[实用新型]一种提高抗疲劳强度的波形钢腹板梁结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及建筑和桥梁结构领域，具体是一种提高抗疲劳强度的波形钢腹板梁结构。 

背景技术

用于建筑和桥梁的焊接波形钢腹板梁在服役周期中常常承受交变反复荷载，有必要对波形钢腹板与钢梁翼缘板连接部位的疲劳安全性进行充分考虑。波形钢腹板钢梁主要由波形钢板与钢梁翼缘板焊接而成。由于波形钢腹板有较高的剪切屈曲强度，并在纵向受拉变形作用下具有类似于手风琴效应的自由伸缩特点，所以在平面内弯矩所产生的拉应力主要由钢梁翼缘板承担。在构造上，波形钢腹板的倾斜段与纵向拉应力的方向呈一定交角，使得在钢翼缘板上传递的应力流到此受到一定的阻碍，同时该处又比邻连接焊缝区域，由此造成局部应力集中。当该交角较大时，在波形钢腹板倾斜段与钢梁翼缘板边缘之间区域的应力集中更为突出，更容易形成结构疲劳薄弱部位，导致过早的发生疲劳破坏。 

在钢-混组合梁的应用中，腹板与混凝土上下桥面板连接，其连接部是最重要的构造部位，要有良好能力传递作用纵向的水平剪力以及抵抗与纵向方向垂直的弯矩，以保证组合梁安全。翼缘型抗剪连接件可提供较好的承载能力以抵抗横向弯矩和纵向剪力作用，已在钢-混凝土组合梁中被较多的采用。如中国专利局于2010.12.15公告的申请号201020185948.6实用新型名称《一种抗剪连接件》的实用新型中，采用直接在波形钢腹板上开孔并在波形钢板上焊接翼缘板构成。但是近年来国内外的疲劳试验研究发现，与波形钢腹板相联的受拉钢梁翼缘板上仍然容易产生疲劳开裂并影响了组合梁的疲劳强度，而现有的方法主要是保证静力安全强度，但并没有更多的涉及到梁的疲劳性能问题。 

经验表明，由于应力集中而导致疲劳裂纹在与腹板相联的钢梁翼缘板上萌生后，在反复应力（如：车轮荷载）作用下导致连接焊缝处的疲劳开裂，危害大且修复困难。此外，在加工制作的施焊时，如果焊接本身存在局部未熔合部分，往往易形成天然的初始裂纹并发展为裂纹源，加剧疲劳开裂。 

实用新型内容

    本实用新型提供了一种提高抗疲劳强度的波形钢腹板梁结构，针对波形钢腹板倾斜段交角较大的情况，解决了以往波形钢腹板梁的翼缘板在波形腹板倾斜段及其与平直段的过渡部位附近的连接焊缝处容易出现应力集中，并导致疲劳开裂，危害大且修复困难；同时，焊接本身存在局部未熔合部分，往往易形成天然的初始裂纹并发展为裂纹源，局部突出的应力集中造成疲劳开裂加剧的问题。 

    本实用新型为解决技术问题主要通过以下技术方案实现：一种提高抗疲劳强度的波形钢腹板梁结构，包括两块翼缘板以及设置在两块翼缘板之间的波形腹板，波形腹板包括纵向平直段和倾斜段，所述至少一块翼缘板的外侧设有加强板，所述加强板在翼缘板上的投影为波形。在平面内弯矩作用下，往往以钢梁的下翼缘板承受拉应力，且钢梁翼缘板上应力集中部位多位于波形腹板倾斜段及其与平直段的过渡部位附近，从而容易造成疲劳破坏在这些区域发生，当增加加强板后，拉应力流在钢梁受拉翼缘板上传递时，波形钢腹板与加强板可较好地对受拉翼缘板内的拉应力流进行层向分流，从而很好的缓解钢梁翼缘板在波形钢腹板的倾斜段及其与平直段的过渡部位附近的应力集中；通常情况下，波形腹板与翼缘板采用的是焊缝连接，翼缘板上会形成焊缝，加强板与翼缘板也可通过焊缝连接，连接方式可以是角缝焊接也可以是对接缝焊接，可采用与波形腹板和翼缘板的焊接相同的焊接方式。 

    进一步地，所述加强板垂直于翼缘板。加强板垂直于翼缘板后，能够更好地实现拉应力层向分流。 

    进一步地，所述加强板在翼缘板上的投影与波形腹板在翼缘板上的投影位于同一坐标轴上，且相差1/2个波长。加强板与波形腹板成反向对称，即加强板的波峰对应波形腹板的波谷，而加强板的波谷对应波形腹板的波峰，此时的拉应力分流效果是较佳的。 

    进一步地，还包括若干剪力钉，所述剪力钉横向贯穿加强板。该部分运用到钢混凝土组合梁结构时，剪力钉及贯通钢筋的作用在于使嵌入的加强板能更好的抵抗水平剪力，提高混凝土板的抗裂性，改善结构的耐久性。 

    进一步地，所述剪力钉贯穿于加强板的平直段，且剪力钉与加强板的平直段垂直。由于贯穿于加强板平直段的剪力钉与翼缘纵向拉应力方向垂直，可以较大限度的发挥其抵抗剪力的作用。同时，不在加强板倾斜段设置剪力钉，可以避免与纵向贯通钢筋靠得太近，而引起的构造困难。 

    进一步地，还包括若干贯通钢筋，所述贯通钢筋纵向贯穿于加强板的倾斜段，且贯通钢筋与剪力钉垂直。