[发明专利]一种装配式正交异性钢桥面板结构

说明书

本发明公开了一种装配式正交异性钢桥面板结构，该结构包括波折钢板、顶钢板、横隔板和螺栓，其中波折钢板一侧通过螺栓与顶钢板实现栓接，另一侧通过连续满焊与横隔板实现焊接。本发明采用波折钢板代替传统的离散加劲U肋，形成的连续加劲肋形式有助于提高结构的整体性、抗弯刚度和抗扭刚度；采用栓接连接代替传统的焊接，不仅有助于提高结构装配化水平，而且可彻底消除顶板‑U肋焊接接头位置的疲劳问题；采用连续满焊代替传统横隔板与U肋交叉部位的不连续焊接，避免了几何不连续引起的应力集中及交叉焊缝，有助于提高焊接质量和焊接效率，改善该部位的疲劳性能。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种装配式正交异性钢桥面板结构。

背景技术

自1950年代问世以来，正交异性钢桥面板(以下简称“钢桥面板”)凭借重量轻、承载能力强、施工速度快的优势，成为国内外大中跨度钢桥广泛采用的桥面结构形式。然而由于钢桥面板直接承受车辆轮荷载的反复作用，且焊接构造及应力状况复杂，同时目前车辆超载现象普遍，导致钢桥面板疲劳问题十分突出。自英国Severn桥(1966年建成通车)于1971年首先发现钢桥面板疲劳裂纹以来，英国、荷兰、日本、巴西等国家均出现了大量的钢桥面板疲劳病害。我国虎门大桥在1997年建成通车后3年，顶钢板便出现严重的纵向疲劳裂缝，然而目前仍没有很好的解决办法。钢桥面板的疲劳问题已成为影响钢桥安全及耐久运营的突出问题之一。

在钢桥面板出现的各种疲劳病害中，对于目前常用的闭口纵肋(主要是U肋)来说，以顶板与U肋连接接头、横隔板与U肋交叉部位的疲劳问题最为突出。其中，顶板与U肋连接接头处的疲劳病害危害最大，易出现如图1所示的C.1至C.4等多种疲劳裂纹。裂纹C.2会导致出现桥面铺装层损坏、U肋内部积水锈蚀等现象，其主要原因包括：(1)顶板受U肋不连续支承，局部弯矩大；(2)顶板与U肋连接处采用单面施焊焊缝，焊缝质量难以保证；(3)单面焊使得连接处接头处于偏心受力状态，引起附加弯曲应力。

对此，目前的主要解决思路是：一是适当地增加顶板或U肋厚度，如顶板厚度由12mm提高到16mm，甚至18mm；二是设法提高顶板与U肋接头处的焊接质量和焊缝熔透深度，如采用自动化多头门式焊机施焊、全熔透焊接技术、镦粗加强U肋端头等；三是设法减小连接处的偏心附加弯矩，如采用U肋双面焊技术。上述措施和技术在一定程度上改善了顶板与U肋连接处的焊接质量及受力状态，但由于存在不可避免的焊接残余应力和焊接缺陷，仍难以彻底消除顶板与U肋连接处的疲劳问题，且会降低施工速度，进一步增加施工、检测及维修成本。

目前，横隔板与U肋交叉部位构造基本采用如下形式：U肋连续穿过横隔板上的切口，并在横隔板上的U肋底部挖出附加弧形切口。该构造的主要优点是易将U肋穿越横隔板切口进行装配，有利于减小横隔板与U肋间的约束及次应力；但其缺点也很明显，附加的弧形切口会导致该部位的焊接不连续，应力集中现象明显，且往往只能手工施焊，焊接质量难以保证，从而易出现多种疲劳裂纹，如图2所示的C.5至C.8。对此，目前通常采用优化横隔板弧形切口形状的方式来加以改善，但研究表明普遍适用的最优横隔板弧形切口形状并不存在，影响因素很多，可靠性较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种装配式正交异性钢桥面板结构，以解决顶钢板与U肋连接接头的疲劳问题，提高纵肋与横隔板交叉部位的焊接质量和效率，避免交叉焊接，全面提升钢桥面板的疲劳性能。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种装配式正交异性钢桥面板结构，该装配式正交异性钢桥面板结构包括波折钢板1、顶钢板2、横隔板3和螺栓4，其中所述波折钢板1一侧通过螺栓4与顶钢板2实现栓接，另一侧通过连续满焊与横隔板3实现焊接。