專利名稱：橋梁結(jié)構(gòu)及改變橋梁應(yīng)變特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通橋梁領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及橋梁結(jié)構(gòu)及改變橋梁應(yīng)變特性的方法。本發(fā)明可以特別應(yīng)用于鋼的或者混凝土的或其組合的板梁橋(girder bridge),其鋼板層為正交各向異性(orthotropic)平板肋板形式。
背景技術(shù)：
圖I展示了可以應(yīng)用本發(fā)明的交通橋梁100的一個實施例的局部視圖。該交通橋梁是具有正交各向異性平板肋板的板梁橋。交通橋梁100包括多個立柱I (僅僅展示一個)和在立柱I之間延伸的橫梁2 (同樣僅僅展示一個)。立柱I和橫梁2可以是工字梁或者其他合適的結(jié)構(gòu)。槽形梁4為交通橋梁100提供縱向支撐。槽形梁4在橫梁2之間延伸，并且焊在橫梁2上。 鋼面板3焊在槽形梁4上?？梢栽阡撁姘?上提供環(huán)氧涂層5。可以在環(huán)氧涂層5上提供柏油層(未顯示)作抗磨層。過一段時間，板梁橋會因疲勞而受損。結(jié)果，可能形成疲勞裂縫，通常是在槽形梁與橫梁的連接處，和/或是在面板與槽形梁的連接處。修復(fù)疲勞裂縫可能是既復(fù)雜且成本高昂的工藝，可能要部分或者完全封閉橋梁的交通。

發(fā)明內(nèi)容
從一方面考慮，本發(fā)明一般涉及改變具有面板支撐結(jié)構(gòu)的橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變特性的方法，該支撐結(jié)構(gòu)和面板限定了一個相互密封的內(nèi)部空腔的相應(yīng)部分，該方法包括主動抽空內(nèi)部空腔，以在內(nèi)部空腔內(nèi)產(chǎn)生負壓。該方法可以應(yīng)用于面板的多個支撐結(jié)構(gòu)，及至應(yīng)用于所有的或者基本上所有的支撐結(jié)構(gòu)。從另一方面考慮，本發(fā)明一般涉及包括面板和連接到面板上的支撐結(jié)構(gòu)在內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)和面板兩者都形成相互密封的內(nèi)部空腔的一部分，該內(nèi)部空腔已經(jīng)被主動抽空，以在那里產(chǎn)生與內(nèi)部空腔的環(huán)境的負壓差。在某些實施方式中，負壓差至少50千帕(kPa)。在其他實施方式中，可能出現(xiàn)更大的負壓差，包括至少60kPa、至少70kPa、至少80kPa、至少90kPa、約95kPa和約IOOkPa的負壓差。在某些實施方式中，負壓差在95kPa至IOOkPa的范圍內(nèi)。在某些實施方式中，橋梁結(jié)構(gòu)是板梁橋，支撐結(jié)構(gòu)是沿板梁橋縱向延伸的槽形梁。支撐結(jié)構(gòu)可以在兩個橫梁之間延伸，密封的內(nèi)部空腔可以大體上沿著支撐結(jié)構(gòu)的整個縱向長度延伸。在某些實施方式中，用壓力檢測器監(jiān)視每個所述內(nèi)部空腔內(nèi)的負壓差，壓力檢測器與控制器通信相連，控制器接收壓力檢測器的輸出，并且傳送或者輸出檢測到的一個或多個內(nèi)部空腔內(nèi)的負壓差的損失。橋梁結(jié)構(gòu)可以包括多個支撐結(jié)構(gòu)，每個支撐結(jié)構(gòu)都處于規(guī)定的負壓差下。在某些實施方式中，每個支撐結(jié)構(gòu)都與其他支撐結(jié)構(gòu)隔離，借此，一個支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的負壓損失不會導(dǎo)致其他支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的負壓損失。可以為每個支撐結(jié)構(gòu)提供單獨的壓力檢測器，控制器可以接收每個壓力檢測器的輸出，并且傳送或者輸出支撐結(jié)構(gòu)損失的負壓的讀數(shù)。還公開了一種橋梁結(jié)構(gòu)，它包括面板和連接到面板上的支撐結(jié)構(gòu)，面板和支撐結(jié)構(gòu)兩者都形成相互密封的內(nèi)部空腔的一部分，該內(nèi)部空腔處于負壓下，該橋梁結(jié)構(gòu)還包括監(jiān)視內(nèi)部空腔負壓的壓力傳感器和控制器，控制器輸出或者傳送內(nèi)部空腔內(nèi)損失的負壓。在某些實施方式中，橋梁結(jié)構(gòu)包括多個支撐結(jié)構(gòu)，每個支撐結(jié)構(gòu)與面板形成相互密封的內(nèi)部空腔的一部分，其中壓力傳感器和控制器監(jiān)視著每個支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空腔內(nèi)的壓力。在某些實施方式中，各支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空腔相互隔離，因此一個內(nèi)部空腔內(nèi)的負壓損失不會導(dǎo)致其他內(nèi)部空腔內(nèi)的負壓損失。還公開了一種監(jiān)視橋梁結(jié)構(gòu)疲勞裂縫的方法，該橋梁結(jié)構(gòu)具有面板和面板支撐結(jié)構(gòu)，它們一起限定相互密封的內(nèi)部空腔，該方法包括在內(nèi)部空腔內(nèi)產(chǎn)生負壓，然后監(jiān)視內(nèi)部空腔內(nèi)的負壓損失。
還公開了一種制造橋梁結(jié)構(gòu)的方法，包括將一塊面板焊接到多個面板支撐結(jié)構(gòu)上，以產(chǎn)生多個部分由面板和部分由支撐結(jié)構(gòu)限定的密封的內(nèi)部空腔，然后在每個支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空腔內(nèi)主動產(chǎn)生負壓。還公開了一種改變橋梁結(jié)構(gòu)以降低它的一部分的氧化速率的方法，該橋梁結(jié)構(gòu)具有鋼面板和多個鋼面板支撐結(jié)構(gòu)，它們一起限定了相互密封的內(nèi)部空腔的相應(yīng)部分，該方法包括在每個支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空腔內(nèi)產(chǎn)生負壓。還公開了一種評價橋梁結(jié)構(gòu)完整性的方法，該橋梁結(jié)構(gòu)具有面板和多個面板支撐結(jié)構(gòu)，它們一起限定了相互密封的內(nèi)部空腔的相應(yīng)部分，該方法包括在每個支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空腔內(nèi)主動產(chǎn)生正壓，然后監(jiān)視內(nèi)部空腔內(nèi)的負壓損失。該方法可以作為壓力試驗來實施，以評價內(nèi)部空腔是否可以承受足以改變橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變特性的負壓。
通過以下說明和/或通過附圖，上述段落中描述的本發(fā)明的各個方面以及各方面的其他實施方式會變得顯而易見。


圖1(現(xiàn)有技術(shù))展示了可以應(yīng)用本發(fā)明的板梁橋的一個實施例。圖2展示了兩個立柱之間的一部分板梁橋結(jié)構(gòu)，立柱包含負壓系統(tǒng)。圖3展示了具有應(yīng)變儀的槽形梁。詳細說明參考附圖來說明本發(fā)明的各實施方式，在附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的部件。參照圖2，展示了板梁橋200的一部分。板梁橋200和結(jié)合圖I所述的板梁橋100的類型一樣。板梁橋200包括立柱I、在立柱I之間延伸的橫梁2、以及在橫梁2之間延伸的槽形梁4。橋梁表面包括鋼面板3、環(huán)氧涂層5和柏油層6。每個槽形梁4限定一個內(nèi)部空腔7。內(nèi)部空腔7在端部處被橫梁2和將槽形梁4連接到橫梁2上的焊縫封閉。每個槽形梁4上形成一個孔8，例如通過鉆孔和攻螺紋(tapping)?？?可以合適地形成在其槽形梁4上、橫梁2之間的中間位置處?？?借助閥門9和管路和/或軟管連接11連接到真空泵10上。圖2展示了唯一一臺用于向空腔7提供負壓(即低于大氣壓的壓力)的泵10，但在其他實施方式中可能有多個泵。例如，槽形梁4可以被分成η組，對應(yīng)于η臺泵，每臺泵負責(zé)一組槽形梁。泵可以施加相同或者不同的壓力于不同的槽形梁上。每組槽形梁可以包括僅一根槽形梁、兩根槽形梁或者三根或更多的槽形梁。各組可以具有相同數(shù)目，或者不同數(shù)目的泵可以負責(zé)不同數(shù)目的槽形梁。啟動真空泵10以從內(nèi)部空腔7中抽出空氣。壓力測量儀12指示每個內(nèi)部空腔7中產(chǎn)生的負壓。一個或多個壓力測量儀12還可以指示管路和/或軟管連接11內(nèi)的負壓。通過在內(nèi)部空腔7內(nèi)提供負壓，相對于施加負壓之前存在的壓緊，將槽形梁4連接到面板3上的焊縫被壓緊。橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變特性的改進可以減少這些焊縫周圍的疲勞應(yīng)力。將槽形梁4連接到橫梁2上的焊縫可以被類似地壓緊。施加到內(nèi)部空腔上的負壓根據(jù)需要可以有所不同。但是,大約90到95kPa或者更高的負壓可能是合適的。根據(jù)需要和應(yīng)用本發(fā)明的橋梁結(jié)構(gòu)，也可以使用較低的負壓，例如從約50或者60kPa起。此外，負壓基準(zhǔn)參照圖I和2所示類型的橋梁的大氣壓。對于具有 多個空腔(例如需要壓緊的接縫處于內(nèi)部空腔中的巢狀空腔)的其他橋梁來說，負壓基準(zhǔn)參照空腔周圍的壓力。換句話說，本發(fā)明在相關(guān)空腔的內(nèi)部和外部之間制造壓力差。在某些實施方式中，空腔7內(nèi)的負壓可以用來實現(xiàn)所需的應(yīng)變改變。為此目的，應(yīng)變儀13 (參見圖3)可以設(shè)置在槽形梁4周圍。圖3還展示了槽形梁4和面板3之間的焊縫14。經(jīng)過一段時間，可以操作泵10以增加內(nèi)部空腔7中負壓的大小，直到應(yīng)變儀13測量到所需的改變，或者達到實際的或者設(shè)定的最大負壓。改變可以是平均改變，例如經(jīng)過數(shù)小時、幾分之一天(part days)或者數(shù)天的時間測量的平均改變，因此舉例來說，負壓可以起始于約50或者60kPa的負壓,然后經(jīng)過數(shù)小時或者數(shù)天或者更長的時間，逐步增加(stepup)或者加速增加(ramp up),直到檢測到平均應(yīng)變的所需改變。一個或多個感應(yīng)器處的微應(yīng)變的改變可以為約50或者更大。在其他實施方式中，微應(yīng)變的改變可以為70以上、100以上、150以上或者約250。除了或者代替檢測內(nèi)部空腔7和其環(huán)境之間的負壓差的損失之夕卜，應(yīng)變儀13還可以用于檢測改變的應(yīng)變特性的損失。除壓緊槽形梁4周圍的焊縫之外，施加負壓到內(nèi)部空腔7可以為疲勞裂縫的發(fā)展提供警告。壓力測量儀12測量內(nèi)部空腔7內(nèi)的壓力。排除可歸因于熱效應(yīng)的負壓大小的減小可以指示疲勞裂縫的發(fā)展?？梢蕴峁┛刂破?0，例如基于微處理器的簡單設(shè)備、微控制器或者可編程的邏輯設(shè)備，它們接收來自每個壓力測量儀12的信號，并且控制發(fā)送器51 (或者其他通訊裝置，諸如調(diào)制解調(diào)器)發(fā)送信號，指示一個或多個槽形梁4內(nèi)的負壓損失。為清晰起見，顯示圖2中的控制器50僅連接到一個測量儀12上，但根據(jù)監(jiān)視需要，控制器50也可以連接到任何或者所有的測量儀12上。測量儀12和控制器50之間的連接可以是有線的或者無線的。在所示的實施方式中，控制器50被安裝到橋梁50本地，發(fā)送器51用于信號的發(fā)送或者傳播。在備選實施方式中，測量儀12可以包括調(diào)制解調(diào)器或者能通信連接到網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備，例如遠程通信網(wǎng)或者通過網(wǎng)絡(luò)詢問。在某些實施方式中，為每個槽形梁4提供一個壓力測量儀。同時，槽形梁4可以相互隔離，例如通過圖2所示的閥門9。這樣，可以實現(xiàn)局部的疲勞監(jiān)視，一個槽形梁4中的負壓損失不會必然導(dǎo)致所有的槽形梁4損失負壓。此外，槽形梁4也可以不必隔離，或者僅需分組隔離，在此情況下，單個壓力測量儀即足以檢測任何一個槽形梁或者一組槽形梁中任何一個中的疲勞裂縫。
在某些實施方式中，壓力測量儀12可以輸出一個信號到泵控制器53，泵控制器控制泵10(如果有一個以上的泵受其控制，則為多個泵10)的操作，如果負壓的大小減小到比設(shè)定值低一個閾值，則泵控制器53啟動泵以增加負壓，使其回到其設(shè)定值。除了根據(jù)壓力測量儀12的直接讀數(shù)可以獲得的任何示數(shù)之外，或者作為其替代，泵10的啟動頻率可以表明槽形梁4周圍疲勞的累加。泵控制器53可以通過任何合適的機構(gòu)，包括有線的或者無線的連接，通信連接到測量儀12。像控制器52—樣，為清晰起見，在圖2中僅僅顯示了一個這種連接。在某些實施方式中，控制器50和泵控制器52可以在同一個物理設(shè)備中實施。 在某些實施方式中，在施加負壓之前測試槽形梁4的內(nèi)部空腔7。測試可以通過使內(nèi)部空腔7增壓到正壓并確定壓力是否保持恒定來進行。例如，可以將內(nèi)部空腔7加壓到高于大氣壓15kPa，并且可以檢查它以將正壓保持24小時的期限。泵10可以是雙向的，并用于進行正壓測試，正壓測試要么通過管路和/或軟管連接11進行，要么通過用于進行測試的單獨連接進行，該單獨連接允許在安裝管路和/或軟管連接11之前測試。此外，還可以用不同的泵來做壓力測試。測試可以表明槽形梁4是否有可能保持施加的負壓。未通過 測試或者即使通過任何測試但發(fā)現(xiàn)不能保持負壓的槽形梁4可以被排除(omitted)。這些槽形梁4周圍的區(qū)域可以保持不變，或者用其他方法增強以抗疲勞，或者采取措施以密封空氣進入?yún)^(qū)域。從槽形梁4里面抽空氣可以有降低槽形梁4氧化速率的額外好處。相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員不難理解有不同結(jié)構(gòu)的板梁橋。根據(jù)一個可能的結(jié)構(gòu)舉例做了上述說明。本發(fā)明會應(yīng)用于具有適當(dāng)定位和密封的空腔的其他橋梁結(jié)構(gòu)，負壓可以施加到密封的空腔上，以通過壓緊連接而減小接點處應(yīng)力。例如，橋梁結(jié)構(gòu)可以具有不同形狀的槽形梁，例如限定為矩形而非如圖所示的梯形的槽形梁。為了補充加強或者其他目的，槽形梁可以具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單個槽形梁可以包括兩個相互密封的空腔，它可以保持隔離并且獨立地保持負壓，或者它們可以短路連在一起，例如通過在每一個上面鉆孔和攻螺紋孔，并且用管路和/或軟管連接各孔。此外，在描述的實施方式中，內(nèi)部空腔部分由槽形梁、部分由面板、以及部分由橫梁形成。在備選實施方式中，槽形梁的端部可以被除橫梁以外的其他部件密封，例如被焊在槽形梁端部的附加板(除任何橫梁外，槽形梁的端部會因此而終止，以允許有附加板的空間)。在橋梁結(jié)構(gòu)的其他實施方式中，除了改變縱向延伸的槽形梁的內(nèi)壓力之外，或者作為其備選方案，內(nèi)壓力改變的槽形梁可以跨越橋梁橫向延伸。就橋梁結(jié)構(gòu)包括傾斜于橫向和縱向延伸的槽形梁來說，本發(fā)明還可應(yīng)用于這種橋梁結(jié)構(gòu)。不難理解，在本說明書中公開和限定的發(fā)明延伸到兩個或多個正文或者附圖中提到的或者明顯的單個特征的所有備選組合。所有這些不同的組合構(gòu)成了本發(fā)明的備選的各個方面。
權(quán)利要求
1.一種改變橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變特性的方法，該橋梁結(jié)構(gòu)具有用于支撐面板的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)和面板形成相互密封的內(nèi)部空腔的相應(yīng)部分，該方法包括主動抽空內(nèi)部空腔，以在內(nèi)部空腔和其環(huán)境之間產(chǎn)生和保持負壓差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中負壓差至少為50kPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中負壓差至少為約90kPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中負壓差至少為約95kPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中負壓差在95kPa到IOOkPa的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中負壓為約lOOkPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6中任ー項的方法，還包括將ー個壓カ傳感器連接到內(nèi)部空腔，其中該壓カ傳感器適合產(chǎn)生信號輸出，用來表示它已經(jīng)檢測到所述負壓差的減小或者損失中的至少ー個。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到6中任ー項的方法，其中橋梁結(jié)構(gòu)包括多個所述支撐結(jié)構(gòu)，每個支撐結(jié)構(gòu)與面板一起形成相應(yīng)的密封的內(nèi)部空腔的一部分，該方法包括同時施加所述負壓差于姆個支撐結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，包括同時施加所述負壓差于基本上所有的形成橋梁結(jié)構(gòu)的所述支撐結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或者權(quán)利要求9的方法，還包括將所述內(nèi)部空腔中的第一個與所述內(nèi)部空腔中的第二個隔離開來，因此第一個所述內(nèi)部空腔中的所述負壓差的損失不會導(dǎo)致第二個所述內(nèi)部空腔中的負壓差的損失。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任ー項的方法，包括在主動抽空內(nèi)部空腔之前對每個所述的內(nèi)部空腔進行壓カ測試，如果它通過壓カ測試，則只進行主動抽空所述內(nèi)部空腔這ー步驟。
12.—種橋梁結(jié)構(gòu)，包括面板和連接到面板上的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)和面板兩者形成相互密封的內(nèi)部空腔的一部分，其中該內(nèi)部空腔和其環(huán)境之間有至少50kPa的負壓差。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的橋梁結(jié)構(gòu)，其中負壓差為至少約60kPa。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的橋梁結(jié)構(gòu)，其中負壓差為至少約70kPa。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的橋梁結(jié)構(gòu)，其中負壓差為至少約90kPa。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的橋梁結(jié)構(gòu)，其中負壓差為至少約lOOkPa。
17.根據(jù)權(quán)利要求12到16中任一項的橋梁結(jié)構(gòu)，其中橋梁結(jié)構(gòu)為板梁橋，支撐結(jié)構(gòu)為沿板梁橋縱向延伸的槽形梁。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的橋梁結(jié)構(gòu)，其中支撐結(jié)構(gòu)在兩個橫梁之間延伸，并且在其端部處被橫梁封閉。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或者權(quán)利要求18的橋梁結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)部空腔基本上沿著支撐結(jié)構(gòu)的整個縱向長度延伸。
20.根據(jù)權(quán)利要求12到19中任一項的橋梁結(jié)構(gòu)，包括適合并且被連接用來監(jiān)視內(nèi)部空腔的負壓差的壓カ檢測器，該壓カ檢測器被通信連接到一個控制器上，該控制器適合接收壓カ檢測器的輸出，并且傳遞或者輸出所檢測到的內(nèi)部空腔的負壓差的損失。
21.根據(jù)權(quán)利要求12到20中任一項的橋梁結(jié)構(gòu)，包括多個支撐結(jié)構(gòu)，每個支撐結(jié)構(gòu)的所述負壓差基本上相同。
22.根據(jù)權(quán)利要求12到20中任一項的橋梁結(jié)構(gòu)，包括多個支撐結(jié)構(gòu)，其中至少兩個支撐結(jié)構(gòu)處于不同的、至少50kPa的負壓差。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或者權(quán)利要求22的橋梁結(jié)構(gòu)，其中每個支撐結(jié)構(gòu)都與其他支撐結(jié)構(gòu)相隔離，因此ー個支撐結(jié)構(gòu)中的負壓差的損失不會導(dǎo)致其他支撐結(jié)構(gòu)中的負壓差損失。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的橋梁結(jié)構(gòu)，包括每個支撐結(jié)構(gòu)都有的単獨的壓カ檢測器，所述壓カ檢測器適合傳遞或者輸出ー個信號，表明此時其相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)具有減小到輸出觸發(fā)水平的負壓差或者損失的負壓差中之任ー個，或者兩者兼有。
全文摘要
一種改變橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變特性的方法，該橋梁結(jié)構(gòu)具有面板支撐結(jié)構(gòu)。該方法包括從內(nèi)部空腔內(nèi)主動抽出空氣，以在內(nèi)部空腔中產(chǎn)生相對于其環(huán)境的負壓差。還公開了一種橋梁結(jié)構(gòu)，該橋梁結(jié)構(gòu)具有一個或多個泵，用于在用于支撐橋梁結(jié)構(gòu)的面板的支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)提供負壓差。
文檔編號E01D22/00GK102713070SQ201080046695
公開日2012年10月3日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者M·R·蒂利 申請人:道路和海上服務(wù)