一种转角变厚度强化加劲肋及其制造方法和一种桥面结构技术

本申请公开了一种转角变厚度强化加劲肋及其制造方法和一种桥面结构，解决了正交异性桥面结构中加劲肋与顶板连接疲劳抗力差的问题，其技术方案要点是包括腹板段、转角段、翼板段，三者由板厚为T的钢板加工而成，转角段包括增厚区和至少一个轧薄区，增厚区的厚度大于T，增厚区位于转角段的中部，所述轧薄区的厚度小于T，所述轧薄区位于转角段靠近腹板段或靠近翼板段一侧。通过创新构造的加劲肋构造，改变了传统拉应力、压应力和剪应力三类复杂应力作用于同一条转角焊缝的受力状态，形成了受力清晰，各司其职的良好构造，从而提高了加劲肋与顶板连接的抗疲劳性能，同时本申请提供了一种包含上述加劲肋的桥面结构。包含上述加劲肋的桥面结构。包含上述加劲肋的桥面结构。

A corner variable thickness reinforced stiffener and its manufacturing method and a bridge deck structure

【技术实现步骤摘要】
一种转角变厚度强化加劲肋及其制造方法和一种桥面结构


[0001]本申请涉及桥梁工程领域，尤其是一种加劲肋纵肋及其制造方法，以及一种桥面结构。

技术介绍

[0002]正交异性钢桥面板因其重量轻、承载力好等众多优点而广泛应用于桥梁工程，尤其是大跨径桥梁中。但其服役期间，不断的出现疲劳开裂、进一步导致铺装层开裂问题，自正交异性钢桥面板问世以来，一直是国际国内桥梁行业头痛不已的典型行业顽症，良好的受力性能与高疲劳病害风险之间的矛盾至今无法调和。研究开发高性能正交异性钢桥面板，即主要通过构造细节的优化和改进，提高构造细节的疲劳抗力，通过多个构造细节的系统优化，提高正交异性钢桥面板的综合疲劳性能，成为现今研究正交异性钢桥面板疲劳问题的重点发展方向。
[0003]正交异性钢桥面板的疲劳开裂主要出现在连接部位，如顶板与加劲肋的焊接连接处，纵向加劲肋与横向加劲肋的连接处。传统正交异性钢桥面板因其构造形式，具有大量焊缝，鉴于焊接初始缺陷存在的客观性，焊接细节疲劳开裂概率大，风险高。
[0004]通用的抵抗疲劳的方法是增加截面，增加截面包括增加加劲肋板厚或增加连接处的焊缝截面。有研究者从增加焊缝截面的角度出发，如近年来提出的纵肋与顶板的双面焊，或者通过纵肋腹板端部镦厚，来增加连接处局部的截面，从而来提高焊接强度，以解决疲劳问题。出于减少焊缝数量的角度出发来改善传统正交异性钢桥面板的疲劳性能，日本桥梁建设协会于1999年提出了一种将纵肋开口宽度由传统正交异性钢桥面板中常用的300mm增大至440～450mm，横隔板间距由原有的2.5m～3.5m增大至4～6m的大纵肋正交异性钢桥面板结构，引入该大纵肋后，尺寸变大，焊缝数量减少。
[0005]不论是大纵肋还是双面焊，亦或是端部镦厚的纵肋，正交异性钢桥面板受力性能、疲劳问题虽有一定的改善，但仍存在以下问题：
[0006]1、通过增大焊接截面会进一步增加热输入量，形成更大的热影响区、残余应力和变形。钢桥面板疲劳易损细节的局部受力特性并未发生实质改变，如纵肋与顶板焊接的构造细节，在轮载作用下，纵肋侧壁与顶板的开合角反复变化，加上该处长焊缝焊接初始缺陷存在的客观性，导致该区域转角区域焊缝应力幅较大的问题依然存在，疲劳问题并没有解决。
[0007]2、大尺寸纵肋由于高度，腹板抗屈曲的要求增大，为满足腹板高厚比的要求，腹板通常要增加厚度，增大纵肋间距，同时为了保证顶板的跨厚比，保证横向刚度，顶板的厚度也要相应增加，因此大纵肋虽然纵肋数量减少，但板厚增加，用钢量上并无优势，如何通过纵肋细节构造的创新，采用尽量小板厚的钢板制造尽量高的纵肋，也成为纵肋研究的一大方向。

技术实现思路

[0008]本申请的专利技术目的是为了解决正交异性桥面结构中加劲肋与顶板连接疲劳抗力差的问题，提供一种转角变厚度强化加劲肋及其制造方法，通过加劲肋腹板段上部设置转角段和翼板段，并在转角段侧边形成轧薄区域的创新构造，改变了传统拉应力、压应力和剪应力三类复杂应力作用于同一条转角焊缝的受力状态，形成了受力清晰，各司其职的良好构造，从而提高了加劲肋与顶板连接的抗疲劳性能，同时本申请提供了一种包含上述加劲肋的桥面结构。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本申请采用了以下技术方案：
[0010]本申请第一方面提供了一种转角变厚度强化加劲肋，包括腹板段、转角段和翼板段，所述腹板段与翼板段由转角段相连，所述腹板段与翼板段夹角为Φ，所述腹板段、转角段、翼板段由板厚为T的钢板加工而成，所述转角段至少包括一个轧薄区，所述轧薄区的厚度小于T，所述轧薄区位于转角段靠近腹板段或靠近翼板段一侧。
[0011]作为优选，所述轧薄区不等厚，轧薄区的最小厚度为t2，t2≤0.9T。既能够满足轧薄区的变形需要，同时轧薄区厚度渐变，能够防止其与相邻的腹板段或翼板段的截面突变而成为疲劳开裂的诱因。
[0012]作为优选，所述转角段还包括增厚区，所述增厚区的厚度大于T，增厚区位于转角段的中部。在受载时，位于转角段中部的增厚区，主要承担压应力，增大该处厚度有利于增大加劲肋腹板段沿中心线方向到顶板底面的投影面积，即承托面积，有效增强该区域的承压性能，避免腹板段受压时屈曲或失稳。
[0013]作为优选，所述增厚区不等厚，增厚区的最大厚度为t1，t1≥1.1T。增厚区的最大厚度t1≥1.1T能够满足承托需要。
[0014]作为优选，所述增厚区内外轮廓均为圆弧形，外轮廓半径为R，内轮廓半径为r，R
‑
r＜T。在普通的转角折弯成型中，内轮廓转角半径与外轮廓转角半径通常差值为1倍板厚T，当R采用小半径时，转角内轮廓半径r将成为硬死角，不利于材料和构造的连续性，转角段会发生纤维状裂纹的成型缺陷。本申请R
‑
r＜T，突破了传统转角的1个板厚T的常规做法，既能起到该转角的顺畅过渡，更能强化此转角，增强了加劲肋受压的稳定性。
[0015]作为优选，所述加劲肋为闭口肋，且95
°
≤Φ≤120
°
。闭口肋截面惯性矩大，抗弯扭的性能好，通用设计主要因顶板与加劲肋焊缝敏感原因，限制了加劲肋效能的发挥，当转角段强化后，大幅提高了加劲肋的抗疲劳性能，降低了纵肋转动的敏感性，加劲肋高厚比能够突破传统40:1的限制，正交异性钢桥面板采用薄壁、高、大的肋成为现实。
[0016]作为优选，所述加劲肋为开口肋，且85
°
≤Φ≤95
°
。开口肋相对于闭口肋，与顶板的连接更加便捷。
[0017]本申请第二方面，提供了一种上述加劲肋的制造方法，包括以下工艺：
[0018]a、钢板下料：将板厚为T的钢板按加劲肋展开宽度尺寸切割下料；
[0019]b、折弯成型：通过多道压辊将钢板按照加劲肋的断面进行折弯成型，加劲肋包括腹板段、转角段和翼板段；
[0020]c、轧制轧薄区：采用变厚度轧制工艺轧制转角段，使转角段一侧或两侧形成板厚小于T的轧薄区；
[0021]d、切割出指定长度的加劲肋。
[0022]作为优选，所述变厚度轧制工艺为通过两端直径不相等的轧辊进行轧制，且轧辊的小端靠近转角段中部，轧辊的大端靠近转角段外侧，轧辊的轴心线垂直于加劲肋行进方向，在轧制轧薄区的同时母材向转角段中部挤压，转角段中部形成板厚大于T的增厚区。直径大的一端外侧的线速度大，直径小的一端在内侧，因为线速度小，有迟滞效应，把两侧的材料往转角中心挤压，同时形成了轧薄区和增厚区。
[0023]本申请第三方面，提供了一种桥面结构，包括顶板和上述的加劲肋，且所述翼板段与顶板的下表面贴合并固定连接。
[0024]作为优选，腹板段厚度的中心线与顶板下表面的交点为A，A位于顶板与加劲肋相贴合的区域内。不仅能够避免A点悬空带来的腹板段所受压力的受力方向偏离腹板段中心线，造成附加弯矩，而引起腹板段在受压时屈曲或失稳，同时，增大了加劲肋腹板段沿中心线方向到顶板底面的投影面积，即增大了腹板段的承托面积，有利于提高构件的承压性能。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转角变厚度强化加劲肋，包括腹板段(1)、转角段(2)和翼板段(3)，所述腹板段(1)与翼板段(3)由转角段(2)相连，所述腹板段(1)与翼板段(3)夹角为Φ，所述腹板段(1)、转角段(2)、翼板段(3)由板厚为T的钢板加工而成，其特征在于：所述转角段(2)至少包括一个轧薄区(22)，所述轧薄区(22)的厚度小于T，所述轧薄区(22)位于转角段(2)靠近腹板段(1)或靠近翼板段(3)一侧。2.根据权利要求1所述的转角变厚度强化加劲肋，其特征在于：所述轧薄区(22)不等厚，轧薄区(22)的最小厚度为t2，t2≤0.9T。3.根据权利要求1所述的转角变厚度强化加劲肋，其特征在于：所述转角段(2)还包括增厚区(21)，所述增厚区(21)的厚度大于T，增厚区(21)位于转角段(2)的中部。4.根据权利要求3所述的转角变厚度强化加劲肋，其特征在于：所述增厚区(21)不等厚，增厚区(21)的最大厚度为t1，t1≥1.1T。5.根据权利要求3所述的转角变厚度强化加劲肋，其特征在于：所述增厚区(21)内外轮廓均为圆弧形，外轮廓半径为R，内轮廓半径为r，R
‑
r＜T。6.根据权利要求1所述的转角变厚度强化加劲肋，其特征在于：所述加劲肋为闭口肋，且95
°
≤Φ≤120
°
。7.根据权利要求1所述的转角变厚度强化加劲肋，其特征在于：所述加劲肋为开口肋，且8...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天明，陈建红，
申请(专利权)人：浙江中隧桥波形钢腹板有限公司，
类型：发明
国别省市：