[发明专利]一种下连上空过肋孔正交异性钢桥面板单元及其制造方法

说明书

本发明提供一种下连上空过肋孔正交异性钢桥面板单元及其制造方法，在钢桥面板单元的横肋上设置新型过肋孔，保证纵肋连续穿过横肋，且过肋孔下部边缘与纵肋焊接，上部边缘与纵肋保持间隔不连接。本发明通过优化纵肋与横肋的连接设计，改善了桥面第二体系弯曲引起的横肋面外弯曲，降低了横肋过肋孔边缘的面外应力水平；通过改变钢桥面板单元横肋的结构形式，改善了钢桥面板单元的制造工艺，方便了横肋组装和焊接，提升了横肋与纵肋、横肋与面板、横肋与横隔板的焊接质量，增强了横肋过肋孔处的抗疲劳性能。

技术领域

本发明属于桥梁工程结构技术领域，具体涉及一种下连上空过肋孔正交异性钢桥面板单元及其制造方法。

背景技术

正交异性钢桥面板因其具有自重轻、承载能力高、工厂化制造等突出优点，在现代大跨和超大跨度钢结构桥梁和城市桥梁中得到了广泛应用。但其结构单元刚度小、服役荷载效应复杂、制造缺陷、装配误差等诸多因素的共同影响，呈现“普遍性、早发性、多发性、再现性”的典型特征，严重影响桥梁使用性能和运营性能，成为阻碍钢结构桥梁应用和发展的关键技术难题。目前正交异性钢桥面普遍存在早期疲劳断裂的问题，桥面加劲肋与横隔板连接处尤其突出。随机交通车辆局部轮载作用下的应力集中问题以及横隔板面外变形引起的次应力问题，是导致横隔板与纵肋连接疲劳开裂的荷载效应，而横隔板与纵肋连接处的制造缺陷则是导致疲劳失效的结构性因素。

现有技术中，改善正交异性钢桥面广泛存在的早期疲劳断裂的措施包括调整过肋孔的几何形状降低几何应力集中，例如现有技术1(HNTB.2015.Cost-EffectiveOrthotropic Bridge Decks(An Evaluation of Optional Welding Processes).NewYork:HNTB Corporation.)，该现有技术1中提出桥面纵肋与横隔板连接的构造通过在纵肋底部增加附加开孔来释放横隔板提供部分面外约束刚度，同时取消纵肋/横隔板的接头的包角焊，从而达到提高该接头抗疲劳性能的目的；现有技术2(CN115262388A)，提供一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，在钢桥面板典型疲劳易损部位采用双面角焊缝设计，并在纵肋与横隔板交叉部位设置新型开孔，同时引入超高性能纤维增强混凝土结构层，并通过剪力连接件将两者相结合形成协同受力体系，解决现有技术中正交异性钢桥面板结构典型构造细节疲劳开裂频发和桥面铺装损坏两类病害问题。但是这种两种构造的前面板中隔板处纵肋无法消除纵肋挠曲引起的横隔板面外弯曲，而面外变形引起的开孔两端的复杂应力状态，并显著改善抗疲劳性能，同时该构造的制造工艺上要求高，很难实现完全匹配制造加工。

现有技术中，还有通过增加横隔板厚度降低平均应力水平。但是这些措施导致结构用钢量和造价攀升，而且会提高横隔板处的面外弯曲刚度，反而不利于改善过肋孔的抗疲劳性能，因此应对肋间板的高厚比进行优化等。

为此，亟需提出一种下连上空过肋孔正交异性钢桥面板单元的结构设计与制造方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种下连上空过肋孔正交异性钢桥面板单元及其制造方法，通过优化钢桥面纵肋与横肋的连接设计，弱化桥面第二体系弯曲引起的横肋面外弯曲，降低横肋过肋孔边缘的面外应力水平，同时改善接头处的制造品质，从而提升该处连接的抗疲劳性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供一种下连上空过肋孔正交异性钢桥面板单元，所述正交异性钢桥面板单元包括桥面板、纵肋、板型横肋、T型横肋腹板、T型横肋翼板、过肋孔；其中，桥面板，用于提供桥梁行车道的结构平面；纵肋，设置于桥面板下方，并沿桥梁纵向设置，用于为桥面板提供面外加劲，共同构成具有承载能力的桥面加劲板；板型横肋、T型横肋，沿纵肋垂直方向间隔设置，用于纵肋的中间支撑，增加车辆活载的横向承载宽度；T型横肋翼板，固定于T型横肋的下端部，用于增加横肋腹板的面外刚度；过肋孔包括过肋孔下部边缘和过肋孔上部边缘，依据纵肋横截面形状尺寸设置于板型横肋和T型横肋腹板上的开口，其部位对应于纵肋在板型横肋和T型横肋腹板上的交汇穿过位置。