鋼箱梁正交異性橋面板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋼箱梁正交異性橋面板，包括從上至下依次連接設置的上頂板、波形鋼板和下頂板，波形鋼板的波形方向與橫橋向一致。波形鋼板由沿橫橋向交錯排列的波峰面、波谷面、連接波峰面和波谷面的斜面組成，斜面與波峰面的夾角，以及斜面波谷面的夾角均非90°，波形鋼板的波形斷面為多個連續(xù)排列的梯形。本發(fā)明的利用波形鋼板作為鋼箱梁橋面頂板的縱向加勁肋，由上、下頂板和中層波形鋼板構成的正交異性板在橫橋向類似于具有斜腹桿的平行弦桁架，增加了橋面板的抗壓穩(wěn)定性和橫向抗彎剛度，有效避免集中輪載作用下的過大局部變形。本發(fā)明的摒棄傳統(tǒng)的焊接的方式而全部采用栓接，這可以徹底解決焊接裂縫的疲勞開裂問題。
【專利說明】鋼箱梁正交異性橋面板
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁結構【技術領域】，涉及一種適用于鋼箱梁橋的正交異性橋面板結構。
【背景技術】
[0002]目前公路大跨度懸索橋和斜拉橋基本上都會采用流線型鋼箱梁做加勁梁。然而，由于鋼箱梁的結構柔度較大，鋼橋面板一般是采用正交異性板結構，即在鋼橋面板下面通過縱向U型肋，橫肋以及橫隔板來加勁以提高其剛度。但是即使這樣，鋼橋面鋪裝的易開裂問題依然沒能很好的解決。當前鋼橋面的鋪裝主要存在以下三方面的問題。
[0003]首先是縱橋向橋面鋪裝的開裂。該種典型開裂是由于正交異性鋼橋面是一種開口截面，橋面板的橫向結構剛度分布不均勻的特點決定的。在U型加勁肋的與橋面板焊接的地方，加勁肋給予橋面鋼板較大的支撐剛度，而沒有U型加勁肋的地方，由于結構是開口截面，平面鋼板僅依靠自身的抗彎剛度抵抗外加荷載變形。由于這個結構特點，在車輛局部荷載作用下在加勁肋處平面鋼板將產生較大的負彎矩，其他部位有變化的豎向變形，將使橋面鋪裝層橫向產生波浪狀的變形，在鋪裝層頂面產生較大的拉應力。這種疲勞作用很容易引起U型加勁肋處的鋪裝層縱向開裂。橋面鋪裝層的開裂將引起鋪裝層漏水，進而嚴重影響橋面鋼板的耐久性。
[0004]其次是鋼橋面板與鋪裝層的粘結問題。在水平力的作用下，比如突然剎車，鋼橋面板和浙青混凝土鋪裝層之間將會產生比較大的剪力。要想保證兩種材料共同受力，就要保證兩者的緊密粘結。當前解決該問題的主要方法是在鋪裝層和鋼橋面板之間增添一層粘結層。粘結層主要采用樹脂類和環(huán)氧浙青類粘結劑。但該種材料的溫度敏感性太強。比如環(huán)氧浙青類粘結劑在溫度為-10°C時能與鋼板的粘結強度能達到16.8Mpa，但當溫度升高到10°C時，其粘結強度僅為1.3Mpa左右。而鋼橋面板的溫度一般是很高的，最高的時候能達到5(T70°C。在這種狀況下粘結層的抗剪強度將會嚴重不足，從而產生鋼橋面板與鋪裝層的脫層問題。
[0005]再次是焊縫的疲勞開裂。雖然橋面板上作用有浙青鋪裝層，但由于鋪裝層的剛度與鋼板相比很小，所以鋪裝層對車輛荷載的擴散作用很小。輪載基本上沒有擴散的作用在鋼橋面板上。由于當前橋面板和縱橫加勁肋主要是通過焊接的形式連接的，在局部輪載作用下，焊縫處將會產生較大的應力。由于焊縫本身的疲勞強度不高，再加上焊接殘余應力和焊接技術的初始缺陷較多，從而在焊縫處產生較大的應力集中現象。這都將導致焊縫處的疲勞開裂嚴重。

【發(fā)明內容】

[0006]技術問題:本發(fā)明提供了一種可以顯著提高橋面板的橫向抗彎剛度，從而降低鋪裝層縱向開裂的可能性，同時還可以提高鋪裝層和橋面板連接界面的抗剪能力，并從根本上解決焊接疲勞裂縫問題的鋼箱梁正交異性鋼橋面板。 技術方案:本發(fā)明的鋼箱梁正交異性橋面板，包括從上至下依次連接設置的上頂板、波形鋼板和下頂板，波形鋼板的波形方向與橫橋向一致。
[0007]本發(fā)明的鋼箱梁正交異性橋面板中，波形鋼板的由沿橫橋向交錯排列的波峰面、波谷面、連接波峰面和波谷面的斜面組成，斜面與波峰面的夾角，以及斜面波谷面的夾角均非90°，波形鋼板的波形斷面為多個連續(xù)排列的梯形。
[0008]本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，上頂板與波形鋼板之間，以及波形鋼板與下頂板之間都通過沿橋面縱向排列的高強螺栓固定連接。
[0009]本發(fā)明的上述優(yōu)選方案中，高強螺栓的一端超出上頂板上側面，作為橋面板與橋面鋪裝層之間的剪力鍵，從而增強橋面鋪裝層和橋面鋼板連接處的抗剪強度。
[0010]本發(fā)明的突出特點是利用波形鋼板作為鋼箱梁橋面頂板的縱向加勁肋，同時由上、下頂板和中層波形鋼板構成的正交異性板在橫橋向構成類似于具有斜腹桿的平行弦桁架，增加了橋面板的縱橋向抗壓穩(wěn)定性和橫向抗彎剛度，有效避免集中輪載作用下橋面鋼板的過大局部變形。
[0011]本發(fā)明橋面結構不但可以用于鋼箱梁橋，也可以用于鋼板梁橋。
有益效果:本發(fā)明與現有技術相對比，具有以下優(yōu)點:
1.鋼箱梁頂板在波形鋼板的加勁作用下縱向整體抗壓穩(wěn)定性大大增強。傳統(tǒng)的正交異性鋼橋面板在整體結構上大部分區(qū)域是一層無上下方向制約的受壓結構，為防止整體失穩(wěn)需要焊接若干單板加勁肋，但是這種結構仍是開口結構，對整體穩(wěn)定性仍是一種威脅。而改進后的正交異性板通過上、下鋼板與波形鋼板加勁肋通過螺栓連接在一起，這將會形成了一個個連續(xù)的小的箱型結構(如題I中A處)。這將會使整個小箱型結構承壓，從而使整個橋面板的縱向整體穩(wěn)定性大大增加。
[0012]2.鋼箱梁頂板在波形鋼板的加勁作用下縱向局部抗壓穩(wěn)定性同時也大大增強。傳統(tǒng)的正交異性鋼橋面板，為防止發(fā)生局部失穩(wěn)需要在橋面鋼板橫橋向上焊接一定間距排列的縱向U形加勁肋，把橋面鋼板分割成若干小的鋼板區(qū)域，通過限制每一塊區(qū)域內鋼板的寬厚比來保證局部穩(wěn)定，但是這些分割后的鋼板自由區(qū)域在橫橋向是連續(xù)排列的，如圖2中B區(qū)和C區(qū)所示，這種現象仍會影響鋼板的縱向局部抗壓穩(wěn)定性。而改進后的結構，如圖1所示的A處可知，無論是上頂板還是下頂板，鋼板在上下方向每隔一定距離總是受到波形鋼板的波峰面或是波谷面的制約，無制約的自由區(qū)域是間隔排列的而非連續(xù)排列的，這樣一來每個無制約的自由區(qū)域的變形會受到相鄰區(qū)域鋼板的制約，因而其局部穩(wěn)定會得到很大加強。
[0013]3.在車輪輪載作用下，橋面板的橫橋向撓曲變形大大降低。傳統(tǒng)的正交異性板在無加勁肋處(如圖2中B處)的單一鋼板的抗彎剛度很小，從而在局部輪載作用下，該處的撓曲變形很大。但改進后的橋面板將會形成一個個連續(xù)的小箱型結構(如圖1中A處)，橋面板承受車輪荷載后，不但沿縱橋向傳遞荷載，而且沿橫橋向也能夠傳遞荷載，完全改變了傳統(tǒng)橋面板只能沿縱橋向傳遞荷載的受力模式。結構受力模式的改變，完全得益于橋面板橫向抗彎剛度的提高，從而也使橋面板橫橋向的撓曲變形大大降低。
[0014]4.加勁肋處頂部的鋼板橫向應力趨于均勻，同時橋面鋼板局部撓曲變形也大大降低。傳統(tǒng)的正交異性橋面板在無加勁肋處(如圖2中B處)的抗彎剛度很小，將產生較明顯的豎向撓曲變形，同時在局部輪載作用下將會在加勁肋處頂部的鋼板中產生很大的負彎矩，進而在上頂板局部位置產生很大的橫向集中拉應力，這種局部拉應力可能引起該位置的橋面鋪裝產生縱橋向裂縫，這已經得到許多工程實例的證明。但改進后的橋面板形成連續(xù)的小箱型結構(如圖1中A處)，局部鋼板由于兩層鋼板的組合效應，將會有效提高原單層鋼板的抗彎剛度，明顯降低局部區(qū)域的撓曲變形；同時其余仍然是單層鋼板的局部區(qū)域，由于該區(qū)域兩側的高強螺栓將橋面上頂板拉緊，從而上頂板在承受豎向荷載時會形成顯著的橫向薄膜效應。上述諸多原因將能夠使上頂板的橫向應力趨于均勻，不會造成局部位置的拉應力集中，同時這也會使上頂板的局部豎向變形顯著降低。
[0015]5.鋼橋面和鋪裝層界面的抗剪承載力大大提高。傳統(tǒng)的鋼橋面和鋪裝層之間僅靠粘結層來抵抗界面的剪力。而粘結層的抗剪承載力受溫度影響很大，在高溫環(huán)境下，粘結層的抗剪承載力會顯著下降，從而產生脫層現象。而改良后的橋面板將由露出上頂板的螺栓桿同粘結層一起抵抗界面的剪切力，從而使橋面板和鋪裝層共同工作。這對鋪裝層的脫粘現象將會起到顯著的抑制作用。
[0016]6.由于采用栓接技術，避免了傳統(tǒng)橋面板的焊接技術，從而消除了橋面鋼板和加勁肋處的焊接疲勞裂縫，有利于延長橋面板的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明正交異性鋼橋面板的橫向剖面結構圖；
圖2是傳統(tǒng)正交異性鋼橋面板的橫向剖面圖；
圖3是本發(fā)明正交異性鋼橋面板結構離散示意圖；
圖4是本發(fā)明正交異性鋼橋面板三維立體圖；
圖5是本發(fā)明正交異性鋼橋面板組裝圖。
圖中有:1.上頂板，2.波形鋼板，3.下頂板，4.高強螺栓，5.橋面鋪裝，6.鋼箱梁腹板，7.鋼箱梁底板，11.傳統(tǒng)正交異性橋面的U肋，21.波峰面，22.波谷面，23.斜面，A.本發(fā)明所形成的小箱型結構，B.傳統(tǒng)的鋼橋面的無加勁肋處，C.傳統(tǒng)的鋼橋面的有加勁肋處。
【具體實施方式】
[0018]參見圖1，該正交異性鋼橋面板包括上頂板1、波形鋼板2和下頂板3，波形鋼板2的波形方向與橫橋向一致，波形鋼板2由沿橫橋向交錯排列的波峰面21和波谷面22、連接波峰面21和波谷面22的斜面23組成。斜面23與波峰面(21)的夾角，以及斜面23波谷面22的夾角均非90°，波形鋼板2的波形斷面為多個連續(xù)排列的梯形。上頂板1、下頂板3和波形鋼板2之間采用高強螺栓4連接。高強螺栓4在上頂板I上側面露出約3-5厘米，作為橋面板與橋面鋪裝層之間的剪力鍵。
[0019]本發(fā)明鋼箱梁正交異性橋面板需根據設計要求進行縱向分段，然后按具體各分段橋面板進行制作，各分段橋面板的制作工藝如下:
1.按設計要求將原材料鋼板進行分段下料切割，形成符合設計尺寸的上頂板1、下頂板3，并按設計要求在相應位置處鉆孔，便于后續(xù)連接。
[0020]2.制作波形鋼板2的平鋼板首先根據設計要求下料，之后根據設計要求在相應的位置處鉆孔，鉆孔時要求形成與螺栓4的螺桿外螺紋相對應的內螺紋，要求保證內螺紋的制作精度，確保螺栓4的螺桿外螺紋與波形鋼板2的鉆孔內螺紋相吻合，以便于下一步螺栓4可以提前穿孔進行固定。
[0021]3.上述平鋼板下料、鉆孔完成后，鋼板通過模壓機進行模壓冷加工處理以形成波形鋼板2。
[0022]4.如圖5所示，將所有用于固定上、下頂板的螺栓4通過波形鋼板各孔處的內螺紋分別固定在波形鋼板2上。
[0023]5.把用于固定下頂板3的波谷面10朝上，把下頂板3按相應的鉆孔位置與中層波形鋼板靠在一起，然后用扳手擰緊螺栓4的固定螺母，即完成下頂板的安裝。
[0024]6.將連接好的波形鋼板和下頂板翻轉180°，使波峰面9朝上以固定上頂板I。將上頂板I所有螺孔對準波形鋼板2上已經固定的各螺栓桿，然后用扳手擰緊固定螺母，上頂板就固定在波形剛板2上。所制作的高強螺栓4的螺桿按設計要求在上頂板I上將會出露一定的長度，其大小一般設計為3-5cm。在擰緊螺母時要保證上頂板1、下頂板3分別和波形鋼板2之間要有一定的預緊力。
[0025]本發(fā)明鋼箱梁正交異性橋面板的現場安裝步驟如下:
1.本發(fā)明鋼箱梁正交異性橋面板需根據橋梁上部結構的整體設計要求進行縱向分段，然后按具體各分段橋面板進行制作；
2.把分段橋面板與腹板6和底板I用常規(guī)焊接的方式連接起來，完成分段鋼箱梁的制
作；
3.各分段鋼箱梁運到施工現場，然后進行分段吊裝拼接，形成完整的鋼箱梁橋上部結
構；
4.在完成的鋼箱梁橋面板的上頂板I上后續(xù)可以施工橋面鋪裝材料5。
【權利要求】
1.一種鋼箱梁正交異性橋面板，其特征在于，該橋面板包括從上至下依次連接設置的上頂板(I)、波形鋼板(2)和下頂板(3)，所述波形鋼板(2)的波形方向與橫橋向一致。
2.根據權利要求1所述的鋼箱梁正交異性橋面板，其特征在于，所述波形鋼板(2)由沿橫橋向交錯排列的波峰面(21)和波谷面(22)、連接所述波峰面(21)和波谷面(22)的斜面(23)組成，所述斜面(23)與波峰面(21)的夾角，以及斜面(23)波谷面(22)的夾角均非90°，波形鋼板(2)的波形斷面為多個連續(xù)排列的梯形。
3.根據權利要求1或2所述的鋼箱梁正交異性橋面板，其特征在于，所述上頂板(I)與波形鋼板(2)之間，以及波形鋼板(2)與下頂板(3)之間都通過沿橋面縱向排列的高強螺栓固定連接。
4.根據權利要求3所述的鋼箱梁正交異性橋面板，其特征在于，所述高強螺栓的一端超出上頂板(I)上側面，作為橋面板與橋面鋪裝層之間的剪力鍵。
【文檔編號】E01D19/12GK103614964SQ201310660260
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】吳文清, 劉玉龍, 余江昱 申請人:東南大學