钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法
【专利摘要】本发明提供了一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，所述方法步骤包括：(1)根据开设检修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围板尺寸；(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)，直到补强后的极限受压强度达到设计要求为止；(5)按照要求将围板焊接在开孔板上。本发明理论可靠、逻辑清楚、方法简单。
【专利说明】
钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法
技术领域
[0001] 本发明设及属于钢结构设计与构造技术领域，具体的，设及一种钢箱桥塔长圆形 检修孔的围板补强方法。
【背景技术】
[0002] 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=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±桥塔相比，钢桥塔在满足相同承 载能力的情况下可W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±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± 桥塔结构更加经济。此外，斜拉桥的拉索错固区受力复杂、局部应力大，若采用钢筋混凝± 桥塔，需要在拉索错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W避 免运些问题。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W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=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。
[0003] 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 开孔，其中最为典型的是长圆形通行孔。运些人员通行孔通常开设在桥塔根部的外壁板和 内部竖向隔板上，孔桐形状多为由上下两个半圆形和中间一个矩形组成的长圆形(见图2)。 据统计，钢桥塔长圆形通行孔的开孔率多介于0.2~0.5之间。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。对于钢箱桥塔的开孔板而言，当通行孔开设于桥塔根部时， 板件承受着非常高的压应力。因此，过大的孔桐尺寸或过多的孔桐数量将可能导致运些开 孔板的正常使用或结构安全难W满足，必要时需采取合理、有效的措施进行孔桐补强。
[0004] 经检索，公开号为CN 101457591U、申请号为200810154696.8的中国发明专利，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。
[0005] 上述专利不适用于孔桐形状为长圆形、且钢板处于面内受压工况的情形，无法作 为钢桥塔内部开设通行孔的补强方法，并且没有给出补强前和补强后的强度处理方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，实现补强后的 开孔钢板受压强度达到要求。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[000引本发明提供一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，所述方法包括W下步 骤：
[0009] 步骤（1):根据钢箱桥塔开设长圆形检修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；
[0010] 步骤(2):根据开孔板几何特征和实际工程需求，选定围板尺寸；
[0011] 步骤(3):根据步骤(2)围板尺寸，计算补强后的极限受压强度；
[0012] 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，贝U 重复步骤(2)到步骤(4)，直到补强后的开孔板强度达到设计要求为止；
[0013] 步骤(5):根据符合设计要求的围板尺寸，将围板焊接在开孔板上：
[0014] 首先将围板卷曲成与检修孔相内切的长圆形闭合环，并在首尾相接处施加对接烙 透焊缝;然后将围板放入检修孔内，保持围板沿开孔板中面左右对称;再沿围板与开孔板交 线处施加整圈角焊缝将围板与开孔板焊接固定。
[0015] 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竖向高度 a与横向宽度b之比介于2至5之间。
[0016] 优选地，步骤（1)中，所述检修孔为长圆形，其中长圆形由上下两个半圆形与中间 一个矩形组成。
[0017] 更优选地，所述检修孔孔高h与检修孔孔宽d之比介于1.5至3之间。
[0018] 更优选地，所述检修孔宽度d与开孔板横向宽度b之比介于0.1至0.7之间。
[0019] 优选地，步骤（1)中，所述开孔板开孔削弱后的极限受压强度Ou按照如下公式计 算：
[0020]
[0021] 其中：Oy为钢材的屈服强度，d为检修孔孔宽，b为开孔板横向宽度。
[0022] 优选地，步骤(2)中，所述围板补强适用于检修孔孔桐宽度d/b〉0.3或强度提高需 求《1.4〇u的情况，其中：〇u为板件开孔削弱后的极限受压强度，d为检修孔孔宽，b为开孔板 横向宽度。
[0023] 优选地，步骤(2)中，所述围板尺寸包括围板厚度和围板宽度，其中：围板厚度tr不 大于<2.67^ + 0.4^*为开孔板厚度;所述围板宽度hr与围板厚度t之比介于8至12之间。
[0026] 其中：Ou为开孔板开孔削弱后的极限受压强度。
[0024] 优选地，步骤(3)中，所述开孔板在围板补强后的极限受压强度Oru按照如下公式计 算：
[0025]
[0027] 优选地，步骤(5)中：
[002引围板的长度为3T(d-tr)+2化-d)、厚度为心、宽度为hr;
[0029] 角焊缝的焊脚高度不小于6mm与0.5tr之间的较大值。
[0030] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0031] 本发明针对钢箱桥塔内部开设检修孔的钢板，提供了一种行之有效的补强方法， 能够很好地弥补钢桥塔内部受压板件由于开孔而造成的强度削弱，并可根据实际工程的强 度需求进行选择采用。本发明理论可靠、逻辑清楚、方法简单。
【附图说明】
[0032] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0033] 图1为本发明一实施例的钢箱桥塔内部开设检修孔及围板补强示意图，其中：（a) 为开孔未补强示意图，（b)为围板补强示意图；
[0034] 图2为本发明一实施例的钢箱桥塔内部检修孔构造图；
[0035] 图3为本发明一实施例的经过围板补强的开设长圆形检修孔的钢桥塔钢板的构造 图，其中：（a)为主视图，（b)为侧视图，（C)为俯视图；
[0036] 图4为本发明一实施例的实施流程图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0038] 如图1中（a)所示，开设长圆形检修孔的钢桥塔钢板主要由桥塔壁板、横向隔板和 竖向隔板组成，并且处于竖向压力荷载工况下；如图1中（b)所示，开设长圆形检修孔的钢桥 塔钢板的围板补强方法，主要是按照施工要求，将围板焊接在长圆形孔桐的内侧。
[0039] 如图2所示，本实施例的对象是钢箱桥塔内部开设有检修孔的受压钢板，其尺寸包 括:钢板竖向高度a、钢板横向宽度b、钢板厚度t，W及检修孔孔高h、检修孔孔宽d，其中：钢 板竖向高度a与钢板横向宽度b之比介于2到5之间，检修孔孔高h与检修孔孔宽d之比介于 1.5至3之间，检修孔孔宽d与钢板横向宽度b之比介于0.1至0.7之间。
[0040] 如图3中（a)、（b)、（c)所示，一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，具体的 施工方法是:首先将围板钢条卷曲成与检修孔相内切的长圆形闭合环，并在首尾相接处施 加对接烙透焊缝，然后将围板钢条放入检修孔内，保持围板钢条沿受压钢板中面左右对称， 再沿围板钢条与受压钢板交线处施加整圈角焊缝将围板钢条与受压钢板焊接固定。
[0041] 如图4所示，一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，所述方法具体包括如下 步骤：
[0042] (1)根据受压钢板的几何尺寸(包括受压钢板的宽度、厚度、长度、开孔宽度和开孔 长度)和材料特性，利用公式
计算开孔削弱后的极限受压强度，其中：〇y为钢 材的屈服强度，d为检修孔孔宽，b为钢板横向宽度；
[0043] (2)根据受压钢板几何特征(包括宽厚比b/t、长宽比a/bW及开孔率d/b的要求）， 围板补强适用于检修孔孔桐宽度较大(d/b〉0.3)或强度提高需求较小（《1.4〇u)的情况，要 求角焊缝的焊脚高度不小于6mm与0.5tr之间的较大值，围板钢条厚度tr不大于 f J \ 2.67^ + 0.4 f (其中t为受压钢板厚度）；围板钢条宽度hr与围板钢条厚度tr之比介于8至12 V 白 y 之间;然后根据实际工程对于强度提高的需求选定合适的围板钢条尺寸；
[0044] (3)基于公式计算补强后的极限受压强度，所述受压钢板在围板补强后的极限受 压强度(^按照公^5
f算；
[0045] (4)验算补强后的受压钢板强度，若不满足设计要求，则重复步骤(2)到（4)，直到 补强后的开孔板强度达到设计要求为止；
[0046] (5)按照要求将围板钢条焊接在受压钢板上，具体的：
[0047] 首先将长度为n(d-tr)+2化-d)、厚度为心、宽度为hr的围板钢条卷曲成与检修孔相 内切的长圆形闭合环，并在首尾相接处施加对接烙透焊缝;然后将围板钢条放入检修孔内， 保持围板钢条沿受压钢板中面左右对称;再沿围板钢条与受压钢板交线处施加整圈角焊缝 将围板钢条与受压钢板焊接固定，其中角焊缝的焊脚高度不小于6mm与0.5tr之间的较大 值。
[004引综上实施例，可W弥补钢箱桥塔内部开设检修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W计算确定补强之后的钢板受压极限强度，但应 当认识到上述描述不应被认为是本发明的限制。除此之外，本发明还有其它实施方式。 [0049] W上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可W在权利要求的范围内做出各种变形或修改，运并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 步骤（1):根据钢箱桥塔开设长圆形检修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，选定围板尺寸； 步骤(3):根据步骤(2)围板尺寸，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)，直到补强后的开孔板强度达到设计要求为止； 步骤(5):根据符合设计要求的围板尺寸，将围板焊接在开孔板上： 首先将围板卷曲成与检修孔相内切的长圆形闭合环，并在首尾相接处施加对接熔透焊 缝;然后将围板放入检修孔内，保持围板沿开孔板中面左右对称;再沿围板与开孔板交线处 施加整圈角焊缝将围板与开孔板焊接固定。2. 根据权利要求1所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，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竖向高度a与横向宽度b之比 介于2至5之间。3. 根据权利要求1所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，其特征在于，步 骤(1)中，长圆形检修孔，其中长圆形由上下两个半圆形与中间一个矩形组成。4. 根据权利要求3所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，其特征在于，所 述检修孔孔高h与检修孔孔宽d之比介于1.5至3之间。5. 根据权利要求3所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，其特征在于，所 述检修孔孔宽d与开孔板横向宽度b之比介于0.1至0.7之间。6. 根据权利要求1所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，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按照如下公式计算：其中：Oy为钢材的屈服强度，d为检修孔孔宽，b为开孔板横向宽度。7. 根据权利要求1所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法干 骤(2)中，所述围板尺寸包括围板厚度和围板宽度，其中：围板厚度tr不大t为开孔板厚度;围板宽度hr与围板厚度tr之比介于8至12之间。8. 根据权利要求1所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，其特征在于，步 骤(3)中，所述开孔板在围板补强后的极限受压强度 〇ru按照如下公式计算：其中为开孔板开孔削弱后的极限受压强度。9. 根据权利要求1-8任一项所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，其特 征在于，步骤(5)中：围板的长度为π(d_t r)+2(h-d)、厚度为tr、宽度为hr。10. 根据权利要求1-8任一项所述的一种钢箱桥塔长圆形检修孔的围板补强方法，其特 征在于，步骤(5)中：角焊缝的焊脚高度不小于6_与0.5t r之间的较大值。
【文档编号】E01D22/00GK106012871SQ201610398276
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】程斌, 娄煜, 王健磊, 李纯
【申请人】上海交通大学