斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法技术

本发明专利技术提供了一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，所述方法步骤具体包括：(1)根据开设过索孔的板件即开孔板的几何尺寸和材料特性，计算开孔削弱后的极限受压强度；(2)根据开孔板几何特征和实际工程需求，选定合适的补强方式和补强板尺寸；(3)计算补强后的极限受压强度；(4)验算补强后的开孔板强度，若不满足设计要求，则重复步骤(2)到(4)，直到补强后的强度达到设计要求为止；(5)按照要求将补强板焊接在开孔板上。本发明专利技术理论可靠、逻辑清楚、方法简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢结构设计与构造
，具体的，涉及一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法。
技术介绍
钢桥塔具有体积小、自重轻、抗震性能好、施工周期短等优点。近年来，随着香港汀九桥、南京长江第三大桥、泰州长江大桥、宁波外滩大桥等桥梁的陆续竣工和开工建设，钢桥塔在我国桥梁建设中得到了更加广泛的应用。与混凝土桥塔相比，钢桥塔在满足相同承载能力的情况下可以做得更加轻巧，在工厂生产制造，然后到现场进行拼装，施工方便快捷，并可缩短施工周期。虽然钢桥塔的工程造价通常比混凝土桥塔高，但是采用钢桥塔之后基础承受的重量要小很多，因此从工程项目的总体效益来看，钢桥塔结构可能会比混凝土桥塔结构更加经济。此外，斜拉桥的拉索锚固区受力复杂、局部应力大，若采用钢筋混凝土桥塔，需要在拉索锚固区附近布置较多的预应力钢筋，施工比较复杂，采用钢桥塔则可以避免这些问题。目前，经济的可持续发展成为各国政府的战略方针，人们日益重视对有限资源的节约利用和对自然环境的保护，国际上也提出了可持续工程和绿色工程的概念。21世纪的桥梁设计将更加重视结构的耐久性和全寿命经济性，降低不可再生资源的消耗，提高工业和建筑废料的再利用以及减少对环境的破坏和影响。钢材作为绿色建材，将大有用武之地，采用钢桥塔设计完全符合第三代结构设计的新理念。我国经济建设不断健康发展，钢产量与品质不断提高，国家的工程建设技术政策己经发生重大变化，今后将会有更多的桥梁工程会采用钢桥塔结构形式。由于构造、施工、检修、维护等需要，不可避免对钢箱桥塔中的某些受力板件进行开连续椭圆过索孔，此类开孔板专门针对斜拉桥而言，主要出现在塔顶部的拉索区段。拉索贯穿外壁板进入桥塔顶部锚固之后，在外壁板不
可避免的留下单排或双排连续分布的椭圆孔，见图2。较大的开孔率将对钢桥塔受压板件的力学性能产生不可忽略的影响，具体表现为：①开孔板在面内荷载作用下产生孔边应力集中现象，可能导致钢板发生局部破坏，并影响其疲劳性能；②受压开孔板的弹性屈曲临界荷载和弹塑性受压极限强度均随着孔径增大而显著降低，且当板件宽厚比较小时(即厚板)的降低幅度更为明显。对于钢箱斜拉桥桥塔的开孔板而言，当椭圆孔开设于塔顶拉索区段时，板件承受着非常高的压应力。因此，过大的孔洞尺寸或过多的孔洞数量将可能导致这些开孔板的正常使用或结构安全难以满足，必要时需采取合理、有效的措施进行孔洞补强。经检索，公开号为CN 101457591U、申请号为200810154696.8的中国专利技术专利，该专利公开了一种钢梁贯通孔补强方法,在钢梁的塑性区内开通孔；根据开孔位置、孔径确定出所需要的补强环的结构，将补强环焊接在所述通孔上。上述专利不适用于孔洞形状为椭圆形、且钢板处于面内受压工况的情形，无法作为钢桥塔内部开设过索孔的补强方法，并且该专利没有给出补强前和补强后的强度计算公式。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，实现补强后的开孔钢板受压强度达到要求。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，所述方法包括以下步骤：步骤(1)：根据斜拉桥钢箱桥塔开设过索孔的板件即开孔板的几何尺寸和材料特性，计算开孔板开孔削弱后的极限受压强度；所述开孔板处于面内单轴受压状态；步骤(2)：根据开孔板几何特征和实际工程需求，选定贴板尺寸；步骤(3)：根据步骤(2)的贴板尺寸，计算补强后的极限受压强度；步骤(4)：根据步骤(3)的结果，验算补强后的开孔板强度，若不满足设计要求，则重复步骤(2)到步骤(4)，直到补强后的极限受压强度达到工程所
需强度为止；步骤(5)：根据符合设计要求的贴板尺寸，将贴板焊接在开孔板上；首先在长af、宽bf、厚tf的矩形贴板上开设宽(d+2tf)、长(h+2tf)的连续椭圆孔，h为过索孔孔高，矩形贴板上的连续椭圆孔间距与开孔板上的过索孔间距保持一致；然后将矩形贴板紧紧贴在开孔板上，使矩形贴板上的连续椭圆孔与开孔板上的过索孔对中放置；最后在矩形贴板的四周及其椭圆孔的内边缘施加整圈角焊缝。优选地，步骤(1)中，所述开孔板处于面内单轴受压状态。优选地，步骤(1)中，所述开孔板被竖向加劲肋和横向加劲肋分隔之后的横向宽度b与厚度t之比介于10至30之间。优选地，步骤(1)中，所述过索孔宽度d与开孔板横向宽度b之比介于0.1至0.3之间。优选地，步骤(1)中，所述过索孔孔间距离ls与过索孔孔高h之比介于2至4之间。优选地，步骤(1)中，所述开孔板开孔削弱后的极限受压强度σu按照如下公式计算： σ u = ( 1.02 - d b ) σ y , ]]>其中：σy为钢材的屈服强度，d为过索孔宽度，b为开孔板横向宽度。优选地，步骤(2)中，所述贴板补强适用于贴板厚度与开孔板厚度比tf/t<0.3且强度提高需求≥1.5σu的情况，其中：t为开孔板厚度，tf为贴板厚度。更优选地，所述贴板补强包括整体式贴板补强与分离式贴板补强。更优选地，由于整体式贴板补强比分离式贴板补强的补强效果更好，本专利技术采用整体式贴板补强。优选地，步骤(2)中，所述贴板尺寸包括贴板厚度、贴板横向宽度和贴板竖向高度，其中：贴板厚度tf不大于1.3t；贴板横向宽度bf介于2.5d至3.5d之间；贴板竖向高度af介于h+1.5d至h+2.5d之间。优选地，步骤(3)中，所述补强后的极限受压强度按照如下公式计算： σ f u = ( 2.652 - 1.6 · ( d b ) 2 · t f t - d b ) σ u , ]]>其中：σu为开孔板开孔削弱后的极限受压强度。优选地，步骤(5)中，角焊缝的焊脚高度不小于6mm与0.5tf之间的较大值。本专利技术与现有技术相比较，具有如下有益效果：本专利技术可以弥补钢箱桥塔顶部开设单排连续椭圆孔导致钢板受压强度削弱的不足，为之提供相对应的开孔补强方法，并且可以计算确定补强之后的钢板受压极限强度。本专利技术理论可靠、逻辑清楚、方法简单。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例的钢箱桥塔顶部开设过索孔及补强示意图，其中：(a)为开孔未补强示意图，(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤(1)：根据斜拉桥钢箱桥塔开设过索孔的板件即开孔板的几何尺寸和材料特性，计算开孔板开孔削弱后的极限受压强度；所述开孔板处于面内单轴受压状态；步骤(2)：根据开孔板几何特征和实际工程需求，选定贴板尺寸；步骤(3)：根据步骤(2)的贴板尺寸，计算补强后的极限受压强度；步骤(4)：根据步骤(3)的结果，验算补强后的开孔板强度，若不满足设计要求，则重复步骤(2)到步骤(4)，直到补强后的极限受压强度达到工程所需强度为止；步骤(5)：根据符合设计要求的贴板尺寸，将贴板焊接在开孔板上；首先在长af、宽bf、厚tf的矩形贴板上开设宽(d+2tf)、长(h+2tf)的连续椭圆孔，h为过索孔孔高，矩形贴板上的连续椭圆孔间距与开孔板上的过索孔间距保持一致；然后将矩形贴板紧紧贴在开孔板上，使矩形贴板上的连续椭圆孔与开孔板上的过索孔对中放置；最后在矩形贴板的四周及其椭圆孔的内边缘施加整圈角焊缝。

【技术特征摘要】
1.一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤(1)：根据斜拉桥钢箱桥塔开设过索孔的板件即开孔板的几何尺寸和材料特性，计算开孔板开孔削弱后的极限受压强度；所述开孔板处于面内单轴受压状态；步骤(2)：根据开孔板几何特征和实际工程需求，选定贴板尺寸；步骤(3)：根据步骤(2)的贴板尺寸，计算补强后的极限受压强度；步骤(4)：根据步骤(3)的结果，验算补强后的开孔板强度，若不满足设计要求，则重复步骤(2)到步骤(4)，直到补强后的极限受压强度达到工程所需强度为止；步骤(5)：根据符合设计要求的贴板尺寸，将贴板焊接在开孔板上；首先在长af、宽bf、厚tf的矩形贴板上开设宽(d+2tf)、长(h+2tf)的连续椭圆孔，h为过索孔孔高，矩形贴板上的连续椭圆孔间距与开孔板上的过索孔间距保持一致；然后将矩形贴板紧紧贴在开孔板上，使矩形贴板上的连续椭圆孔与开孔板上的过索孔对中放置；最后在矩形贴板的四周及其椭圆孔的内边缘施加整圈角焊缝。2.根据权利要求1所述的一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，其特征在于，步骤(1)中，所述开孔板被竖向加劲肋和横向加劲肋分隔之后的横向宽度b与厚度t之比介于10至30之间。3.根据权利要求2所述的一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，其特征在于，步骤(1)中：所述过索孔宽度d与开孔板横向宽度b之比介于0.1至0.3之间。4.根据权利要求3所述的一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，其特征在于，所述过索孔孔间距离ls与过索孔孔高h之比介于2至4之间。5.根据权利要求1所述的一种斜拉桥钢箱桥塔过索孔的贴板补强方法，其特征在于，步骤(1)中，所述开孔板开孔削弱后的极限受压强度σu按照如下公式计算： σ u = ( 1.02 - d b ) σ y , ]]>其中：σy为钢材的屈服强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：程斌，娄煜，王健磊，李纯，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31