一種開有連續橢圓孔受壓鋼板的補強方法
【專利摘要】本發明提供了一種開有連續橢圓孔受壓鋼板的補強方法，包括：(1)根據開設橢圓孔的板件即開孔板的幾何尺寸和材料特性，計算開孔板開孔削弱后的極限受壓強度；(2)根據開孔板幾何特征和實際工程需求，選定合適的補強方式和補強板尺寸；(3)基于公式計算補強后的極限受壓強度；(4)驗算補強后的開孔板強度，若不滿足設計要求，則重復步驟(2)到(4)，直到補強后的強度達到設計要求為止；(5)按照要求將補強板焊接在開孔板上。本發明理論可靠、邏輯清楚、方法簡單。
【專利說明】
-種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法
技術領域
[0001] 本發明屬于鋼結構設計與構造技術領域，具體的，設及一種開有連續楠圓孔受壓 鋼板的補強方法。
【背景技術】
[0002] 鋼橋塔具有體積小、自重輕、抗震性能好、施工周期短等優點。近年來，隨著香港汀 九橋、南京長江第Ξ大橋、泰州長江大橋、寧波外灘大橋等橋梁的陸續竣工和開工建設，鋼 橋塔在我國橋梁建設中得到了更加廣泛的應用。與混凝±橋塔相比，鋼橋塔在滿足相同承 載能力的情況下可W做得更加輕巧，在工廠生產制造，然后到現場進行拼裝，施工方便快 捷，并可縮短施工周期。雖然鋼橋塔的工程造價通常比混凝±橋塔高，但是采用鋼橋塔之后 基礎承受的重量要小很多，因此從工程項目的總體效益來看，鋼橋塔結構可能會比混凝± 橋塔結構更加經濟。此外，斜拉橋的拉索錯固區受力復雜、局部應力大，若采用鋼筋混凝± 橋塔，需要在拉索錯固區附近布置較多的預應力鋼筋，施工比較復雜，采用鋼橋塔則可W避 免運些問題。目前，經濟的可持續發展成為各國政府的戰略方針，人們日益重視對有限資源 的節約利用和對自然環境的保護，國際上也提出了可持續工程和綠色工程的概念。21世紀 的橋梁設計將更加重視結構的耐久性和全壽命經濟性，降低不可再生資源的消耗，提高工 業和建筑廢料的再利用W及減少對環境的破壞和影響。鋼材作為綠色建材，將大有用武之 地，采用鋼橋塔設計完全符合第Ξ代結構設計的新理念。我國經濟建設不斷健康發展，鋼產 量與品質不斷提高，國家的工程建設技術政策己經發生重大變化，今后將會有更多的橋梁 工程會采用鋼橋塔結構形式。
[0003] 由于構造、施工、檢修、維護等需要，不可避免對鋼箱橋塔中的某些受力板件進行 開連續楠圓楠圓孔，此類開孔板專口針對斜拉橋而言，主要出現在塔頂部的拉索區段。拉索 貫穿外壁板進入橋塔頂部錯固之后，在外壁板不可避免的留下單排或雙排連續分布的楠圓 孔，見圖2。較大的開孔率將對鋼橋塔受壓板件的力學性能產生不可忽略的影響，具體表現 為:①開孔板在面內荷載作用下產生孔邊應力集中現象，可能導致鋼板發生局部破壞，并影 響其疲勞性能;②受壓開孔板的彈性屈曲臨界荷載和彈塑性受壓極限強度均隨著孔徑增大 而顯著降低，且當板件寬厚比較小時（即厚板)的降低幅度更為明顯。對于鋼箱斜拉橋橋塔 的開孔板而言，當楠圓孔開設于塔頂拉索區段時，板件承受著非常高的壓應力。因此，過大 的孔桐尺寸或過多的孔桐數量將可能導致運些開孔板的正常使用或結構安全難W滿足，必 要時需采取合理、有效的措施進行孔桐補強。
[0004] 經檢索，公開號為CN 101457591U、申請號為200810154696.8的中國發明專利，該 專利公開了一種鋼梁貫通孔補強方法，在鋼梁的塑性區內開通孔;根據開孔位置、孔徑確定 出所需要的補強環的結構，將補強環焊接在所述通孔上。
[0005] 上述專利不適用于孔桐形狀為楠圓形、且鋼板處于面內受壓工況的情形，無法作 為鋼橋塔內部開設楠圓孔的補強方法，并且該專利沒有給出補強前和補強后的強度計算公 式。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強 方法，實現補強后的開孔鋼板受壓強度達到要求。
[0007] 為實現上述目的，本發明采用W下技術方案：
[0008] 本發明提供一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟(1):根據開設連續楠圓孔的板件即開孔板的幾何尺寸和材料特性，計算開孔 板開孔削弱后的極限受壓強度;所述開孔板開孔削弱后的極限受壓強度〇u按照W下公式計 算：
[0010]
[001。 其中：Oy為鋼材的屈服強度，d為楠圓孔孔寬，b為開孔板橫向寬度；
[0012] 步驟(2):采用加勁補強方式，選定加勁板尺寸；
[0013] 步驟(3):根據步驟(2)的加勁板尺寸，計算補強后的極限受壓強度;所述補強后的 極限受壓強度oiu基于如下公式計算：
[0014]
[0015] 其中，ti為加勁板厚度，t為開孔板厚度;〇u為開孔板開孔削弱后的極限受壓 強度；
[0016] 步驟(4):根據步驟(3)的結果，驗算補強后的開孔板強度，若不滿足設計要求，貝U 重復步驟(2)到步驟(4)，直到補強后的極限受壓強度達到設計強度要求為止；
[0017] 步驟(5):根據符合設計要求的力勵板尺寸，將力勵板焊接在開孔板上。
[0018] 將兩塊加勁板沿平行于連續楠圓孔長軸方向放置于開孔板的同一側，并位于連續 楠圓孔的兩側;保持加勁板板面與開孔板板面垂直，并保持加勁板與連續楠圓孔直邊的凈 距為ti;再在加勁板兩側與開孔板交線處施加角焊縫將加勁板與開孔板焊接固定。
[0019]優選地，步驟(1)中，所述開孔板處于面內單軸受壓狀態。
[0020]優選地，步驟(1)中，所述開孔板被豎向加勁肋和橫向加勁肋分隔之后的橫向寬度 b與厚度t之比介于10至30之間。
[0021 ] 優選地，步驟（1)中，所述楠圓孔孔寬d與開孔板橫向寬度b之比介于0.1至0.3之 間。
[0022] 優選地，步驟(1)中，所述楠圓孔孔間距離Is與楠圓孔孔高h之比介于2至4之間。
[0023] 優選地，步驟(2)中，所述加勁補強適用于加勁板厚度ti與開孔板厚度t比：ti/t〉 0.3，且強度提高需求> 1.4〇u的情況。
[0024] 更優選地，所述加勁補強包括:貫通式加勁補強和斷開式加勁補強;考慮到施工難 度，選定采用斷開式加勁補強。
[0025] 優選地，步驟(2)中，所述加勁板尺寸包括加勁板厚度、加勁板寬度，其中：加勁板 r 7 、 厚度ti不大于1.33- + 0.08 r，t為開孔板厚度;加勁板寬度hi與加勁板厚度ti之比介于8至 V由 ) 12之間。
[0026] 優選地，步驟(5)中：
[0027] 所述加勁板的厚度為ti、寬度為hi、長度為h-2ti;
[0028] 所述角焊縫的焊腳高度不小于6mm與0.5ti之間的較大值。
[0029] 與現有技術相比較，本發明的有益效果：
[0030] 本發明可W彌補鋼箱橋塔頂部開設單排連續楠圓孔導致鋼板受壓強度削弱的不 足，為之提供相對應的開孔補強方法，并且可W計算確定補強之后的鋼板受壓極限強度。本 發明理論可靠、邏輯清楚、方法簡單。
【附圖說明】
[0031] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0032] 圖1為本發明一實施例的鋼箱橋塔頂部開設楠圓孔及補強示意圖，其中：（a)為開 孔未補強示意圖，（b)為圍板補強示意圖；
[0033] 圖2為本發明一實施例的鋼箱橋塔頂部楠圓孔構造圖；
[0034] 圖3為本發明一實施例的經過加勁補強的開設有單排連續楠圓孔的受壓鋼板的構 造圖，其中：（a)為主視圖，（b)為側視圖，（C)為俯視圖；
[0035] 圖4為本發明一實施例的實施流程圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。W下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不W任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進。運些都屬于本發明 的保護范圍。
[0037] 如圖1中（a)所示，開設有連續楠圓孔的受壓鋼板主要由橋塔壁板、橫向隔板和豎 向隔板組成，并且處于豎向壓力荷載工況下;如圖1中（b)所示，鋼箱橋塔頂部開設有單排連 續楠圓孔的受壓鋼板的加勁補強方法，主要是按照施工要求，將加勁板焊接在開設有單排 連續楠圓孔的受壓鋼板上。
[0038] 如圖2所示，本實施例的對象是鋼箱橋塔頂部開設有單排連續楠圓孔的受壓鋼板， 其尺寸包括:鋼板豎向高度a、鋼板橫向寬度b、鋼板厚度tW及楠圓孔孔高h、楠圓孔孔寬d， 其中：楠圓孔橫向孔間距b/3,受壓鋼板被豎向加勁肋和橫向加勁肋分隔之后的橫向寬度b 與厚度t之比介于10至30之間，楠圓孔孔寬d與受壓鋼板橫向寬度b之比介于0.1至0.3之間， 楠圓孔孔間距離Is與楠圓孔孔高h之比介于2至4之間。
[0039] 如圖3中所示，（a)、（b)、（c)所示，一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，具體 是:將兩塊加勁板沿平行于連續楠圓孔長軸方向放置于受壓鋼板的同一側，并位于連續楠 圓孔的兩側，保持加勁板板面與受壓鋼板板面相垂直，并保持加勁板與楠圓孔直邊的凈距 為ti，再在加勁板兩側與受壓鋼板交線處施加角焊縫將加勁板與受壓鋼板焊接固定。
[0040] 如圖4所示，一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，所述方法包括如下具體步 驟：
[0041] (1)根據受壓鋼板的幾何尺寸，包括受壓鋼板的寬度b、厚度t、長度a、楠圓孔孔寬d 和楠圓孔孔高h，W及材料特性，其中需要滿足：寬厚比b/t《30,間隔率l/h>3(l為楠圓孔 中屯、距），開孔率0.1《d/b《0.2并且hi/ti = 10化功加勁板寬度，t功加勁板厚度）；利用公 式
計算受壓鋼板開孔削弱后的極限受壓強度，其中：〇y為鋼材的屈服強 度；
[0042] (2)根據受壓鋼板幾何特征包括開孔率d/bW及間隔率1/h的要求，加勁補強主要 適用于加勁板厚度與受壓鋼板厚度比較小(ti/t<0.3)且強度提高需求較大（>1.4〇u)的情 況，要求角焊縫的焊腳高度不小于6mm與0.5ti之間的較大值，加勁板厚度ti不大于1.3t，加 勁板橫向寬度bi介于2.5d至3.5d之間，加勁板豎向高度ai介于h+1.5d至]i+2.5d之間;然后根 據實際工程對于強度提高的需求選定合適的加勁板尺寸；
[0043] (3)基于公式計算補強后的極限受壓強度，采用公式
杉計算加勁補強后受壓鋼板的 極限受壓強度，其中：〇u為受壓鋼板開孔削弱后的極限受壓強度。
[0044] (4)驗算補強后的受壓鋼板強度，若不滿足設計要求，則重復步驟(2)到（4)，直到 補強后的極限受壓強度達到設計要求為止；
[0045] (5)按照補強施工方法將加勁板焊接在受壓鋼板上，具體的：
[0046] 將兩塊厚度為ti、寬度為hi、長度為化-2ti)的加勁板沿平行于連續楠圓孔長軸方 向放置于受壓鋼板的同一側，并位于連續楠圓孔的兩側;保持加勁板板面與受壓鋼板板面 垂直，并保持加勁板與連續楠圓孔直邊的凈距為ti;再在加勁板兩側與受壓鋼板交線處施 加角焊縫將加勁板與受壓鋼板焊接固定，其中角焊縫的焊腳高度不小于6mm與0.5ti之間的 較大值。
[0047] 綜上實施例，可W彌補鋼箱橋塔頂部開設單排連續楠圓孔導致鋼板受壓強度削弱 的不足，為之提供相對應的開孔補強方法，并且可W計算確定補強之后的鋼板受壓極限強 度，但應當認識到上述描述不應被認為是本發明的限制。除此之外，本發明還有其它實施方 式。
[004引 W上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述 特定實施方式，本領域技術人員可W在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，運并不影 響本發明的實質內容。
【主權項】
1. 一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征在于，所述開有連續楠圓孔受壓 鋼板是指處于面內單軸受壓狀態且開設連續楠圓孔的開孔板； 所述方法包括W下步驟： 步驟（1):根據開設連續楠圓孔的板件即開孔板的幾何尺寸和材料特性，計算開孔板開 孔削弱后的極限受壓強度;所述開孔板開孔削弱后的極限受壓強度〇u按照W下公式計算：其中：Oy為鋼材的屈服強度，d為楠圓孔孔寬，b為開孔板橫向寬度； 步驟(2 ):采用加勁補強方式，選定加勁板尺寸； 步驟(3):根據步驟(2)的加勁板尺寸，計算補強后的極限受壓強度;所述補強后的極限 受壓強度Olu基于如下公式計算：其中：^《1，t功加勁板厚度，t為開孔板厚度;〇u為開孔板開孔削弱后的極限受壓強度； 步驟(4):根據步驟(3)的結果，驗算補強后的開孔板強度，若不滿足設計要求，則重復 步驟(2)到步驟(4)，直到補強后的極限受壓強度達到設計強度要求為止； 步驟巧）:根據符合設計要求的加勁板尺寸，將加勁板焊接在開孔板上； 將兩塊加勁板沿平行于連續楠圓孔長軸方向放置于開孔板的同一側，并位于連續楠圓 孔的兩側;保持加勁板板面與開孔板板面垂直，并保持加勁板與連續楠圓孔直邊的凈距為 ti;再在加勁板兩側與開孔板交線處施加角焊縫將加勁板與開孔板焊接固定。2. 根據權利要求1所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征在于，步驟 (1)中，所述開孔板被豎向加勁肋和橫向加勁肋分隔之后的橫向寬度b與厚度t之比介于10 至30之間。3. 根據權利要求2所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征在于，步驟 (1)中：所述楠圓孔孔寬d與開孔板橫向寬度b之比介于0.1至0.3之間。4. 根據權利要求3所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征在于，步驟 (1) 中：所述楠圓孔孔間距離Is與楠圓孔孔高h之比介于2至4之間。5. 根據權利要求1所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征在于，步驟 (2) 中，所述加勁補強適用于加勁板厚度ti與開孔板厚度t比：ti/t〉0.3，且強度提高需求> 1.4〇u的情況。6. 根據權利要求5所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征在于，所述 加勁補強包括:貫通式加勁補強和斷開式加勁補強。7. 根據權利要求1所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征在于，步驟 (2)中，所述加勁板尺寸包括加勁板厚度、加勁板寬度，其中：加勁板厚度ti不大于t為開孔板厚度;加勁板寬度hi與加勁板厚度ti之比介于8至12之間。8. 根據權利要求1-7任一項所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征 在于，步驟(5)中：所述加勁板的厚度為ti、寬度為hi、長度為h-2ti。9.根據權利要求1-7任一項所述的一種開有連續楠圓孔受壓鋼板的補強方法，其特征 在于，步驟(5)中：所述角焊縫的焊腳高度不小于6mm與0.5ti之間的較大值。
【文檔編號】E01D19/14GK105970840SQ201610398266
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】程斌, 婁煜, 王健磊, 李純
【申請人】上海交通大學