基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁工程加固技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统。


背景技术：

2.近年来，随着钢结构自动化、智能化与标准化制造技术的飞速发展，钢桥因其轻质高强、适用范围广、承载能力高、施工速度快以及整体性好等突出优势成为现代桥梁的首选结构形式，广泛应用于国内外大中等跨度桥梁、景观桥梁、梁高受到严格限制的城市和市政桥梁以及既有的桥梁加固工程等。然而，由于其构造复杂、焊缝数量多及应力集中问题突出，在车辆荷载和初始制造缺陷等多种因素综合作用下，疲劳开裂问题突出，严重影响桥梁结构的正常使用与安全，显著增加桥梁结构的维护费用，导致恶劣的社会影响，已成为影响钢桥可持续发展的关键难题。
3.目前，针对钢桥面板疲劳开裂的传统加固结构及方法有止裂孔法、焊补法、裂纹冲击闭合技术以及粘贴或栓接钢板和碳纤维板等，然而这些加固方法一方面容易引入较多的疲劳易损部位，且对于贯穿型长大疲劳开裂加固效果不显著，另一方面因加固件被动受力，应力(应变)滞后，均属于被动加固。因此，目前亟需一种自动产生预应力、对原结构零损伤或微损伤、适用性与耐久性好的主动加固系统。
4.形状记忆合金(shape memory alloy，sma)是一种能够感知并响应环境变化的一种新型智能材料，其最突出的特性形状记忆效应，即：在初始状态下张拉sma使其发生塑性变形，当外力消失后，其变形不能完全消失，然后对sma进行加热，sma能够自动恢复到张拉前的初始状态，因此可以利用其形状记忆效应而使加固件自动产生预应力。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统，以解决现有技术中对开裂的钢桥部件进行加固的结构加固质量不理想、耐久性差的技术问题。
6.为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统，安装在开裂的钢桥部件的裂纹处，包括：
7.形状记忆合金加固件，其设置在裂纹的外侧且长度方向的两端延伸至裂纹的延伸方向的两侧；
8.绝缘板，其在形状记忆合金加固件的长度方向的两端的上下两侧分别贴合设置有一块；
9.摩擦板，其在每块绝缘板的上下两侧分别设置一块，其中上侧的摩擦板位于对应的绝缘板与开裂的钢桥部件之间，下侧的摩擦板位于对应的绝缘板与形状记忆合金加固件之间；
10.锚固块，其在位于形状记忆合金加固件的下侧的两个绝缘板的底部分别设置有一个；
11.每个锚固块与对应端的形状记忆合金加固件、开裂的钢桥部件、所有摩擦板、所有绝缘板之间通过螺栓固定连接。
12.优选的是，所述形状记忆合金加固件的长度方向与裂纹的走向之间的夹角范围为90
±
10
°
。
13.优选的是，所述形状记忆合金加固件为采用铁基形状记忆合金制成的矩形板。
14.优选的是，所述矩形板的厚度≥2mm。
15.优选的是，所述锚固块由钢材制成。
16.优选的是，所述螺栓为单边高强螺栓。
17.优选的是，所述形状记忆合金加固件的每端通过四个所述螺栓与对应端的所述锚固块、开裂的钢桥部件、所有所述摩擦板、所有所述绝缘板固定连接。
18.本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型的基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统通过设置形状记忆合金加固件，利用形状记忆合金的形状记忆特性实现现场无需千斤顶张拉就能自动产生预应力的主动收缩来对裂纹加固，通过在形状记忆合金加固件的上下两侧布置绝缘板，以增强后期热电阻加热时，形状记忆合金加固件与其他构件之间的绝缘性，增强热电阻加热效率，通过在形状记忆合金加固件和钢桥加固部位之间的绝缘板的上下两侧设置摩擦板以增强形状记忆合金加固件与钢桥部件之间的摩擦力，最后通过锚固块配合螺栓进行锚固，本实用新型的基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统一方面实现了加固过程中对交通的零干扰、对原结构的微损伤，另一方面加固工序简单，施工便捷，加固效率高，加固后耐久性好。
19.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
20.图1为本实用新型的主视结构图；
21.图2为本实用新型的形状记忆合金加固件的其中一端的放大结构图。
22.说明书附图标记说明：1、开裂的钢桥部件，2、裂纹，3、摩擦板，4、绝缘板，5、形状记忆合金加固件，6、锚固块，7、螺栓。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
24.在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.如图1、图2所示，本实用新型的基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统，安装在开裂的钢桥部件1的裂纹2处，包括：
26.形状记忆合金加固件5，其设置在裂纹2的外侧且长度方向的两端延伸至裂纹2的延伸方向的两侧；
27.绝缘板4，其在形状记忆合金加固件5的长度方向的两端的上下两侧分别贴合设置有一块；
28.摩擦板3，其在每块绝缘板4的上下两侧分别设置一块，其中上侧的摩擦板3位于对应的绝缘板4与开裂的钢桥部件1之间，下侧的摩擦板3位于对应的绝缘板4与形状记忆合金加固件5之间；
29.锚固块6，其在位于形状记忆合金加固件5的下侧的两个绝缘板4的底部分别设置有一个；
30.每个锚固块6与对应端的形状记忆合金加固件5、开裂的钢桥部件1、所有摩擦板3、所有绝缘板4之间通过螺栓7固定连接。
31.裂纹2的走向即为裂纹2的延伸方向，如图1
‑
2所示，形状记忆合金加固件5的长度方向基本与裂纹2的走向垂直，即形状记忆合金加固件5的长度方向的两端朝向裂纹2的两侧延伸，本实用新型的基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统在进入加固现场之前，在常温状态下采用千斤顶将形状记忆合金加固件5预拉至一定的设计预应力变如4％，当形状记忆合金加固件5达到设计预应变且保持稳定后，卸载预拉应力，形状记忆合金加固件5部分回缩，但残余一定的塑形变形。以对最为多见的正交异性钢桥面板中的纵肋对接焊缝开裂进行加固为例：
32.(1)针对纵肋对接焊缝底板处的疲劳裂纹2，首先根据裂纹2的长度设定形状记忆合金加固件5的宽度，当裂纹2扩展至纵肋腹板时，则需要在纵肋腹板上增加一套本实用新型的基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统，裂纹2的外侧即为纵肋腹板的下方一侧。
33.(2)根据预先设计的加固方案，将带有残余变形的形状记忆合金加固件5和钢桥纵肋在对接焊缝处的裂纹2两侧选取锚固区，在锚固区上钻螺栓孔，并对螺栓孔进行打磨确保螺栓孔光滑，降低锚固区螺栓孔处的应力集中程度。
34.(3)采用高强螺栓7将每端的gfrp绝缘板4、摩擦板3、形状记忆合金加固件5、钢桥纵肋和锚固块6按照从上至下依次为钢桥纵肋、摩擦板3、绝缘板4、摩擦板3、形状记忆合金加固件5、绝缘板4、锚固块6的顺序进行锚固连接，摩擦板和绝缘板上均对应开设通孔便于螺栓7穿入。
35.(4)完成锚固后，将移动电源的两端分别连接形状记忆合金加固件5的两端锚固区，打开电源对形状记忆合金加固件5进行热电阻加热，当加热到预先设计温度时，关闭电源停止加热。在加热和冷却的过程中，形状记忆合金加固件5因受到高温诱导因其自身的形状记忆效应而具有恢复其预张拉前初始状态的趋势，但因两端被紧紧锚固从而自动产生一定的预应力，实现了预应力的主动加固。
36.本实用新型的基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统通过设置形状记忆合金加固件5，利用形状记忆合金的形状记忆特性实现现场无需千斤顶张拉就能自动产生预应力的主动收缩来对裂纹2加固，通过在形状记忆合金加固件5的上下两侧布置绝缘板4，以增强后期热电阻加热时，形状记忆合金加固件5与其他构件之间的绝缘性，增强热电阻加热效率，通过在形状记忆合金加固件5和钢桥加固部位之间的绝缘板4的上下两侧设置摩擦板3以增强形状记忆合金加固件5与钢桥部件之间的摩擦力，最后通过锚固块6配合螺栓7进行锚固，本实用新型的基于形状记忆合金的钢桥主动加固系统一方面实现了加固过程中对交通的零干扰、对原结构的微损伤，另一方面加固工序简单，施工便捷，加固效率高，加固后耐
久性好。
37.在另一种技术方案中，如图1
‑
2所示，所述形状记忆合金加固件5的长度方向与裂纹2的走向之间的夹角范围为90
±
10
°
。
38.通过限定形状记忆合金加固件5相对于裂纹2的安装方向，使形状记忆合金加固件5收缩时有助于收缩裂纹2，设置一定的夹角范围有利于适应裂纹2的走向变化。
39.在另一种技术方案中，如图1
‑
2所示，所述形状记忆合金加固件5为采用铁基形状记忆合金制成的矩形板。
40.形状记忆合金分为镍钛基、铜基和铁基形状记忆合金，其中铁基形状记忆合金(fe
‑
sma)价格低、强度高、加工塑性好、抗疲劳性能优良、形状记忆效应相对稳定，设置为矩形板结构也方便安装，受力均匀，矩形板的长度和宽度根据开裂的钢桥部件1的裂纹2走向及长度进行调整。
41.在另一种技术方案中，如图1
‑
2所示，所述矩形板的厚度≥2mm。形状记忆合金加固件5的厚度一般设置在2mm以上，弹性模量为170mpa，屈服强度取残余应变为0.2％时对应的应力546mpa，极限强度为1015mpa，以保证对裂纹2的加固强度和良好的耐久性。
42.在另一种技术方案中，如图1
‑
2所示，所述锚固块6由钢材制成。锚固块6采用钢材，以确保锚固区受力的均匀性，增强加固系统的耐久性。
43.在另一种技术方案中，如图1
‑
2所示，所述螺栓7为单边高强螺栓7。采用单边自紧高强螺栓7，在开裂的钢桥部件1的裂纹2外侧进行紧固安装，更方便，使用高强螺栓7以提高形状记忆合金加固件5的安装强度。
44.在另一种技术方案中，如图1
‑
2所示，所述形状记忆合金加固件5的每端通过四个所述螺栓7与对应端的所述锚固块6、开裂的钢桥部件1、所有所述摩擦板3、所有所述绝缘板4固定连接。在每端设置四个螺栓7进行紧固，提高施工效率的同时保证紧固效果。
45.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的附图。