一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构及方法技术

本发明专利技术涉及一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构及方法，加固结构包括开设在横隔板上的止裂孔以及设置在横隔板侧面的形状记忆合金片，疲劳裂纹的内端与弧形切口相连，外端与止裂孔相连，形状记忆合金片同时覆盖疲劳裂纹及止裂孔。与现有技术相比，本发明专利技术通过钻孔止裂与粘贴形状记忆合金片共同作用的冷修复方式，不引入焊接残余应力，显著提升横隔板弧形切口处的疲劳寿命，且具有加固方式简单、相对造价较低、施工难度低、安装方便快捷等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构及方法
本专利技术属于正交异性钢桥面板
，涉及一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构及方法。
技术介绍
正交异性钢桥面板，因其自重轻、承载能力大、适用范围广、施工周期短等突出优点，常作为钢桥的桥面结构体系。由于经济日益发达产生的交通量增长，许多早期建设的大跨度钢桥的正交异性板都出现了疲劳破坏问题。这些疲劳破坏产生后，不但会诱发桥面铺装反射裂纹、坑塘等多种病害，还会在裂纹开展到一定程度时直接影响结构的使用安全。因此，对桥面板疲劳裂纹的修复与加固具有重大现实意义。正交异性钢桥面板横隔板设置弧形切口的目的是为了释放纵肋挠曲带来的横隔板约束变形。但是这种弧形开口本身的几何性质同时也会导致应力集中，从而导致疲劳裂纹在此处产生。除本身的形状导致的应力集中之外，焊接时产生的残余应力也使得该部位更容易产生疲劳破坏。这些因素共同作用下将导致裂纹极易从横隔板的弧形切口处产生并扩展，直至横隔板断裂或顶板开裂，严重影响结构的正常运营，显著降低桥梁的寿命和安全性。研究显示，正交异性钢桥面板疲劳开裂现象普遍存在于各大桥梁中，而其中横隔板弧形切口处的疲劳损伤在总体疲劳病害中占有较高比例。目前针对桥梁横隔板弧形切口处疲劳裂纹的修复方法，主要有止裂孔法、钢板补强法和裂纹焊合法等，以上方法虽然对裂缝损伤部位进行了修复或强化，但是现场需要进行打磨、钻孔和焊接等操作，施工过程较为复杂，且修复效果高度依赖于打磨、焊接、钻孔等施工质量，稳定性难以保证，且焊缝或螺栓开孔处也易于发生二次开裂。因此，为了解决现有的大跨度钢结构桥正交异性板横隔板弧形切口处疲劳裂纹修复难题，亟待找到一种更加经济、简便、快捷，并具有足够强度和可靠性保证的修复技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构及方法。本专利技术使用形状记忆合金片作为补强板，配合使用止裂孔法，通过钻孔止裂与粘贴形状记忆合金片共同作用的冷修复方式进行加固，是一种施工简便、造价相对低廉、不对大桥正常交通运营产生影响的修复与加固方式。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构，所述的钢桥面板包括钢桥面板顶板、设置在钢桥面板顶板底部的纵向U肋以及多个间隔布设在钢桥面板顶板底部的横隔板，所述的横隔板的内侧开设有与纵向U肋相适配的弧形切口，所述的疲劳裂纹位于横隔板上，所述的加固结构包括开设在横隔板上的止裂孔以及设置在横隔板侧面的形状记忆合金片，所述的疲劳裂纹的内端与弧形切口相连，外端与止裂孔相连，所述的形状记忆合金片同时覆盖疲劳裂纹及止裂孔。优选地，所述的形状记忆合金为铁基形状记忆合金(Fe-SMA)。进一步地，所述的疲劳裂纹由内端向外端延伸，并且所述的疲劳裂纹与横隔板的外边缘不相连。疲劳裂纹并未延伸至横隔板的外边缘。进一步地，所述的形状记忆合金片与横隔板侧面之间设有结构胶，并通过结构胶粘贴在横隔板侧面。进一步地，所述的形状记忆合金片包括无胶区及有胶区，所述的有胶区通过结构胶粘贴在横隔板侧面，所述的无胶区覆盖疲劳裂纹及止裂孔。进一步地，所述的形状记忆合金片的两端均为有胶区，中部为无胶区。有胶区含有结构胶，用于粘贴锚固；无胶区不含结构胶，用于加热回复。进一步地，所述的有胶区与横隔板侧面之间设有多个玻璃珠。进一步地，所述的玻璃珠的直径为0.3-2.0mm。进一步地，所述的形状记忆合金片设置在横隔板的单侧或双侧。根据实际裂纹开裂状况和强度要求，形状记忆合金片通过结构胶粘贴于横隔板的单侧或双侧。进一步地，所述的形状记忆合金片的厚度为1-3mm。一种基于所述的钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构的加固方法，该方法包括以下步骤：1)在横隔板上钻出止裂孔。止裂孔应打在疲劳裂纹延伸方向端部，起到阻止裂纹进一步开裂的作用。止裂孔尺寸应在不过度影响整体强度的条件下尽可能大。2)将形状记忆合金片预拉伸后，贴合在横隔板侧面，并进行养护。3)对形状记忆合金片进行加热以产生预应力。利用热风枪或其他加热技术加热形状记忆合金片中间的回复区域，引入预应力。具体过程如下：1)钻止裂孔：在弧形切口处的疲劳裂纹开裂区域先判断出裂纹特征，打孔前先标记出裂纹尖端和止裂孔中心位置。然后先用小直径的钻头打定位孔，再用规定直径的钻头进行钻孔，直至贯穿钢板。2)表面处理：对横隔板两侧弧形切口疲劳裂纹处进行表面处理，即进行钢板打磨除锈处理，后将形状记忆合金片表面擦拭干净。3)粘贴形状记忆合金片：在形状记忆合金片两端的表面均匀涂抹结构胶，并在结构胶上均匀放置多颗小直径(0.3-2.0mm)的玻璃珠以控制胶层厚度，然后将形状记忆合金片与横隔板进行充分粘贴。粘贴前，形状记忆合金片在常温下进行预拉伸，一般使其产生约为4％的应变，也可根据实际情况选择预拉伸长度。确保形状记忆合金片的中间不进行粘贴锚固的回复区完全覆盖疲劳裂纹以及裂纹端部的止裂孔。4)固定养护：利用夹具将形状记忆合金片固定在横隔板上，待养护到结构胶形成一定强度后拆卸夹具。5)通电加热：在形状记忆合金片的中部加热区域布置热电偶以监测加热温度。使用玻璃纤维棉和铝箔胶带对加热区域四周进行包裹，以避免结构胶粘贴区域受高温影响。最后使用热风枪对形状记忆合金片中间的回复区进行加热，使其产生恢复变形，从而引入预应力，起到加固横隔板、阻止裂纹扩展的作用。本专利技术也可用于对存在疲劳开裂风险的横隔板进行加固。疲劳开裂风险区域一般位于横隔板上的弧形切口外轮廓区域。发生疲劳破坏时，疲劳裂纹一般由该弧形切口处向外延伸。存在疲劳开裂风险或已有疲劳裂纹的区域位于形状记忆合金片的中部，并且形状记忆合金片应完全覆盖裂纹区域，并使其处于形状记忆合金片中间部位。这种设计的优点在于：第一，疲劳裂纹受力时，形状记忆合金片能更好地发挥功效；第二，加热形状记忆合金片引入预应力时，能减少对两侧的扰动。利用形状记忆合金(SMA)作为补强板施加预应力能够避免机械方法的不足，同时增强局部结构刚度。Fe-SMA材料拥有独特的热机械响应，在常温下，当其形状被改变之后能够保留较大的残余应变，一旦被加热到一定的跃变温度，又可以恢复到变形前的形状。通过抑制这种形变的恢复，可用于对结构构件施加预应力。因此，通过利用将预变形的片状铁基记忆合金作为补强板，即可通过加热的方法引入预应力实现主动加固，操作过程简单，无损伤，产生的预应力均匀且适用于小范围或各类特殊部位的加固。具体在实施时，本专利技术在横隔板上疲劳裂纹的外尖端处钻出止裂孔，再将预拉伸的形状记忆合金片的两端粘贴于疲劳裂纹及止裂孔所构成的区域两侧，并且形状记忆合金片的中部完全覆盖疲劳裂纹及止裂孔，中间留出一部分无胶区作为待加热区域。通过加热该中段区域，利用形状记忆合金片形成自应力起到主动加固结构并达到遏制疲劳裂纹扩展的目的。本专利技术通过钻孔止裂与粘贴形状记忆合金片共同作用的冷修复方式，不引入焊接残余应力，显著提升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构，所述的钢桥面板包括钢桥面板顶板(1)、设置在钢桥面板顶板(1)底部的纵向U肋(2)以及多个间隔布设在钢桥面板顶板(1)底部的横隔板(3)，所述的横隔板(3)的内侧开设有与纵向U肋(2)相适配的弧形切口(4)，所述的疲劳裂纹(5)位于横隔板(3)上，其特征在于，所述的加固结构包括开设在横隔板(3)上的止裂孔(6)以及设置在横隔板(3)侧面的形状记忆合金片(7)，所述的疲劳裂纹(5)的内端与弧形切口(4)相连，外端与止裂孔(6)相连，所述的形状记忆合金片(7)同时覆盖疲劳裂纹(5)及止裂孔(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构，所述的钢桥面板包括钢桥面板顶板(1)、设置在钢桥面板顶板(1)底部的纵向U肋(2)以及多个间隔布设在钢桥面板顶板(1)底部的横隔板(3)，所述的横隔板(3)的内侧开设有与纵向U肋(2)相适配的弧形切口(4)，所述的疲劳裂纹(5)位于横隔板(3)上，其特征在于，所述的加固结构包括开设在横隔板(3)上的止裂孔(6)以及设置在横隔板(3)侧面的形状记忆合金片(7)，所述的疲劳裂纹(5)的内端与弧形切口(4)相连，外端与止裂孔(6)相连，所述的形状记忆合金片(7)同时覆盖疲劳裂纹(5)及止裂孔(6)。


2.根据权利要求1所述的一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构，其特征在于，所述的疲劳裂纹(5)由内端向外端延伸，并且所述的疲劳裂纹(5)与横隔板(3)的外边缘不相连。


3.根据权利要求1所述的一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构，其特征在于，所述的形状记忆合金片(7)与横隔板(3)侧面之间设有结构胶，并通过结构胶粘贴在横隔板(3)侧面。


4.根据权利要求3所述的一种钢桥面板横隔板弧形切口处疲劳裂纹加固结构，其特征在于，所述的形状记忆合金片(7)包括无胶区及有胶区，所述的有胶区通过结构胶粘贴在横隔板(3)侧面，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜旭，邓青儿，强旭红，吴炜，吕志林，孙修其，李欣然，
申请(专利权)人：同济大学建筑设计研究院集团有限公司，同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31