單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，所述方法步驟包括：(1)根據(jù)開設通行孔的板件即開孔板的幾何尺寸和材料特性，計算開孔削弱后的極限受壓強度；(2)根據(jù)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)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)，直到補強后的極限受壓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(fā)明理論可靠、邏輯清楚、方法簡單。
【專利說明】
單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及鋼結構設計與構造技術領域，具體的，設及一種單軸受壓開長圓形孔 鋼板的孔邊加勁補強方法。
【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(yōu)點。近年來，隨著香港汀 九橋、南京長江第=大橋、泰州長江大橋、寧波外灘大橋等橋梁的陸續(xù)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(chǎn)制造，然后到現(xiàn)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(jīng)濟。此外，斜拉橋的拉索錯固區(qū)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(qū)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(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展成為各國政府的戰(zhàn)略方針，人們?nèi)找嬷匾晫τ邢拶Y源 的節(jié)約利用和對自然環(huán)境的保護，國際上也提出了可持續(xù)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(jīng)濟性，降低不可再生資源的消耗，提高工 業(yè)和建筑廢料的再利用W及減少對環(huán)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=代結構設計的新理念。我國經(jīng)濟建設不斷健康發(fā)展，鋼產(chǎn) 量與品質不斷提高，國家的工程建設技術政策己經(jīng)發(fā)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 開孔，其中最為典型的是長圓形通行孔。運些人員通行孔通常開設在橋塔根部的外壁板和 內(nèi)部豎向隔板上，孔桐形狀多為由上下兩個半圓形和中間一個矩形組成的長圓形(見圖2)。 據(jù)統(tǒng)計，鋼橋塔長圓形通行孔的開孔率多介于0.2~0.5之間。較大的開孔率將對鋼橋塔受 壓板件的力學性能產(chǎn)生不可忽略的影響，具體表現(xiàn)為:①開孔板在面內(nèi)荷載作用下產(chǎn)生孔 邊應力集中現(xiàn)象，可能導致鋼板發(fā)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。對于鋼箱橋塔的開孔板而言，當通行孔開設于橋塔根部時， 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(shù)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(jīng)檢索，公開號為CN 101457591U、申請?zhí)枮?00810154696.8的中國發(fā)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(qū)內(nèi)開通孔;根據(jù)開孔位置、孔徑確定 出所需要的補強環(huán)的結構，將補強環(huán)焊接在所述通孔上。
[0005] 上述專利不適用于孔桐形狀為長圓形、且鋼板處于面內(nèi)受壓工況的情形，無法作 為鋼橋塔內(nèi)部開設通行孔的補強方法，并且沒有給出補強前和補強后的強度處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔 邊加勁補強方法，實現(xiàn)補強后的開孔鋼板受壓強度達到要求。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術方案：
[0008] 本發(fā)明提供一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，所述單軸受壓開 長圓形孔鋼板是指處于面內(nèi)單軸受壓狀態(tài)且通行孔為長圓形孔的開孔板；
[0009] 所述方法包括W下步驟：
[0010] 步驟(1):根據(jù)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；
[0011] 步驟(2):根據(jù)開孔板幾何特征和實際工程需求，選定加勁板尺寸；
[0012]步驟(3):根據(jù)步驟(2)，計算補強后的極限受壓強度；
[0013] 步驟(4):根據(jù)步驟(3)的結果，驗算補強后的開孔板強度；
[0014] 若補強后的開孔板強度不滿足設計要求，則重復步驟(2)到步驟(4)，直到補強后 的開孔板強度達到設計要求為止；
[001引步驟(5):根據(jù)符合設計要求的力勵板尺寸，將力勵板焊接在開孔板上：
[0016] 將兩塊加勁板沿平行于長圓孔直邊方向放置于開孔板的同一側，并各自位于長圓 孔的兩側，保持加勁板板面與開孔板板面相垂直，并保持加勁板與長圓孔直邊的凈距為加 勁板厚度;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。
[0017] 優(yōu)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豎向高度 a與橫向寬度b之比介于2至5之間。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述通行孔為長圓形孔，其中長圓形由上下兩個半圓形與中 間一個矩形組成。
[0019] 更優(yōu)選地，所述通行孔孔高h與通行孔孔寬d之比介于1.5至3之間。
[0020] 更優(yōu)選地，所述通行孔孔寬d與開孔板橫向寬度b之比介于0.1至0.7之間。
[0021] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述開孔板開孔削弱后的極限受壓強度Ou按照如下公式計 算：
[0022]
[0023] 其中：Oy為鋼材的屈服強度，d為通行孔孔寬，b為開孔板橫向寬度。
[0024] 優(yōu)選地，步驟(2)中，所述加勁補強適用于通行孔孔桐寬度d/b〉0.3且強度提高需 求>1.9〇u的情況，其中：〇u為板件開孔削弱后的極限受壓強度，d為通行孔孔寬，b為開孔板 橫向寬度。
[0025] 優(yōu)選地，步驟(2)中，所述加勁板尺寸包括加勁板厚度和加勁板寬度，其中：加勁板 厚度ti不大于
，*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。
[0026] 優(yōu)選地，步驟(3)中，所述開孔板在加勁補強后的極限受壓強度Oiu按照如下公式計 算：
[0027]
[0028] 其中：Ou為板件開孔削弱后的極限受壓強度。
[0029] 優(yōu)選地，步驟(5)中：兩塊加勁板的厚度為ti、寬度為hi、長度為化-2ti);
[0030] 優(yōu)選地，步驟(5)中：角焊縫的焊腳高度不小于6mm與0.5ti之間的較大值。
[0031] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0032] 本發(fā)明針對鋼箱橋塔內(nèi)部開設通行孔的鋼板，提供了一種行之有效的補強方法， 能夠很好地彌補鋼橋塔內(nèi)部受壓板件由于開孔而造成的強度削弱，并可根據(jù)實際工程的強 度需求進行選擇采用。本發(fā)明理論可靠、邏輯清楚、方法簡單。
【附圖說明】
[0033] 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(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0034] 圖1為本發(fā)明一實施例的鋼箱橋塔內(nèi)部開設通行孔及加勁補強示意圖，其中：（a) 為開孔未補強示意圖，（b)為圍板補強示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明一實施例的鋼箱橋塔內(nèi)部通行孔構造圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明一實施例的經(jīng)過孔邊加勁補強的單軸受壓開長圓形孔鋼板的構造 圖，其中：（a)為主視圖，（b)為側視圖，（C)為俯視圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明一實施例的實施流程圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結合具體實施例對本發(fā)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(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)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(fā)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(fā)明 的保護范圍。
[0039] 如圖1中（a)所示，單軸受壓開長圓形孔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，單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊 加勁補強方法，主要是按照施工要求，將加勁板焊接在長圓形孔桐的兩側。
[0040] 如圖2所示，在一實施例中，對象是鋼箱橋塔內(nèi)部開設有通行孔的受壓鋼板，其尺 寸包括:鋼板豎向高度a、鋼板橫向寬度b、鋼板厚度t，W及通行孔孔高h、通行孔孔寬d，其 中：鋼板豎向高度a與鋼板橫向寬度b之比介于2至化之間;通行孔孔高h與孔寬d之比介于1.5 至3之間；通行孔孔寬d與鋼板橫向寬度b之比介于0.1至0.7之間。
[0041] 如圖3中（a)、（b)、（c)所示，一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法， 具體施工方法是:將兩塊加勁板沿平行于長圓孔直邊方向放置于受壓鋼板的同一側，并各 自位于長圓孔的兩側，保持加勁板與受壓鋼板相垂直，并保持加勁板與長圓孔直邊的凈距 為ti，再在加勁板兩側與受壓鋼板交線處施加整圈角焊縫將加勁板與受壓鋼板焊接固定。
[0042] 如圖4所示，一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，所述方法具體包 括如下步驟：
[0043] (1)根據(jù)受壓鋼板的幾何尺寸(包括受壓鋼板的寬度、厚度、長度、開孔寬度和開孔 長度)和材料特性，利用公式
計算受壓鋼板開孔削弱后的極限受壓強度Ou,其 中：Oy為鋼材的屈服強度，d為通行孔孔寬，b為鋼板橫向寬度；
[0044] (2)根據(jù)受壓鋼板幾何特征(包括寬厚比b/t、長寬比a/bW及開孔率d/b的要求）， 加勁補強適用于通行孔孔桐寬度較大(d/b〉0.3)且強度提高需求較大（> 1.9〇u)的情況，要 求角焊縫的焊腳高度不小于6mm與0.5tr之間的較大值，加勁補強的加勁板厚度ti不大于 1.巧f + aOS]/(其中：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 V h ； 間;然后根據(jù)實際工程對于強度提高的需求選定合適的加勁板尺寸；
[0045] (3)基于公式計算補強后的極限受壓強度，所述受壓鋼板在加勁補強后的極限受 壓強度Olu按照公式
計算；
[0046] (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；
[0047] (5)按照要求將加勁板焊接在受壓鋼板上，具體的：
[004引將兩塊厚ti、寬hi、長化-2ti)的加勁板沿平行于長圓孔直邊方向放置于受壓鋼板 的同一側，并各自位于長圓孔的兩側，保持加勁板板面與受壓鋼板板面相垂直，并保持加勁 板與長圓孔直邊的凈距為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。
[0049] 綜上實施例，可W彌補鋼箱橋塔內(nèi)部開設通行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(fā)明的限制。除此之外，本發(fā)明還有其它實施方式。
[0050] W上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)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(nèi)做出各種變形或修改，運并不影 響本發(fā)明的實質內(nèi)容。
【主權項】
1. 一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，其特征在于，所述單軸受壓開 長圓形孔鋼板是指處于面內(nèi)單軸受壓狀態(tài)且通行孔為長圓形孔的開孔板； 所述方法包括以下步驟： 步驟（1):根據(jù)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； 步驟(2):根據(jù)開孔板幾何特征和實際工程需求，選定加勁板尺寸； 步驟(3):根據(jù)步驟(2)，計算補強后的極限受壓強度； 步驟(4):根據(jù)步驟(3)的結果，驗算補強后的開孔板強度； 若補強后的開孔板強度不滿足設計要求，則重復步驟（2)到步驟(4)，直到補強后的開 孔板強度達到設計要求為止； 步驟(5):根據(jù)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長圓孔直邊方向放置于開孔板的同一側，并各自位于長圓孔的 兩側，保持加勁板板面與開孔板板面相垂直，并保持加勁板與長圓孔直邊的凈距為加勁板 厚度;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(jù)權利要求1所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，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豎向高度a與橫向寬 度b之比介于2至5之間。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，其特征 在于，步驟（1)中，所述通行孔為長圓形孔，其中長圓形由上下兩個半圓形與中間一個矩形 組成。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，其特征 在于，所述通行孔孔高h與通行孔孔寬d之比介于1.5至3之間。5. 根據(jù)權利要求3所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，其特征 在于，所述通行孔孔寬d與開孔板橫向寬度b之比介于0.1至0.7之間。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，其特征 在于，步驟(1)中，所述開孔板開孔削弱后的極限受壓強度按照如下公式計算：其中：〇y為鋼材的屈服強度，d為通行孔孔寬，b為開孔板橫向寬度。7. 根據(jù)權利要求1所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，其特征 夂_聽述加勁板尺寸包括加勁板厚度和加勁板寬度，其中：加勁板厚度 tl不大 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(jù)權利要求1所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方法，其特征 在于，步驟(3)中，所述開孔板在加勁補強后的極限受壓強度 〇lu按照如下公式計算：其中：OuS板件開孔削弱后的極限受壓強度。9. 根據(jù)權利要求1-7任一項所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方 法，其特征在于，步驟(5)中：兩塊加勁板的厚度為ti、寬度為hi、長度為(h_2ti)。10. 根據(jù)權利要求1-7任一項所述的一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補強方 法，其特征在于，步驟(5)中：角焊縫的焊腳高度不小于6_與0.5七之間的較大值。
【文檔編號】E01D22/00GK106012870SQ201610396709
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】程斌, 婁煜, 王健磊, 李純
【申請人】上海交通大學