一种用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置与安装方法 |
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| 申请号 | CN202011042883.4 | 申请日 | 2020-09-28 | 公开(公告)号 | CN112195807B | 公开(公告)日 | 2022-02-11 |
| 申请人 | 西安建筑科技大学; | 发明人 | 郭琦; 吴梦; 蒲广宁; 郭昆; | ||||
| 摘要 | 一种用于波纹 钢 板桥涵现场拼接的高强 螺栓 减震 垫片 装置，包括通过螺栓和 螺母 安装于波纹钢板两侧的高阻尼 橡胶 复合垫片，高阻尼橡胶复合垫片由外盘高阻尼橡胶层、钢片夹层和内盘高阻尼橡胶层叠合压制而成，其中内盘高阻尼橡胶层与波纹钢板紧贴，外盘高阻尼橡胶层的外侧设置有钢平板垫片，内盘高阻尼橡胶层上沿弧长方向设置有预紧 力 矩的初拧刻度线，钢片夹层中间 位置 设置有垂直指向初拧刻度线的 指针 ，指针的针尖与初拧刻度线之间的初始距离等同于完成初拧预紧力矩所对应的内盘高阻尼橡胶层的橡胶压缩厚度。本 发明 可改善波纹钢板波峰或波谷处 变形 和 应力 集中等现象，同时减少了垫片的加工和施工工序，保障了波纹钢板桥涵结构栓接 节点 抗震受力性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置，包括通过螺栓(2)和螺母(3)安装于波纹钢板(1)两侧的高阻尼橡胶复合垫片(4)，所述高阻尼橡胶复合垫片(4)由外盘高阻尼橡胶层(4‑1)、钢片夹层(4‑2)和内盘高阻尼橡胶层(4‑3)叠合压制而成，其中内盘高阻尼橡胶层(4‑3)与波纹钢板(1)紧贴，外盘高阻尼橡胶层(4‑1)的外侧设置有钢平板垫片(5)，内盘高阻尼橡胶层(4‑3)上沿弧长方向设置有预紧力矩的初拧刻度线(7)，钢片夹层(4‑2)中间位置设置有垂直指向初拧刻度线(7)的指针(6)，指针(6)的针尖与初拧刻度线(7)之间的初始距离等同于完成初拧预紧力矩所对应的内盘高阻尼橡胶层(4‑3)的橡胶压缩厚度； |
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| 说明书全文 | 一种用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置与安装方法 技术领域[0001] 本发明属于建筑与土木工程实际工程应用技术领域，适用于波纹钢板结构的螺栓连接节点，涉及高阻尼橡胶材料的力学性能和应力分布，具体为一种用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置与安装方法。 背景技术[0002] 对于装配式波纹钢板桥涵，因其对寒区及高原牧区的优良适应性而应用广泛，方兴未艾。具有强度高、装配快、人工成本低、气候适应性强，质量可保障等优点。但服役期内，采用高强螺栓连接的关键节点等连接部位由于装配拼接误差等问题，使得现场施工质量与设计理想状态相去渐远，导致结构功能函数的变异系数增大，可靠度指标降低，而且业已成为制约该类型新型桥涵结构进一步推广应用的“瓶颈”。 [0003] 目前波纹钢板结构发展越来越迅速，国内中小型桥涵逐渐开始选用波纹钢板作为主体，螺栓连接作为波纹钢板结构的主要连接方式，在实际工程运用中必不可少。但是在实际操作中由于加工误差等原因导致传统波纹钢板垫片与螺栓孔之间不能完全贴合，在施加螺栓预紧力矩时会造成波纹板波峰或波谷处发生变形和应力集中等现象。并且传统波纹钢板垫片需要区分凹凸形状，在加工过程中需要不同的模具，一定程度上增加了加工工序，在施工过程中也需要提前将垫片分类。 [0004] 原有技术的不足之处：区分凹凸垫片，要求一一匹配，对现场拼接工艺要求较高；挤压不密实，造成预留间隙，相当于初始缺陷，增加了节点连接的离散性，降低了结构静、动力稳定性及可靠度；因需要二次以上施加扭力，而扭力扳手调整操作复杂，现场基本不用扭力扳手导致拼接预紧力矩和终止力矩控制不足，仅凭借一线工人的经验和感觉，质量无法保障。 [0005] 所有这些对桥涵结构在使用荷载的长周期交变荷载作用下的运营安全性及耐久性埋下了安全隐患。 发明内容[0006] 针对传统波纹钢板垫片在实际工程中发挥的作用和不足，为了克服上述现有技术的缺点，解决传统波纹钢板垫片适应性较差和施工工序繁琐的问题，本发明的目的在于提供一种用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置，并提供了相应的布置方式，从材质和构造两方面出发，可改善由于传统垫片贴合性差造成的波纹钢板波峰或波谷处变形和应力集中等现象，同时减少了垫片的加工和施工工序，保障了波纹钢板桥涵结构栓接节点抗震受力性能，为实际工程提供了方便。 [0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： [0008] 一种用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置，包括通过螺栓2和螺母3安装于波纹钢板1两侧的高阻尼橡胶复合垫片4，所述高阻尼橡胶复合垫片4由外盘高阻尼橡胶层4‑1、钢片夹层4‑2和内盘高阻尼橡胶层4‑3叠合压制而成，其中内盘高阻尼橡胶层4‑3与波纹钢板1紧贴，外盘高阻尼橡胶层4‑1的外侧设置有钢平板垫片5，内盘高阻尼橡胶层4‑3上沿弧长方向设置有预紧力矩的初拧刻度线7，钢片夹层4‑2中间位置设置有垂直指向初拧刻度线7的指针6，指针6的针尖与初拧刻度线7之间的初始距离等同于完成初拧预紧力矩所对应的内盘高阻尼橡胶层4‑3的橡胶压缩厚度。 [0009] 所述波纹钢板1的弧顶位置开有螺栓孔，螺栓2和螺母3穿过该螺栓孔将高阻尼橡胶复合垫片4和钢平板垫片5安装于波纹钢板1，安装顺序为：先布置高阻尼橡胶复合垫片4，之后在高阻尼橡胶复合垫片4上布置钢平板垫片5，最后再安装螺栓2。 [0010] 所述预紧力矩的初拧刻度线7是位于内盘高阻尼橡胶层4‑3上的一条白色刻度线，其位置由不同规格螺栓初拧预紧力矩和竖向压缩刚度共同确定，指针6为通过胶粘或者点焊的方式安装在钢片夹层4‑2上的金属钢片，指针6固定于钢片夹层4‑2上不能转动，当指针6的针尖与初拧刻度线7距离为零时，表明当前螺栓2的初拧预紧工序完成。 [0011] 当所有螺栓2的初拧预紧工序完成后，针对每个螺栓2继续施加扭矩，直到螺栓2的扭力力矩达到终止力矩时，指针6与波纹钢板1表面碰触并自行脱落。 [0012] 所述初拧刻度线7的位置由公式 确定，F1为螺栓初拧预紧力，指针6的针尖与初拧刻度线7之间的初始距离为D‑Tr1。指针6的针尖与波纹钢板1的初始距离由公式 确定，F2为螺栓初拧预紧力，指针6的针尖与与波纹钢板1之间 的初始距离为D‑Tr2。Kv为竖向压缩刚度，Ecb为考虑橡胶受压特性修正后的压缩体积弹性模量， Ec为橡胶压缩时的弹性模量， G为橡胶的剪切模量，Eb 为橡胶体积弹性模量，κ为剪切模量修正系数，，S1为内盘高阻尼橡胶层4‑3的第一形状系数，A为垫片受压面积，D为内盘高阻尼橡胶层4‑3未压缩前厚度，Tr1为初拧预紧力矩施加后的内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度，Tr2为终拧预紧力矩施加后的内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度。 [0013] 所述外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3的第一形状系数第二形状系数 [0014] 若内盘高阻尼橡胶层4‑3为圆形，则 [0015] 若内盘高阻尼橡胶层4‑3为矩形，则 沿短边有约束沿长边有约束 [0016] 式中d0为钢片夹层4‑2外径，di为钢片夹层4‑2开孔直径，a为钢片夹层4‑2纵边长度，b为钢片夹层4‑2横边长度。 [0017] 所述内盘高阻尼橡胶层4‑3在初拧预紧力和终拧预紧力作用下的竖向压缩刚度分别 为 水 平 等 效 刚 度 阻 尼 耗 散的 能 量式中G(γ)为不同剪应变橡胶的剪切模量，G(γ)＝Geq(γ)·G，G为γ＝ 1时橡胶剪切模量，Geq(γ)为不同剪应变橡胶剪切模量修正系数，γ为剪应变。 [0018] 当ω＝ωn时，结构反应对阻尼最为敏感，等效阻尼比为 其中，ΔW＝4Qy(u‑uy)， ΔW等效为滞回曲线一个循环的面积，即每一循环的能量耗散大小，We为高阻尼橡胶复合垫片4的弹性应变能，Qy为屈服承载力，u为给定的位移，uy为屈服位移，ω为激励频率，ωn为结构固有频率。 [0019] 依靠预设指针位置的变化判断扭矩是否达到设计要求，预紧力矩对应的橡胶垫片厚度为Tr1，终止力矩对应的橡胶垫片厚度为Tr2，Tr1大于Tr2。 [0020] 本发明中，计算高阻尼橡胶层4‑3的形状系数是为了将其厚度和长宽控制在规范的合理范围内。计算竖向压缩刚度是为了确定在施加扭矩过程中高阻尼橡胶层4‑3的厚度变化，方便确认初拧刻度线7的位置。计算水平等效刚度是为了在构件节点处受到剪切力时量化高阻尼橡胶层4‑3的变形量，以便于后期调整高阻尼橡胶材料的剪切刚度。计算等效阻尼比是为了评估高强螺栓减震垫片装置的耗能效果和抗震性能。 [0021] 本发明还提供了所述用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置的安装方法，包括如下步骤： [0022] 步骤一：在波纹钢板1弧顶位置开螺栓孔； [0023] 步骤二：首先布置高阻尼橡胶复合垫片4，之后在其外侧加上相同尺寸形状的钢平板垫片5以保证橡胶不会发生局部应力过大的现象，最后再安装螺栓2并施加预紧力； [0024] 步骤三：在施加预紧力矩过程中，以指针6指向波纹钢板1的方向为准，随着螺栓扭力的增大，内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度减小，当指针6针尖接触预紧力矩的初拧刻度线7时，表明现场装配施工中波纹钢板1连接节点中单个螺栓的初拧预紧工序完成，转至其他单个螺栓的初拧预紧工序； [0025] 步骤四：在该连接部位所有螺栓的初拧预紧工序完成后，针对每个螺栓2继续施加扭矩直到螺栓2的扭力力矩达到终止力矩，当指针6碰触波纹钢板1表面并受力脱落时，说明螺栓扭力达到了终止力矩的设计要求，至此完成螺栓预紧力矩与终止力矩地的施加。 [0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0027] (1)本发明相较于传统波纹钢板垫片具有构造工序简单，施工方便，自适应能力强，现场安装不需要提前对垫片分类，节省了安装时间。 [0028] (2)本发明的波纹钢板减震螺栓垫片采用了高阻尼橡胶材料，高阻尼橡胶材料变形能力好，在安装过程中随着螺栓预紧力矩的增加，垫片可以自行调整与波纹钢板之间的变形，使得垫片和波纹钢板的接触更均匀，同时减小了由于二者接触不均匀导致的波纹板变形，使得波纹板可以更好地在工程结构中发挥作用。 [0029] (3)用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置从构造上实现了统一，本发明显著减少了螺栓垫片的加工程序，并且在波纹钢板桥涵施工现场装配拼接时简化了安装流程，无须首先进行凹凸垫片分类配对，大大减少了安装出错概率，有效提高了装配拼接效率，节约了施工工期。 [0030] (4)通过垫片上预设指针达到预紧力矩的初拧刻度线以及受力脱落来直观判断螺栓扭力力矩是否达到设计要求的预紧初拧力矩和终止力矩，便于装配现场应用普通扳手施加预紧力并控制施工质量。 [0031] (5)由于高阻尼橡胶材料耗能效果好，所以无论是橡胶垫片竖向还是剪切方向在发生大应变时都能提供较好的阻尼性能，运用于波纹钢板结构桥涵中可为结构的安全和抗震性能提供了强有力的保证。 [0033] 图1是本发明的结构示意图。 [0034] 图2是橡胶垫层厚度示意图，其中(a)表示施加预紧力前对应橡胶厚度，(b)表示初拧力对应橡胶厚度，(c)表示终拧力对应橡胶厚度。 [0035] 图3为高阻尼橡胶复合垫片的水平荷载—位移滞回曲线。 [0036] 图4是波纹钢板波谷处的安装形式，其中(a)表示预紧力施加前，(b)表示预紧力施加中，(c)表示预紧力施加后。 [0037] 图5是波纹钢板波峰处的安装形式，其中(a)表示预紧力施加前，(b)表示预紧力施加中，(c)表示预紧力施加后。 [0038] 图6是表示拱形波纹桥涵。 [0039] 图7是波纹桥涵连接处减震垫片安装示意图。 [0040] 图8是波纹钢板剪力墙栓钉连接减震垫片安装示意图。 具体实施方式[0041] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。 [0042] 如图1所示，一种用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置，在波纹钢板1的弧顶位置开有螺栓孔，波纹钢板1两侧均设置高阻尼橡胶复合垫片4和钢平板垫片5，高阻尼橡胶复合垫片4由外盘高阻尼橡胶层4‑1、钢片夹层4‑2和内盘高阻尼橡胶层4‑3叠合压制而成，其中内盘高阻尼橡胶层4‑3与波纹钢板1紧贴，钢平板垫片5设置在外盘高阻尼橡胶层4‑1的外侧。螺栓2和螺母3穿过该螺栓孔将高阻尼橡胶复合垫片4和钢平板垫片5安装于波纹钢板1，安装顺序为：先布置高阻尼橡胶复合垫片4，之后在高阻尼橡胶复合垫片4上布置钢平板垫片5，最后再安装螺栓2并施加预紧力，在此过程中高阻尼橡胶复合垫片4会自行调整与钢平板垫片5和波纹钢板1的贴合度。 [0043] 其中，钢片夹层4‑2的作用是提高橡胶部分等整体刚度，不至于发生大变形。布置钢平板垫片5的主要目的是为了减少施加螺栓预紧力时出现的应力集中现象。内盘高阻尼橡胶层4‑3的主要作用是变形协调与波纹钢板1之间的贴合度，外盘高阻尼橡胶层4‑1的主要作用是变形协调与钢片夹层4‑2的贴合度，减少在施加螺栓预紧力矩时出现应力集中现象从而造成构件变形，高阻尼橡胶材料的优点在于发生较大剪应变时具有良好的阻尼性能，适用于波纹钢板这种不规则形状的构件。 [0044] 内盘高阻尼橡胶层4‑3上沿弧长方向设置有预紧力矩的初拧刻度线7，预紧力矩的初拧刻度线7是位于内盘高阻尼橡胶层4‑3上的一条白色刻度线，其位置由不同规格螺栓初拧预紧力矩和竖向压缩刚度共同确定。 [0045] 钢片夹层4‑2中间位置设置有垂直指向初拧刻度线7的指针6，指针6为通过胶粘或者点焊的方式安装在钢片夹层4‑2上的金属钢片，指针6固定于钢片夹层4‑2上不能转动，指针6的针尖与初拧刻度线7之间的初始距离等同于完成初拧预紧力矩所对应的内盘高阻尼橡胶层4‑3的橡胶压缩厚度，当指针6的针尖与初拧刻度线7距离为零时，表明当前螺栓2的初拧预紧工序完成。当所有螺栓2的初拧预紧工序完成后，针对每个螺栓2继续施加扭矩，直到螺栓2的扭力力矩达到终止力矩时，指针6与波纹钢板1表面碰触并自行脱落。 [0046] 参考图2中(a)、(b)、(c)，初拧刻度线7的位置由公式 确定，F为螺栓终拧预紧力，初拧预紧力为终拧预紧力的二分之一，指针6的针尖与初拧刻度线7之间的初始距离为D‑Tr1，指针6的针尖与波纹钢板1的初始距离等同于完成终拧预紧力矩所对应的内盘高阻尼橡胶层4‑3的橡胶压缩厚度，即D‑Tr2，Kv为竖向压缩刚度，Ecb为考虑橡胶受压特性修正后的压缩体积弹性模量， Ec为橡胶压缩时的弹性模量， G为橡胶的剪切模量，Eb为橡胶体积弹性模量，κ为剪切模量修正系数，S1为外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3的第一形状系数，A为垫片受压面积，D为内盘高阻尼橡胶层4‑3未压缩前厚度，其中Tr1为初拧预紧力矩施加后的内盘高阻尼橡胶层 4‑3厚度，Tr2为终拧预紧力矩施加后的内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度，由此可通过橡胶垫片变形判断螺栓扭矩。 [0047] 高阻尼橡胶材料变形计算基于高阻尼橡胶竖向压缩刚度性能和水平剪切性能，高阻尼橡胶由于其性能稳定和阻尼比高等优点而得到越来越多的应用，加了钢片夹层4‑2的高阻尼橡胶复合垫片4主要表现为水平刚度较低而竖向刚度较高，同时可以减小结构自振周期和地震响应。 [0048] 高阻尼橡胶为非压缩性材料且具有粘弹性的性质，所以受频率、温度、应变等因素的影响较大，其泊松比在0.5左右。当高阻尼橡胶复合垫片4受到竖向压力时表现出的是非线性特征，与此同时，由于钢片夹层4‑2与橡胶硫化限制了橡胶垫片的横向变形所以使得其竖向刚度得到了提高。但是钢片夹层4‑2不能约束橡胶的横向变形，所以在发生剪切向变形时，橡胶内部为抵抗变形会出现应力重分布现象并承载剪切力。高阻尼橡胶复合垫片4可以同时承受竖向荷载和水平剪切位移，因此可将其视为理想弹塑性材料。 [0049] 本发明中，计算高阻尼橡胶层4‑1和4‑2的形状系数是为了将其厚度和长宽控制在规范的合理范围内。计算竖向压缩刚度是为了确定在施加扭矩过程中橡胶层的厚度变化，方便确认初拧刻度线7的位置。计算水平等效刚度是为了在构件节点处受到剪切力时量化橡胶层的变形量，以便于后期调整高阻尼橡胶材料的剪切刚度。计算等效阻尼比是为了评估高强螺栓减震垫片装置的耗能效果和抗震性能。 [0050] 具体地，通过如下方式计算上述参数。 [0051] (1)变形系数 [0052] 为控制高阻尼橡胶复合垫片4的变形和承载能力，定义了关于外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3的两个技术参数，分别为第一形状系数S1和第二形状系数S2，通过变形系数S1和S2量化高阻尼橡胶复合垫片4的性能。 [0053] 其中，第一形状系数公式为： [0054] [0055] 若外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3均为圆形，则： [0056] [0057] 若外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3均为矩形，则： [0058] [0059] 式中，d0为钢片夹层4‑2外径，di为钢片夹层4‑2开孔直径，a为钢片夹层4‑2纵边长度，b为钢片夹层4‑2横边长度，D为内盘高阻尼橡胶层4‑3初始厚度 [0060] 第二形状系数公式为： [0061] [0062] 若外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3均为圆形，则： [0063] [0064] 若外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3均为矩形，则： [0065] 沿短边有约束 [0066] 沿长边有约束 [0067] D—内盘高阻尼橡胶层4‑3初始厚度 [0068] 第一形状系数反映了内盘高阻尼橡胶层4‑3初始厚度和尺寸对系数对影响，在尺寸不变的情况下外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度越小，第一形状系数越大，其整体的竖向刚度和剪切向刚度也越大。第二形状系数体现了外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度和尺寸对系数的影响，在尺寸不变的情况下外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度越大，第二形状系数越小，其剪切向刚度减小则会造成垫片水平向发生过大位移。所以综合考虑各方面因素，确定第一形状系数S1大于15，而第二形状系数一般在5左右。 [0069] (2)竖向压缩刚度 [0070] 将弹性理论运用到外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3中的刚度计算，且橡胶具有不可压缩的性质，通过对外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3两面施加压力，考虑外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3的第一和第二变形系数，分析外盘高阻尼橡胶层4‑1和内盘高阻尼橡胶层4‑3的应力分布，并将弹性模量修正系数和橡胶硬度相结合，通过试验得出体积弹性模量几乎不受剪切模量影响的结论，内盘高阻尼橡胶层4‑3的竖向压缩刚度Kv计算公式分别如下： [0071] [0072] [0073] 式中Ecb—考虑橡胶受压特性修正后的压缩体积弹性模量， [0074] Ec—橡胶压缩时的弹性模量， [0075] G—橡胶的剪切模量 [0076] Eb—橡胶体积弹性模量 [0077] κ—剪切模量修正系数，按表1取值 [0078] A—垫片受压面积 [0079] Tr1—初拧预紧力矩施加后的内盘高阻尼橡胶层(4‑3)厚度， [0080] Tr2—终拧预紧力矩施加后的内盘高阻尼橡胶层(4‑3)厚度。 [0081] 表1剪切模量G与修正系数κ关系 [0082] [0083] (3)水平等效刚度 [0084] 内盘高阻尼橡胶层4‑3的水平剪切刚度体现了内盘高阻尼橡胶层4‑3在抵抗水平位移时所需要的水平力，水平剪切刚度越大，发生单位水平位移时需要的水平力就越大。图3为内盘高阻尼橡胶层4‑3的水平荷载—位移滞回曲线，其中A、B两点分别为滞回曲线的上峰值点和下峰值点，内盘高阻尼橡胶层4‑3的水平剪切刚度Kh为两峰值点之间连线的斜率。 [0085] 水平等效刚度Kh计算公式为： [0086] [0087] G(γ)＝Geq(γ)·G (11) [0088] 式中G(γ)—不同剪应变橡胶的剪切模量， [0089] G—γ＝1时橡胶剪切模量 [0090] Geq(γ)—不同剪应变橡胶剪切模量修正系数 [0091] γ—剪应变 [0092] (4)等效阻尼比 [0093] 高阻尼橡胶复合垫片4的等效阻尼比是反映高阻尼橡胶复合垫片4耗能能力的重要技术参数，高阻尼橡胶复合垫片4的作用是当结构发生震动时，通过橡胶层的变形来达到耗散地震能量的目的，因此高阻尼橡胶当阻尼比显得尤为重要，高阻尼橡胶复合垫片4的效阻尼比可按下式计算。 [0095] [0096] 在震动过程中，作用在结构上的能量通过粘滞阻尼进行耗散，在实际工程中通过高阻尼橡胶复合垫片4滞回曲线所包围的面积表示阻尼耗散的能量ΔW，通过上式可以导出： [0097] [0098] 其中，当ω＝ωn时，结构反应对阻尼最为敏感，因此等效阻尼比为下式[0099] [0100] ΔW＝4Qy(u‑uy) (15) [0101] [0102] 式中ΔW—滞回曲线一个循环的面积，即每一循环的能量耗散大小 [0103] We—高阻尼橡胶复合垫片的弹性应变能 [0104] Qy—屈服承载力 [0105] u—给定的位移 [0106] uy—屈服位移 [0107] ω—激励频率 [0108] ωn—结构固有频率 [0109] (5)减震垫片装置受力计算 [0110] 考虑施工现场使用扭矩扳手时需要不断调整扭矩值的不便，因此通过减震垫片装置的变形来反映螺栓预紧力的大小，由相关文献已知在加载前期橡胶位移‑荷载曲线基本成线性变化，因此得出下式 [0111] F＝KvS (17) [0112] F—螺栓预紧力 [0113] Kv—竖向压缩刚度 [0114] S—橡胶压缩量 [0115] D—内盘高阻尼橡胶层4‑3初始厚度 [0116] 将公式(6)(7)带入式(18)中可得： [0117] [0118] [0119] F1—螺栓初拧预紧力 [0120] F2—螺栓终拧预紧力 [0121] 依靠预设指针位置的变化判断扭矩是否达到设计要求，在施工过程中终拧力矩大于初拧力矩，因此初拧力矩对应的橡胶厚度Tr1大于终拧力矩对应的橡胶厚度Tr2。 [0122] 本发明还提供了所述用于波纹钢板桥涵现场拼接的高强螺栓减震垫片装置的安装方法，参考图4中(a)、(b)、(c)和图5中(a)、(b)、(c)，包括如下步骤： [0123] 步骤一：在波纹钢板1弧顶位置开螺栓孔，将螺栓孔周围不平滑的地方用角磨机进行打磨，避免造成高阻尼橡胶复合垫片4过度变形； [0124] 步骤二：首先布置高阻尼橡胶复合垫片4，之后在其外侧加上相同尺寸形状的钢平板垫片5以保证橡胶不会发生局部应力过大的现象，最后再安装螺栓2并施加预紧力； [0125] 步骤三：在施加预紧力矩过程中，以指针6指向波纹钢板1的方向为准，随着螺栓扭力的增大，高阻尼橡胶复合垫片4厚度减小，当指针6针尖接触预紧力矩的初拧刻度线7时，表明现场装配施工中波纹钢板1连接节点中单个螺栓的初拧预紧工序完成，转至其他单个螺栓的初拧预紧工序； [0126] 步骤四：在该连接部位所有螺栓的初拧预紧工序完成后，针对每个螺栓2继续施加扭矩直到螺栓2的扭力力矩达到终止力矩，当指针6碰触波纹钢板1表面并受力脱落时，说明螺栓扭力达到了终止力矩的设计要求，至此完成螺栓预紧力矩与终止力矩地的施加。 [0127] 在本发明的实施例1中，对图6所示为某一拱形波纹桥涵的两个波长段，选择波纹钢板连接处作为试验区域，连接区域不论是横向还是纵向都存在一定的弧度。对于普通螺栓钢垫片来说，由于钢垫片和波纹钢板纵向弧度不匹配，所以在施加螺栓预紧力时会造成波纹钢板产生小变形。采用减震垫片装置不仅可以在横向螺栓孔周围调整与波纹钢板的接触，在用于纵向有弧度的波纹钢板结构时也能够很好地适应。减震垫片装置安装在拱形波纹桥涵的具体细节如图7所示。按照安装顺序提前准备好减震螺栓垫片装置，包括高阻尼橡胶复合垫片4和钢平板垫片5，将螺栓孔周围不平滑的地方用角磨机进行打磨，避免造成内盘高阻尼橡胶层4‑3过度变形。首先布置高阻尼橡胶复合垫片4，之后在其上加上相同尺寸的钢平板垫片5以保证内盘高阻尼橡胶层4‑3不会发生局部应力过大的现象，最后再安装螺栓并施加预紧力矩。在施加预紧力过程中注意观察内盘高阻尼橡胶层4‑3厚度变化和减震垫片装置的位置，防止发生偏移。 [0128] 施加预紧力矩时，当指针指向预紧力矩的初拧刻度线7时，表明现场装配施工中波纹钢板连接节点中单个螺栓的初拧预紧工序完成，应转至其他单个螺栓的初拧预紧工序。在该连接部位所有螺栓的初拧预紧工序完成后，继续螺栓扭矩施加，当指针碰触波纹钢板构件表面并受力脱落时，可认为现场装配施工中螺栓扭力达到了终止力矩，满足了设计要求，至此完成了螺栓预紧力矩与终止力矩地施加。 [0129] 在本发明的实施例2中，实际工程中普通剪力墙由外置钢板和内置混凝土组成，钢板采用较厚的平板或者设置加劲肋的方式，主要是为了防止受力时发生屈曲，但是这两种方式都在无形中造成了材料的浪费。中间依靠栓钉连接防止受力时发生鼓起现象。由于波纹钢板较钢平板而言有更高的面外屈曲强度，因此将平板替换为波纹板可以在一定程度上提高墙体的面外强度，同时波纹板凹凸不平的构造加强了与混凝土的共同作用能力。 [0130] 栓钉与波纹板之间的接触面临弧度不匹配的问题，如果采用普通螺栓垫片，由于其刚度较大适应性较差，在施加预紧力时会造成栓孔周围发生小变形。采用减震垫片装置则可以很好的解决上述问题。减震垫片装置安装在波纹板剪力墙的具体细节如图8所示。按照安装顺序提前准备好减震螺栓垫片装置，包括高阻尼橡胶复合垫片4和钢平板垫片5，将螺栓孔周围不平滑的地方用角磨机进行打磨，避免造成内盘高阻尼橡胶层4‑3过度变形。首先布置高阻尼橡胶复合垫片4，之后在其上加上相同尺寸的钢平板垫片5以保证内盘高阻尼橡胶层4‑3不会发生局部应力过大的现象，最后再安装螺栓并施加预紧力矩。 [0131] 施加预紧力矩时，当指针指向预紧力矩的初拧刻度线7时，表明现场装配施工中波纹钢板连接节点中单个螺栓的初拧预紧工序完成，应转至其他单个螺栓的初拧预紧工序。在该连接部位所有螺栓的初拧预紧工序完成后，继续螺栓扭矩施加，当指针碰触波纹钢板构件表面并受力脱落时，可认为现场装配施工中螺栓扭力达到了终止力矩，满足了设计要求，至此完成了螺栓预紧力矩与终止力矩地施加。 [0132] 综上，本发明通过改进传统的高强螺栓装配波纹钢板时区分凹凸型式的螺栓垫片，统一采用标准型式和装配方法即可适应波纹钢板桥涵纵、横桥向现场装配连接时波峰和波谷处螺栓孔几何构型的要求，在现场装配拼接时无须使用价格昂贵、需不断调整扭矩刻度值的数控扭力扳手，仅应用普通扭力扳手并依据垫片上预设的刻度及指针便可简单有效地实现高强螺栓预紧力矩与终止力矩地施加。本发明相较于传统波纹钢板螺栓垫片装置，具有增加安装容错率，提高装配拼接效率，易于施工现场一线人员操控，避免初始安装缺陷，保障了波纹钢板桥涵结构栓接节点抗震受力性能等优点。 |
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