[發明專利]基于粘接的鋼橋面板U肋對接接頭疲勞加固結構及方法

在審

• 申請號: 202011321818.5
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112376445A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 呂志林;姜旭;孫凱;強旭紅
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E01D22/00
• 分類號: E01D22/00;E01D19/12
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種基于粘接的鋼橋面板U肋對接接頭疲勞加固結構及方法，加固結構包括包覆在U肋對接接頭處的纖維增強復合材料層以及設置在纖維增強復合材料層與U肋對接接頭之間的粘結層；加固方法包括表面處理、粘貼纖維增強復合材料及養護。與現有技術相比，本發明利用膠粘劑和纖維增強復合材料對鋼橋面板U肋對接接頭進行疲勞加固，能夠有效降低結構損傷部位的應力幅，抑制疲勞裂紋的擴展，大幅提高結構疲勞壽命；加固結構在改善原結構缺陷部位受力狀況的同時不會削弱截面的剛度，也不會引入新的疲勞源；加固結構采用膠粘的結合方式，施工簡便，對焊縫裂紋處加固以及折板、曲面鋼板等不平整情況具有較強的空間適應性。

技術領域

本發明屬于鋼橋面板加固技術領域，涉及一種基于粘接的鋼橋面板U肋對接接頭疲勞加固結構及方法。

背景技術

正交異性鋼橋面板是將相互垂直的頂板、縱向加勁肋(U肋)和橫隔板焊接而成的具有復雜力學特性的結構，其因具有輕質高強、承載能力高等優點而廣泛應用于國內外纜索承重橋梁、大跨度鋼箱梁等多種類型的橋梁結構中。目前，正交異性鋼橋面板縱向加勁肋連接方式有鋼襯墊對接焊和高強螺栓連接兩種。對接焊連接結構簡單、制作方便、施工冗度高、經濟性好，但不可避免地會出現仰焊和立焊等較難保證焊接質量的焊接形式，特別是U肋嵌補段處對接焊縫普遍采用鋼襯墊，由于鋼襯墊與U肋難以密貼，現場焊接質量難以保證，甚至無法熔透，導致U肋現場焊接處容易產生疲勞裂縫。早期建成的鋼結構橋梁多采用此連接方式，因而該處疲勞裂縫問題突出。經過對我國多座大跨徑橋梁的鋼橋面板進行調研，發現許多鋼橋面板的U肋對接接頭處均產生不同程度的疲勞裂紋。該對接焊縫位置裂紋形態可能會有兩種，一種形式是從焊趾位置萌生，沿著加勁肋的板厚延伸，另一種形式是從對接焊縫焊跟處產生，可能沿著焊喉開裂到焊縫表面。

針對鋼橋面板U肋對接處疲勞裂縫，通常可采用傳統鋼橋疲勞裂縫修復方法如止裂孔法、裂紋焊合法或鋼板補強法。這些方法雖然在一定程度上改善了原結構缺陷部位受力狀況，但同時又給結構帶來一定新的問題。例如：采用止裂孔法對截面產生削弱作用，另外，若無法準確在裂紋尖端定位止裂孔的位置，則裂縫會繼續擴展，從而導致止裂孔的作用失效；而采用裂紋焊合法在打磨焊縫時耗時較多，施工質量要求高，且容易在焊趾部位引入對抗疲勞性能不利的殘余應力；對于鋼板補強法，補強鋼板在連接過程中采用焊接連接或螺栓連接總會不可避免產生新的局部應力集中或新的缺陷，因此容易產生新的疲勞裂紋，同時，為安裝U肋內部的拼接板和螺栓，需在U肋下端開設手孔，這會對原結構截面產生損傷削弱作用，并且U肋下翼緣與腹板之間的圓弧段無法安裝補強鋼板，難以阻止此處疲勞裂紋的進一步擴展。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于粘接的鋼橋面板U肋對接接頭疲勞加固結構及方法。加固結構利用粘結劑使一部分荷載傳遞到纖維增強復合材料(FRP)上，從而降低結構損傷部位的應力幅，達到加固效果。與傳統的加固方式相比，該加固結構既不會削弱截面的剛度，也不會引入新的疲勞源，能夠有效地抑制疲勞裂縫發展，提高結構疲勞壽命。通過采用粘結劑和FRP，加固過程中無需特殊施工器具，該加固方法具有施工方便的特點，對不平整加固部位也有較強的空間適應性。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

基于粘接的鋼橋面板U肋對接接頭疲勞加固結構，該加固結構包括包覆在U肋對接接頭處的纖維增強復合材料層以及設置在纖維增強復合材料層與U肋對接接頭之間的粘結層。該加固結構適用于加固與修復受疲勞荷載影響較大或已經產生疲勞裂紋的鋼橋面板U肋對接接頭。

進一步地，所述的U肋對接接頭包括第一U肋、第二U肋以及設置在第一U肋端部與第二U肋端部之間的U肋嵌補段，所述的U肋嵌補段的一端與第一U肋端部之間、U肋嵌補段的另一端與第二U肋端部之間均設有U肋對接焊縫，所述的纖維增強復合材料層包覆在U肋對接焊縫的外側。U肋嵌補段連接兩段U肋，通過焊接形成整體。