一种抗疲劳正交异性板结构及生产工艺制造技术

一种抗疲劳正交异性板结构及制造工艺，改变和优化了传统正交异性板设计和制造工艺：1、在施焊面板与纵向加劲肋的同时焊接一定高度的横隔板形成正交异性板，提高板件整体刚度；2、纵向加劲肋采用端部增厚的变截面结构，增加与桥面板的焊接强度；3、在纵向加劲肋内与横隔板对应位置增设肋内横隔板，增加纵向加劲肋的抗扭转性能、消除纵向加劲肋与横隔板弧形切口的焊缝开裂；4、将焊好后的板件结构进行整体退火热处理，消除由于钢面板、纵向加劲肋、横隔板（梁）之间大量的焊接而产生的焊接残余应力；通过上述综合措施大大提高正交异性板结构的整体抗疲劳性能、破解正交异性焊缝疲劳开裂的世纪难题，延长钢面板及桥梁的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种抗疲劳正交异性板结构及生产工艺
本专利技术涉及钢结构桥梁、船舶制造
，特别涉及一种抗疲劳正交异性板结构及生产工艺。
技术介绍
正交异性板具有重量轻、变形协调性能优越、粘性好、方便维修和行车舒适等特点，因此在国内外大跨钢桥和大型船舶领域中有具有广泛的应用。传统的正交异性板件的加工是在钢面板加工时仅焊接纵向加劲肋，而横隔板需进行钢箱梁组装时再整体焊接，由于正交异性板的特殊结构形式需进行大量的焊接，因而在焊缝和热影响区产生严重的焊接残余应力，形成材料金相组织和力学的薄弱部位，而这些薄弱部位可能导致构件运行时的变形、早期开裂、应力腐蚀、疲劳断裂和脆性断裂等病害，直接影响结构的运行安全和服役寿命。附图6为正交异性板的疲劳失效模式，图中裂缝Ⅰ-Ⅶ为常见开裂处。附图7为正交异性板疲劳失效状态图，从图中可知当正交异性板失效后会发生严重扭曲变形，桥面板和纵向加劲助均发生扭曲。目前，只有通过加强焊接质量，增加钢板厚度等措施对正交异性板的质量进行加强。综上，减少和消除正交异性板结构的焊接残余应力对正交异性板结构强度造成的影响就成了钢结构领域设计、加工、科研人员的一道世界难题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种能够减少在组装焊接过程中产生严重残余应力的抗疲劳正交异性板。本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种抗疲劳正交异性板结构，包括正交异性板，正交异性板包括钢面板、多道纵向加劲肋以及多道横隔板，钢面板底面等间距焊接有多组纵向加劲肋，横隔板分为顶部横隔板与底部横隔板，顶部横隔板与钢面板底面垂直焊接，纵向加劲肋与横隔板呈正交垂直；钢面板、多道纵向加劲肋以及顶部横隔板焊接成的正交异性板经由后续的整体退火热处理工艺最终得到抗疲劳正交异性板。通过采用上述技术方案，对传统的异性板进行改进使得钢面板、纵向加劲肋和顶部横隔板相互焊接形成整体的正交异性板，再经整体退火热处理措施后，既能消除由于钢面板、纵向加劲肋、横向隔板之间大量的焊接而产生的焊接残余应力，又能减少成品焊接时的焊接变形，从而大幅提高正交异性板结构的抗疲劳性能。同时，由于将横隔板分为上下两部分，只焊接顶部横隔板的正交异性板的高度不会太高，方便进入退火炉中进行退火热处理。本专利技术进一步设置为：纵向加劲肋为端部增厚的变截面纵向加劲肋。通过采用上述技术方案，使用变截面纵向加劲肋可以增加焊接面的面积，满足纵向加劲肋与钢面板的焊缝尺寸，增加纵向加劲肋与钢面板的焊接强度，还有利于提高加劲肋的抗扭转强度。本专利技术进一步设置为：纵向加劲肋内部固接有多道与顶部横隔板对齐的肋内横隔板。通过采用上述技术方案，通过肋内横隔板的设置增加了纵向加劲肋的抗扭转性能，同时消除纵向加劲肋与横隔板弧形切口的焊缝开裂。本专利技术进一步设置为：所述顶部横隔板的高度为50-80cm。通过采用上述技术方案，横向隔板高度低于50cm则会刚度不足，高于80cm则会浪费材料并且增加热处理的工作量。本专利技术进一步设置为：顶部横隔板的底部固接有水平连接板。通过采用上述技术方案，通过水平连接板的设置可以便于顶部横隔板与底部横隔板的焊接固定。本专利技术的第二个目的是提供一种生产抗疲劳正交异性板的生产工艺，本专利技术的上述目的是通过以下工艺生产步骤得以实现的：S1：将多道变截面纵向加劲肋等间距与钢面板底面焊接固定；S2：将多道顶部横隔板与钢面板底面正交垂直焊接；S3：将S1-S2步骤中形成的正交异性板置于加热炉内进行整体退火热处理最终形成抗疲劳正交异性板；通过采用上述工艺方法对正交异性板进行处理后得到了抗疲劳正交异性板，该抗疲劳正交异性板减少了大量的焊接残存应力。本专利技术进一步设置为：在步骤S1之前在变截面纵向加劲肋中固接多道肋内横隔板，肋内横隔板数量与顶部横隔板位置相对应。通过采用上述技术方案，可以增加纵向加劲肋的抗扭转强度，同时消除纵向加劲肋与横隔板弧形切口的焊缝开裂。本专利技术进一步设置为：抗疲劳正交异性板工艺中使用的热处理加热设备采用电气、燃气或油气进行整体加热、并配有包括温度、时间热处理要素的自动控制系统；热处理工艺需根据包括板件批次材料的屈服强度、化学成分、板厚以及批次数量的要素进行工艺设计和试验。通过采用上述技术方案，降低抗疲劳正交异性板的生产难度，增加抗疲劳正交异性板的整体性能。综上，本专利技术具有以下有益效果：1、在施焊面板与纵向加劲肋的同时焊接一定高度的横隔板形成正交异性板，提高板件整体刚度；2、纵向加劲肋采用端部增厚的变截面结构，增加与桥面板的焊接强度；3、在纵向加劲肋内与横隔板对应位置增设肋内横隔板，增加纵向加劲肋的抗扭转性能、消除纵向加劲肋与横隔板弧形切口的焊缝开裂；4、将焊好后的正交异性板件结构进行整体退火热处理，消除由于钢面板、纵向加劲肋、横隔板（梁）之间大量的焊接而产生的焊接残余应力；通过上述综合措施大大提高正交异性板结构的整体抗疲劳性能、破解正交异性焊缝疲劳开裂的世纪难题，延长钢面板及桥梁的使用寿命。可以广泛用于钢箱梁结构以及船舶领域。附图说明图1是抗疲劳正交异性板结构示意图；图2是纵向加劲肋内的肋内横隔板的结构示意图；图3是端部增厚的变截面纵向加劲肋示意图；图4是抗疲劳正交异性板结构应用于钢箱梁结构中的组合示意图；图5是抗疲劳正交异性板生产工艺流程图；图6是现有技术中正交异性板的疲劳失效模式；图7是现有技术中正交异性板的疲劳失效变形状态图。1、抗疲劳正交异性板；2、钢面板；3、纵向加劲肋；31、肋内横隔板；32、土耳其头；4、横隔板；41、顶部横隔板；411、水平连接板；42、底部横隔板；5、腹板；6、底板；Ⅰ-Ⅶ、现有正交异性板常见开裂处。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。结合图1和图2，为本专利技术公开的一种大幅减少残余焊接应力的抗疲劳正交异性板结构。抗疲劳正交异性板结构包括正交异性板，正交异性板包括钢面板2、多道纵向加劲肋3以及多道横隔板4，钢面板2底面等间距焊接有多组纵向加劲肋3。横隔板4分为顶部横隔板41与底部横隔板42（参考图4），顶部横隔板41与钢面板2底面垂直焊接，并与纵向加劲肋3的外侧壁焊接，纵向加劲肋3与横隔板4呈正交垂直。与传统的异性板相比较本专利技术对异性板的组成结构进行了改进，将以往焊接于底板上的横隔板4进行了分割，其中横隔板4的上半部分即顶部横隔板41与钢面板2底面垂直焊接，顶部横隔板41与纵向加劲肋3正交垂直，至此钢面板2、纵向加劲肋3和顶部横隔板41形成正交异性板。将正交异性板利用后续的整体退火热处理工艺进行加工，最终得到了本专利技术所需要的抗疲劳正交异性板1。具体的，抗疲劳正交异性板1的尺寸根据图纸进行长6-24m、宽2-10m左右进行板件分块加工。结合图2与图3，纵向加劲肋3为端部增厚的变截面纵向加劲肋3。现有技术中使用等厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗疲劳正交异性板结构，其特征是：包括正交异性板，所述正交异性板包括钢面板(2)、多道纵向加劲肋(3)以及多道横隔板(4)，所述钢面板(2)底部等间距焊接有多组纵向加劲肋(3)，所述横隔板(4)分为顶部横隔板(41)与底部横隔板(42)，所述顶部横隔板(41)与所述钢面板(2)底面垂直焊接，所述纵向加劲肋(3)与所述横隔板(4)呈正交垂直；/n所述钢面板（2）、多道纵向加劲肋（3）以及顶部横隔板（41）焊接成的正交异性板经由后续的整体退火热处理工艺最终得到抗疲劳正交异性板（1）。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗疲劳正交异性板结构，其特征是：包括正交异性板，所述正交异性板包括钢面板(2)、多道纵向加劲肋(3)以及多道横隔板(4)，所述钢面板(2)底部等间距焊接有多组纵向加劲肋(3)，所述横隔板(4)分为顶部横隔板(41)与底部横隔板(42)，所述顶部横隔板(41)与所述钢面板(2)底面垂直焊接，所述纵向加劲肋(3)与所述横隔板(4)呈正交垂直；
所述钢面板（2）、多道纵向加劲肋（3）以及顶部横隔板（41）焊接成的正交异性板经由后续的整体退火热处理工艺最终得到抗疲劳正交异性板（1）。


2.根据权利要求1所述的一种抗疲劳正交异性板结构，其特征是：所述纵向加劲肋(3)为端部增厚的变截面纵向加劲肋(3)。


3.根据权利要求1所述的一种抗疲劳正交异性板结构，其特征是：所述纵向加劲肋(3)内部固接有多道与所述顶部横隔板(41)对齐的肋内横隔板(31)。


4.根据权利要求1-3任一所述的一种抗疲劳正交异性板结构，其特征是：所述顶部横隔板(41)的高度为50-80cm。


5.根据权利要求1-3任一所述的一种抗疲劳正交异性板结构，其特征是：所述顶部横隔板...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宜言，何晓晖，任自放，郑凯锋，代亮，陈兴慧，朱勤，蒋华，
申请(专利权)人：深圳市市政设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44