钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法技术

本发明专利技术公开了一种钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，包括如下步骤：步骤一：将原结构的斜腹杆下部切割去除一定长度；步骤二：根据结构计算和试验实测结果，获得钢箱梁结构应力和位移相关参数，综合设计弹性支撑阻尼装置参数；步骤三：将弹性支撑阻尼装置的弹性支撑锁死，再安装弹性支撑阻尼装置，完成后，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态。本发明专利技术的方法在不改变钢箱梁整体构造形式的前提下，通过对原斜腹杆加以一定改造并加装一种具有初始刚度的阻尼式弹性支撑，有效缓解斜腹杆局部结构的应力集中及其疲劳损伤，抑制结构疲劳裂纹的萌生、发展直至开裂，提升结构的疲劳性能，并实现结构安全延长使用寿命的目标。并实现结构安全延长使用寿命的目标。并实现结构安全延长使用寿命的目标。

【技术实现步骤摘要】
钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法


[0001]本专利技术涉及桥梁养护与维修
更具体地说，本专利技术涉及钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法。

技术介绍

[0002]扁平钢箱梁由于抗扭、抗弯惯矩大，且具有很好的抗风性能，在大跨度斜拉桥和悬索桥中得到大量应用。设置纵隔板可提高钢箱梁桥轴向抗弯承载能力，并改善主梁剪力滞效应，既有斜拉桥扁平钢箱梁大多设置有纵隔板。部分悬索桥采用的扁平钢箱梁在截面内也设置有纵隔板。众所周知，纵隔板的设置增大了截面有效宽度，可提高截面抗弯刚度，改善悬拼阶段扁平钢箱梁的相对横向变形。纵隔板主要有实体式、桁架式(斜杆为钢管)两种。研究结果表明桁架式在整体刚度改善效率方面高于实体式。如南京长江二桥、苏通大桥、润扬大桥、珠江黄埔大桥、安庆长江公路大桥、中朝鸭绿江界河公路大桥、湛江海湾大桥等多座桥梁均采用的桁架式纵隔板构造设计。
[0003]目前，已有多座桥梁在检测时发现钢箱梁纵隔板桁管多处开裂，个别桁管完全断开的现象。
[0004]造成开裂的原因主要有：
[0005]1.构造设计缺陷：由于顶底板T型肋高度较大，T型肋在外荷载作用下不能在节点处转动，无“铰”的作用，无法适应结构的局部弹性变形。车辆等外荷载作用导致斜腹杆的次弯矩应力很大且在连接部位产生应力集中。纵隔板桁管与主梁之间采用插入式节点板连接，疲劳强度很低；桁管外侧加劲肋与节点板之间存在有刚度突变位置，引起应力集中，且桁管在轴压荷载或压弯荷载作用下，插入式节点板与桁管横向连接均为薄弱部位；该节点型式和受力状态耦合后进一步降低了该处的疲劳强度，疲劳裂纹在节点板与桁管开口底部连接处萌生，最终使得桁管沿连接口底部环向疲劳破坏(对称、双向)。
[0006]2.焊接缺陷：角焊缝未做绕焊，有明显的焊渣、焊瘤等缺陷，且未对焊缝进行焊后处理，使得插入式节点板与桁管连接成为疲劳承载力薄弱部位。
[0007]3.车辆等活载周期作用：钢箱梁纵隔板多位于快车道处，该处行驶的多为重载车辆，车辆荷载较强的周期性是疲劳裂纹萌生的主要原因之一。
[0008]4.钢箱梁横桥向刚度较大、顺桥向较柔，结合外荷载(温度、风、汽车荷载等)的时变特性，导致结构受力极其复杂，影响桁管受力因素复杂。加设刚性桁管可有效限制了桥面局部位移变形，但根据能量守恒可知该位移的消失必将引起内力的增加与某种释放形式。由此，使得节点板与桁管开口底部连接处的焊缝缺陷处最先起裂、并发展至母材(原桁管切口底部)，导致桁管环向疲劳开裂直至破坏。
[0009]针对出现开裂的斜腹杆，部分桥梁养护单位根据相关专家意见开展了将桁管更换为双拼槽钢的试验工作，新更换槽钢后的2
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3年内未见开裂，但更换完成后使得内力重新分配，导致相邻桁管相继加速开裂直至失效。如安庆长江公路大桥在2009年发现该类病害，分别于2010年5月和2011年5月对数十处采取焊缝补焊和加固处置措施，2011年底纵隔板钢管
连接处开裂达到100多处，且逐年上升，并在2012年4月召开的专家论证会上否决了对纵隔板钢管开裂采用抱箍加固的方案。随后，参照同时期的南京长江二桥同类病害处置方案，于2012年12月，在跨中选择4个梁段11个箱室将钢管替换为槽钢(共计更换44根钢管)。2018～2020年，珠江上某斜拉桥也开展了双拼槽钢替换钢管试验性应用，长期效果均尚待证实。由于更换后的槽钢抗弯刚度显著增大，导致部分桥梁更换为槽钢3年左右的时间后出现新的开裂病害，如主跨648m的某长江大桥(斜拉桥)新的开裂位置位于槽钢端部角点与节点板接触处的节点板母材，向垂直于槽钢方向外侧或沿桥纵向延伸，威胁到主结构的耐久性和安全。由此可见，该类病害具有普遍性，既有处置措施仍不能全面有效的解决此问题，对既有病害中裂纹萌生与发展机理尚待开展深入研究。
[0010]阻尼器是以提供运动的阻力并耗减运动能量的装置。既有阻尼器大多为无初始刚度的速度型阻尼器，已普遍应用于结构振动控制、梁端限位和抗震等，均达到了良好效果。以液体粘滞阻尼器为例，已在大跨度桥梁中应用得到了广泛应用，如苏通大桥、江阴长江大桥、矮寨特大桥、西堠门大桥和天兴洲长江大桥等。因此，可以考虑将阻尼器方法如何应用于钢箱梁斜腹杆开裂的处置措施研究中，为解决斜腹杆病害提供了思路启发。

技术实现思路

[0011]本专利技术的一个目的是提供一种钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，在不改变钢箱梁整体构造形式的前提下，通过对原斜腹杆加以一定改造并加装一种具有初始刚度的阻尼式弹性支撑，有效缓解斜腹杆局部结构由于构造设计缺陷、焊接缺陷、重载交通等因素造成的应力集中，抑制结构疲劳裂纹的萌生、发展直至开裂，提升结构的疲劳性能，并实现结构安全并延长使用寿命的目标。
[0012]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，包括如下步骤：
[0013]步骤一：将原结构的斜腹杆下部切割去除一定长度；
[0014]步骤二：根据结构计算和试验实测结果，获得钢箱梁斜腹杆结构应力和位移相关参数，从而确定结构耗能所需弹性支撑阻尼装置的最大阻尼力及最大行程，同时确定结构减振所需弹性支撑阻尼装置弹性单元的刚度和变形量，综合设计弹性支撑阻尼装置的参数，弹性支撑阻尼装置具有弹性和阻尼；
[0015]步骤三：将弹性支撑阻尼装置的弹性单元支撑锁死，再将弹性支撑阻尼装置的上端铰接至原结构的斜腹杆的下端，弹性支撑阻尼装置的下端铰接至底板的节点板上，安装完成后，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态。
[0016]优选的是，所述步骤二具体为：
[0017]1)通过在钢箱梁原结构的斜腹杆顶端下缘和底端上缘布设应变传感器，同时在原结构的斜腹杆顶端和底端之间布设竖向位移传感器，获得一周的连续监测数据，数据处理时去除温度效应后取均值，钢箱梁斜腹杆设计材料的弹性模量与应变实测值乘积为斜腹杆应力，钢箱梁斜腹杆截面尺寸设计值与斜腹杆应力乘积为日常运营荷载下的斜腹杆内力值；
[0018]2)通过切割的方式，切断钢箱梁斜腹杆上部和下部，根据上述步骤1)实测获得斜腹杆切断前后的内力变化量，同时由竖向位移传感器测得斜腹杆切断前后的钢箱梁顶底板
相对竖向位移变化量；
[0019]3)上述内力变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计荷载基准值，实际设计荷载值不小于该值的1.2倍，上述相对竖向位移变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计行程基准值，实际设计行程值不大于该值的0.5倍，弹性单元的设计刚度值等于荷载设计值/行程设计值；
[0020]4)根据行程设计值和荷载设计值得到设计耗能需求，计算得到设计阻尼值。
[0021]优选的是，还包括步骤四：
[0022]安装完成，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态后，通过在不同位置安装应变传感器和位移传感器作为监测仪器测试钢箱梁内斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变、钢箱梁顶板和底板相对竖向位移、临近位置的顶底板和U肋的应变以及相邻隔仓斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变各关键部位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将原结构的斜腹杆下部切割去除一定长度；步骤二：根据结构计算和试验实测结果，获得钢箱梁斜腹杆结构应力和位移相关参数，从而确定结构耗能所需弹性支撑阻尼装置的最大阻尼力及最大行程，同时确定结构减振所需弹性支撑阻尼装置弹性单元的刚度和变形量，综合设计弹性支撑阻尼装置的参数，弹性支撑阻尼装置具有弹性和阻尼；步骤三：将弹性支撑阻尼装置的弹性单元支撑锁死，再将弹性支撑阻尼装置的上端铰接至原结构的斜腹杆的下端，弹性支撑阻尼装置的下端铰接至底板的节点板上，安装完成后，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态。2.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述步骤二具体为：1)通过在钢箱梁原结构的斜腹杆顶端下缘和底端上缘布设应变传感器，同时在原结构的斜腹杆顶端和底端之间布设竖向位移传感器，获得一周的连续监测数据，数据处理时去除温度效应后取均值，钢箱梁斜腹杆设计材料的弹性模量与应变实测值乘积为斜腹杆应力，钢箱梁斜腹杆截面尺寸设计值与斜腹杆应力乘积为日常运营荷载下的斜腹杆内力值；2)通过切割的方式，切断钢箱梁斜腹杆上部和下部，根据上述步骤1)实测获得斜腹杆切断前后的内力变化量，同时由竖向位移传感器测得斜腹杆切断前后的钢箱梁顶底板相对竖向位移变化量；3)上述内力变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计荷载基准值，实际设计荷载值不小于该值的1.2倍，上述相对竖向位移变化量即为弹性支撑阻尼装置的设计行程基准值，实际设计行程值不大于该值的0.5倍，弹性单元的设计刚度值等于荷载设计值/行程设计值；4)根据行程设计值和荷载设计值得到设计耗能需求，计算得到设计阻尼值。3.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，还包括步骤四：安装完成，解除弹性支撑阻尼装置锁死状态后，通过在不同位置安装应变传感器和位移传感器作为监测仪器测试钢箱梁内斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变、钢箱梁顶板和底板相对竖向位移、临近位置的顶底板和U肋的应变以及相邻隔仓斜腹杆顶端下缘和底端上缘应变各关键部位在实际荷载作用下的应力、位移值，并与理论值、相关规范值进行分析比对，验证弹性支撑阻尼装置安装后是否安全有效缓解结构应力集中现象并改善开裂。4.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹杆开裂病害的阻尼式弹性支撑处置方法，其特征在于，所述弹性支撑阻尼装置包括：缸筒，其内壁间隔设置有外端盖和内端盖，所述外端盖和内端盖中心具有通孔；活塞杆，其恰好从所述通孔中自由穿过，所述活塞杆上设置有挡板，所述挡板位于所述外端盖和内端盖之间，所述挡板紧贴所述缸筒内壁并设置为沿所述缸筒上下移动，所述挡板两侧与所述外端盖和内端盖之间均设置有弹性单元，其套设于所述活塞杆上，所述弹性单元为弹簧或碟簧。5.如权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少锦，朱世峰，桑毅彩，韩涛，姚健勇，李双，王勇，韩永平，赵超，杨曦，周欢，夏子金，廖毅，黄星，陆永强，李赏，
申请(专利权)人：武汉二航路桥特种工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：