[发明专利]一种高强度抗疲劳模数式桥梁伸缩装置及施工方法

说明书

本发明公开了一种高强度抗疲劳模数式桥梁伸缩装置及其施工方法，包括车行道位移箱，车行道位移箱的两侧分别设置有边梁，边梁的外侧壁均匀分布有若干个锚板焊接件，两根边梁的中间设置有单根或多根中梁，车行道位移箱内水平穿设有与中梁垂直的横梁，特点是中梁与横梁之间焊接连接有上部外扩异形支撑垫块，上部外扩异形支撑垫块沿中梁长度方向的两侧分别固定设置有至少一根中梁支撑肋板，中梁支撑肋板的顶边与中梁焊接，中梁支撑肋板的侧边与横梁焊接连接，其施工方法中上部外扩异性支撑垫块的上表面通过满焊形式与中梁连接，优点是经过计算能满足国家规范对桥梁伸缩装置的强度与抗疲劳要求。

技术领域

本发明涉及桥梁连接部件及施工领域，尤其是涉及一种高强度抗疲劳模数式桥梁伸缩装置及施工方法。

背景技术

为了适应热胀冷缩等因素造成的桥梁结构长度变化，桥梁两端需要设置伸缩装置，其中模数式伸缩装置是一种常用的桥梁伸缩缝装置。如图1所示，模数式伸缩装置包含边梁、中梁、横梁等结构，通过调整边梁与横梁之间、横梁与横梁之间（多根横梁的情况）的缝宽，来适应桥梁结构的涨缩。模数式桥梁伸缩缝装置构造简单，施工方便，在工程中广泛应用。但是由于模数式伸缩装置存在横桥向贯通的伸缩缝，汽车车轮通过伸缩缝时，会产生跳车现象，对结构产生较大的冲击力，图1所示即为汽车轮胎对模数式伸缩装置产生的竖向和水平向的冲击力。在车轮冲击力作用下，模数式伸缩装置的早期破坏现象比较严重，其中中梁与横梁的焊接位置往往是工程中最早发现破坏的部位，其疲劳寿命难以达到预期，影响了桥梁结构的耐久性。

为了明确汽车荷载作用下强度与疲劳问题，我们对图1所示模数式桥梁伸缩装置的进行了有限元力学计算，其中荷载按照《公路桥梁伸缩缝装置设计指南》要求，对伸缩装置施加包含竖向与水平分量的移动轮压，其中竖向力，横向力，并在最不利位置布载。对有限元分析得到的结构应力，与屈服极限和脉动强度进行对比，其中脉动强度指标中包含了材料疲劳寿命的含义，脉动强度的算法为：

，

其中为引起破坏的脉动应力幅值；为R=-1时对应的等寿命应力幅，R为车辆轴重；为材料强度极限。传统的桥梁伸缩装置的中梁和焊缝材料为Q345B级钢材，屈服极限为345MPa，按照上述公式得到的脉动破坏强度为281MPa。

通过有限元分析我们发现，模数式桥梁伸缩装置在车辆荷载作用下的应力最大位置在中梁和横梁支撑垫块的焊接位置，如图2所示，该处也是桥梁伸缩装置中最先破坏的部位。在传统的模数式桥梁伸缩装置中，中梁和横梁之间通常用长方体型的支撑垫块焊接连接，支撑垫块上表面为平面，焊枪操作时只能接触到其四周，中间部分需靠热量熔透，熔透过程中容易形成未焊透、未熔合、夹渣等焊接缺陷，影响结构整体强度。施焊后支撑垫块如图3，形状接近长方体，由图可知，应力最大处在两侧焊脚部位，为397MPa，超过材料屈服极限345MPa，更是远远超过材料的脉动破坏强度281MPa，因此容易疲劳破坏。上述有限元分析表明，传统的模数式桥梁伸缩装置最先破坏的是焊趾部位，这一点得到了大量实际工程实例的印证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高强度和抗疲劳性能的高强度抗疲劳模数式桥梁伸缩装置及施工方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高强度抗疲劳模数式桥梁伸缩装置，包括车行道位移箱，所述的车行道位移箱的两侧分别设置有边梁，所述的边梁的外侧壁均匀分布有若干个锚板焊接件，两根所述的边梁的中间设置有单根或多根中梁，所述的车行道位移箱内水平穿设有与所述的中梁垂直的横梁，所述的中梁与所述的横梁之间焊接连接有上部外扩异形支撑垫块，所述的上部外扩异形支撑垫块沿所述的中梁长度方向的两侧分别固定设置有至少一根中梁支撑肋板，所述的中梁支撑肋板的顶边与所述的中梁焊接，所述的中梁支撑肋板的侧边与所述的横梁焊接连接。

所述的上部外扩异形支撑垫块从上到下依次由同轴设置的第一层棱台体、第二层倒棱台体、第三层长方体和第四层倒棱台体叠加而成，可根据实际需求调整各层之间的比例结构以避免焊脚尺寸过长。