環氧樹脂等鋪裝。由于這類材料同鋼鐵材料特性相差懸殊，難以與鋼橋面緊密粘合。在溫度變化和車輛輪載作用下，一般三到五年后鋪裝會脫落，需要重新處理。在新橋設計提高了加厚鋼箱梁板的同時，出現了許多應用復合材料鋪裝方法和發明來改善在運行橋梁面板受力狀態的發明【1，4-10】，例如，【1】介紹了應用多次波型板疊加有空腔復合材料設計來保護正交異型鋼箱梁橋面的概念。但一些方法在對自身和其與鋼箱梁連接部分的強度，剛度，抗腐蝕和抗疲勞等與使用壽命有關方面有必要改進,因為，按目前常規設計，一般橋梁的使用壽命是75到120年。為保證這類橋梁安全運行，本發明的板基結構復合材料作可以作為一次永久性鋪裝材料來修復和保護在運行橋梁面板；或直接應用于鋼箱梁設計，其是在本發明申請者美國專利【1】基礎上的近一步創新。相較于【1】，本發明的新穎性和獨創性主要體現在根據車輪接觸載荷與橋梁類結構特點對空腔和結構單元連接方式的設計，從而取得更佳力學和材料性能。

發明內容

(一)簡述：提供一類可以用作大型結構承載面或這類承載面覆蓋鋪裝的板基結構復合材料。這里大型結構指的是橋梁和房屋結構，陸上其它鋼結構，船舶，和海洋工作平臺；這里承載面指的是這些結構直接承受外界載荷的表面平面或曲面。

(二)要解決的技術問題：應用本發明所提供的板基結構復合材料(a)增強大型結構承載面的抗壓和抗沖擊等常規強度，(b)改善其抗疲勞和耐磨性等耐久性指標；(c)增強大型結構整體的強度；這類板基結構復合材料自身必須(d)滿足抗壓和抗沖擊等常規強度指標及疲勞強度和耐磨性等耐久性指標的同時(e)滿足對自身結構附加的剛性和穩定性要求。