單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)方法，所述方法步驟包括：(1)根據(jù)開設(shè)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(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)方式和補(bǔ)強(qiáng)板尺寸；(3)計算補(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)度；(4)驗算補(bǔ)強(qiáng)后的開孔板強(qiáng)度，若不滿足設(shè)計要求，則重復(fù)步驟(2)到(4)，直到補(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求為止；(5)按照要求將補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)造技術(shù)領(lǐng)域，具體的，設(shè)及一種單軸受壓開長圓形孔 鋼板的孔邊加勁補(bǔ)強(qiáng)方法。
【背景技術(shù)】
[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(shè)，鋼 橋塔在我國橋梁建設(shè)中得到了更加廣泛的應(yīng)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(jìn)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(chǔ)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(jié)構(gòu)可能會比混凝± 橋塔結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)。此外，斜拉橋的拉索錯固區(qū)受力復(fù)雜、局部應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋，施工比較復(fù)雜，采用鋼橋塔則可W避 免運(yùn)些問題。目前，經(jīng)濟(jì)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(hù)，國際上也提出了可持續(xù)工程和綠色工程的概念。21世紀(jì) 的橋梁設(shè)計將更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性和全壽命經(jīng)濟(jì)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(shè)計完全符合第=代結(jié)構(gòu)設(shè)計的新理念。我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷健康發(fā)展，鋼產(chǎn) 量與品質(zhì)不斷提高，國家的工程建設(shè)技術(shù)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(jié)構(gòu)形式。
[0003] 由于構(gòu)造、施工、檢修、維護(hù)等需要，不可避免對鋼箱橋塔中的某些受力板件進(jìn)行 開孔，其中最為典型的是長圓形通行孔。運(yùn)些人員通行孔通常開設(shè)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(xué)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(yīng)力集中現(xiàn)象，可能導(dǎo)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(qiáng)度均隨著孔徑增大而顯著降低，且當(dāng)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(dāng)通行孔開設(shè)于橋塔根部時， 板件承受著非常高的壓應(yīng)力。因此，過大的孔桐尺寸或過多的孔桐數(shù)量將可能導(dǎo)致運(yùn)些開 孔板的正常使用或結(jié)構(gòu)安全難W滿足，必要時需采取合理、有效的措施進(jìn)行孔桐補(bǔ)強(qiáng)。
[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(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)環(huán)的結(jié)構(gòu)，將補(bǔ)強(qiáng)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(shè)通行孔的補(bǔ)強(qiáng)方法，并且沒有給出補(bǔ)強(qiáng)前和補(bǔ)強(qiáng)后的強(qiáng)度處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)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(bǔ)強(qiáng)方法，實現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)后的開孔鋼板受壓強(qiáng)度達(dá)到要求。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)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(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)度；
[0013] 步驟(4):根據(jù)步驟(3)的結(jié)果，驗算補(bǔ)強(qiáng)后的開孔板強(qiáng)度；
[0014] 若補(bǔ)強(qiáng)后的開孔板強(qiáng)度不滿足設(shè)計要求，則重復(fù)步驟(2)到步驟(4)，直到補(bǔ)強(qiáng)后 的開孔板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求為止；
[001引步驟(5):根據(jù)符合設(shè)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(cè)，并各自位于長圓 孔的兩側(cè)，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(cè)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?qū)挾萣之比介于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(yuǎn)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?qū)挾萣之比介于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(qiáng)度Ou按照如下公式計 算：
[0022]
[0023] 其中：Oy為鋼材的屈服強(qiáng)度，d為通行孔孔寬，b為開孔板橫向?qū)挾取?br>[0024] 優(yōu)選地，步驟(2)中，所述加勁補(bǔ)強(qiáng)適用于通行孔孔桐寬度d/b〉0.3且強(qiáng)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(qiáng)度，d為通行孔孔寬，b為開孔板 橫向?qū)挾取?br>[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(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)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(qiáng)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(shù)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(shè)通行孔的鋼板，提供了一種行之有效的補(bǔ)強(qiáng)方法， 能夠很好地彌補(bǔ)鋼橋塔內(nèi)部受壓板件由于開孔而造成的強(qiáng)度削弱，并可根據(jù)實際工程的強(qiáng) 度需求進(jìn)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(xì)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(shè)通行孔及加勁補(bǔ)強(qiáng)示意圖，其中：（a) 為開孔未補(bǔ)強(qiáng)示意圖，（b)為圍板補(bǔ)強(qiáng)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(gòu)造圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明一實施例的經(jīng)過孔邊加勁補(bǔ)強(qiáng)的單軸受壓開長圓形孔鋼板的構(gòu)造 圖，其中：（a)為主視圖，（b)為側(cè)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(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。W下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)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(bǔ)強(qiáng)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(cè)。
[0040] 如圖2所示，在一實施例中，對象是鋼箱橋塔內(nèi)部開設(shè)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?qū)挾萣、鋼板厚度t，W及通行孔孔高h(yuǎn)、通行孔孔寬d，其 中：鋼板豎向高度a與鋼板橫向?qū)挾萣之比介于2至化之間;通行孔孔高h(yuǎn)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?qū)挾萣之比介于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(bǔ)強(qiáng)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(cè)，并各 自位于長圓孔的兩側(cè)，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(cè)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(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)度Ou,其 中：Oy為鋼材的屈服強(qiáng)度，d為通行孔孔寬，b為鋼板橫向?qū)挾龋?br>[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(bǔ)強(qiáng)適用于通行孔孔桐寬度較大(d/b〉0.3)且強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)度，所述受壓鋼板在加勁補(bǔ)強(qiáng)后的極限受 壓強(qiáng)度Olu按照公式
計算；
[0046] (4)驗算補(bǔ)強(qiáng)后的受壓鋼板強(qiáng)度，若不滿足設(shè)計要求，則重復(fù)步驟(2)到（4)，直到 補(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)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(cè)，并各自位于長圓孔的兩側(cè)，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(cè)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(bǔ)鋼箱橋塔內(nèi)部開設(shè)通行孔導(dǎo)致鋼板受壓強(qiáng)度削弱的不足， 為之提供相對應(yīng)的開孔補(bǔ)強(qiáng)方法，并且可W計算確定補(bǔ)強(qiáng)之后的鋼板受壓極限強(qiáng)度，但應(yīng) 當(dāng)認(rèn)識到上述描述不應(yīng)被認(rèn)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(jìn)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(lǐng)域技術(shù)人員可W在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，運(yùn)并不影 響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1. 一種單軸受壓開長圓形孔鋼板的孔邊加勁補(bǔ)強(qiáng)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(qiáng) 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(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)度； 步驟(4):根據(jù)步驟(3)的結(jié)果，驗算補(bǔ)強(qiáng)后的開孔板強(qiáng)度； 若補(bǔ)強(qiáng)后的開孔板強(qiáng)度不滿足設(shè)計要求，則重復(fù)步驟（2)到步驟(4)，直到補(bǔ)強(qiáng)后的開 孔板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求為止； 步驟(5):根據(jù)符合設(shè)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(cè)，并各自位于長圓孔的 兩側(cè)，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(cè)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(quán)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(bǔ)強(qiáng)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?qū)?度b之比介于2至5之間。3. 根據(jù)權(quán)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(bǔ)強(qiáng)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(quán)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(bǔ)強(qiáng)方法，其特征 在于，所述通行孔孔高h(yuǎn)與通行孔孔寬d之比介于1.5至3之間。5. 根據(jù)權(quán)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(bǔ)強(qiáng)方法，其特征 在于，所述通行孔孔寬d與開孔板橫向?qū)挾萣之比介于0.1至0.7之間。6. 根據(jù)權(quán)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(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)度按照如下公式計算：其中：〇y為鋼材的屈服強(qiáng)度，d為通行孔孔寬，b為開孔板橫向?qū)挾取?. 根據(jù)權(quán)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(bǔ)強(qiáng)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(quán)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(bǔ)強(qiáng)方法，其特征 在于，步驟(3)中，所述開孔板在加勁補(bǔ)強(qiáng)后的極限受壓強(qiáng)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(qiáng)度。9. 根據(jù)權(quán)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(bǔ)強(qiáng)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(quán)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(bǔ)強(qiáng)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(xué)