大型钢结构桥梁用增强U型肋介绍.pptx

大型钢结构桥梁用增强U型肋制造技术与装备2017年度现代钢结构桥梁用厚边U肋开发背景 钢桥的优势质轻高强，跨越能力大；建筑高度小，抗震能力好；施工清洁快速，环境影响小；耐久性好，方便拆除可回收。是现代和未来桥梁的主要类型我国的差距历史上，我国因钢材匮乏，修建的钢桥很少目前世界各国钢桥所占比重 美国：31% 日本：44% 中国：≤1％开发背景 钢结构桥梁至今已有200余年的历史,其发展与材料技术、制造技术、结构设计密切相关。在结构设计上,早期采用钢桁架或钢板梁形式。20世纪中期开始,随着正交异性薄壁钢箱梁结构设计水平日趋成熟及焊接技术的提升,钢箱梁结构以其高度低、自重轻、刚度大、极限承载力大、易于加工制造且结构连续好等特点,已成为钢桥桥面板的主要结构形式。 正交异性桥面板主要由钢结构面板以及与其焊接的横梁、纵肋构成,横梁主要为横隔板,纵肋主要为U型肋结构。由于U型肋能够提供较大的抗扭刚度和抗弯刚度,能够改善整个桥面板的受力状态,因此成为现代正交异性桥面板的最常用的截面形式。正交异性钢结构桥梁示意图存在问题 钢桥的世界性技术难题！正交异性钢桥面板易疲劳开裂，影响全桥耐久性与安全性钢桥面铺装昂贵（1400～2000元/M2），且极易破损（寿命近5～10年）钢桥结构的病害主要在桥面, 桥面的病害源就是U肋U肋重量不足全桥总重的10%；U肋的焊缝超过全桥总长的50%；U肋焊缝病害超过全桥的90%。存在问题 推拥车辙脱落钢桥面铺装病害严重开裂世界性技术难题存在问题 焊接结构节点疲劳开裂问题严重问题分析:由于U型肋为闭口结构,在焊接时只能从外侧单面施焊,普遍采用75%~85%的部分熔透焊,焊接面积较小；而留下15%~25%的未熔合部分,大约2~3 mm,这2~3 mm的未熔合部分本身就形成一个天然的初始裂纹,成为疲劳裂缝源,在反复载荷作用下,导致桥面板与U肋焊缝处容易疲劳开裂。疲劳裂缝一旦产生就会降低桥面板的刚度,进而降低整个桥梁的寿命；U肋的顶部焊缝部分与U肋非焊接部分相比,其截面厚度减小,使得连接处有一定程度的偏心,焊接处偏心导致附加弯矩成形应力集中,从而诱发裂缝。疲劳裂缝产生以后,将降低桥面板刚度并直接导致桥面辅装损坏,反过来辅装损坏也会加剧桥面板的裂缝发展,加剧疲劳寿命的减小,国内很多正交异性钢箱梁桥面辅装破坏就是这个原因。 正交异性桥面板主要由钢结构面板以及与其焊接的横梁、纵肋构成,横梁主要为横隔板,纵肋主要为U型肋结构。由于U型肋能够提供较大的抗扭刚度和抗弯刚度,能够改善整个桥面板的受力状态,因此成为现代正交异性桥面板的最常用的截面形式。 由于近些年交通车辆快速增长以及长期超载荷负重的影响下,我国已建成在使用的钢结构桥梁中,部分正交异性钢桥发现纵肋与桥面板的焊接处有不同程度的疲劳裂纹。技术创新与突破针对U肋与桥面板焊接面积过小、焊缝容易疲劳开裂等致命性缺陷问题，韩静涛教授提出局部加热辊压成形以增加U肋边部厚度，扩大U肋与桥面板焊接面积，从而提高焊缝抗疲劳性能及桥梁结构刚度为要点的技术设想，进行了技术开发与设备研制，制造出符合要求的U肋产品，经权威部门检测，试验应用于国内部分桥梁的建设，经三年的推介与应用，获得了国内外知名桥梁界专家的普遍认同和强烈推荐。韩静涛教授提出并实现的三代U肋概念，破解了这个世界性技术难题传统U肋:U肋冲击成型、内应力大；焊厚尺寸小；肋腹板偏心受力；坡口、钝边另行加工,成型质量差；新型U肋辊压渐变成型、内应力小；钝边内偏、焊厚尺寸大、肋腹板轴心受压；坡口钝边在线同步加工成型、加工精度高。经过多次足尺荷载试验对比: U肋端部加厚后肋、板焊缝处应力幅大幅度下降、疲劳强度显著提高。 根据新型U肋产品的需求, 开发了U肋局部加热辊压成形技术, 形成了新型U肋辊压工艺, 开发了U肋局部加热与辊压成形装备模块, 该模块可并入传统冷弯型钢生产线在线大批量应用，亦可在配装上下料装置后独立运行，小批量生产。 局部加热辊压成形装备模块包含三个主要的系统感应加热系统, 由感应电源、加热线圈和调整机构组成, 来料送入加热装置后, 可迅速升温达到目标温度, 随后送入辊压成形装置；辊压成形系统, 由三个以上成形道次组成, 作用分别是粗成形、精成形和定径，每道次由一个三轧辊封闭孔型组成, 逐步轧制出目标产品断面；矫直定型系统，利用机架底辊高差及成形余热对U肋进行矫直与断面定型。北京三元桥钢桥面厚边U肋疲劳试验技术创新与突破－工艺与装备创新技术创新点产品与应用：新型U肋单位焊接面积比传统U肋增加了4倍以上, 大幅度提高了U肋与桥面板连接强度和焊缝抗疲劳性能,克服了正交异性钢结构桥梁易发生的疲劳断裂问题,大大提高了大型桥梁的安全性和使用寿命；工艺与装备：提出并实现了正交异性钢桥用新型U肋局部加热辊压成形工艺, 突破了冷弯成形(Ro