[发明专利]一种钢箱梁加固结构及其加固方法

说明书

本发明公开了一种钢箱梁加固结构及其加固方法，包括箱梁本体，该箱梁本体包括间隔设置的横隔板、在横隔板上开设的贯通的槽口，在槽口内的两侧边开有弧形缺口，在弧形缺口存在疲劳开裂风险或已有疲劳裂纹区域、且位于横隔板的侧面上设置有补强板。本发明通过对横隔板存在疲劳开裂风险或已有疲劳裂纹的区域进行加固，显著提高了弧形缺口部位横隔板的局部刚度，可抑制或延迟疲劳裂纹的萌生或有效抑制裂纹扩展，大幅提高疲劳寿命。而且，加固方法不对横隔板原结构造成新损伤，构造简单，施工方便。

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种钢箱梁加固结构及其加固方法。

背景技术

正交异性桥面钢箱梁广泛应用于大中型桥梁建设，钢箱梁的结构包括间隔设置的横隔板、顶板、底板、垂直于底板两端设置的竖向加劲肋、在横隔板上开设的贯通的槽口、固定于槽口内的U肋，所述横隔板固定设置于底板上且固定于两竖向加劲肋之间，所述顶板固定于U肋及竖向加劲肋顶部，在横隔板中部设有水平加劲肋。在槽口内的两侧边开有弧形缺口，弧形缺口的棱边与U肋之间留有间隙。通常情况下，U肋的两侧面是与槽口的两侧边上半部分焊接，下半部分不焊接，在下半部分位置处开设弧形缺口，开设弧形缺口的目的是为了不让U肋与槽口直接接触，以通过间隙容纳U肋受力后产生的变形。

然而，钢箱梁的疲劳问题是桥梁工程界一大世界难题。交通运输部调研结果显示，调研的19座悬吊体系钢箱梁桥中，15座存在钢箱梁疲劳问题。在钢箱梁各类疲劳病害中，横隔板弧形缺口处母材开裂所占比例颇高（约为60%～75%），对于其加固方法工程界仍未取得较为一致的结论。根据工程经验或有限元计算，弧形缺口存在疲劳开裂风险区域一般位于弧形缺口外轮廓区域。已经开裂后，疲劳裂纹一般是从弧形缺口外轮廓开始朝外延伸。

传统的加固方法包括：止裂孔法，裂纹填充法，改进几何形状法，以及栓接钢板法等。止裂孔法存在裂纹尖端位置较难确定，裂纹可穿过止裂孔继续发展等问题。裂纹填充法对填充材料的性能及施工工艺要求高，止裂效果良莠不齐。改进几何形状法可能降低结构的刚度和极限承载能力，对于长裂纹无法适用。栓接钢板法所增加的螺栓钻孔对横隔板造成新的损伤，增加重量较大，对裂纹尖端应力改善效果难以评估，需要针对不同裂纹走向逐一制定加固方案，给设计与施工带来极大的困难。新近研发的UHPC法虽能显著降低桥面板及其与U肋连接细节的疲劳应力，但对远离桥面的弧形切口部位横隔板母材应力幅改善不大，并且造价高昂。

本案涉及的专业术语解释如下：

UHPC：超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。

FRP：纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP）。主要有三种：碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（Glass Fiber Reinforced Polymer，简称GFRP）和芳纶纤维增强聚合物（AramidFiber Reinforced Polymer，简称AFRP）。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种施工方便，可有效抑制裂纹发展、大幅提高疲劳寿命的钢箱梁加固结构及其加固方法。

本发明解决问题的技术方案是：一种钢箱梁加固结构，包括箱梁本体，该箱梁本体包括间隔设置的横隔板、在横隔板上开设的贯通的槽口，在槽口内的两侧边开有弧形缺口，在弧形缺口存在疲劳开裂风险或已有疲劳裂纹的区域、且位于横隔板的侧面上设置有补强板。

上述所述的弧形缺口存在疲劳开裂风险区域是指位于横隔板上的弧形缺口外轮廓区域。开裂后，疲劳裂纹一般是从弧形缺口外轮廓开始朝外延伸。