专利名称：双向预应力抗疲劳钢梁的制作方法
技术领域：
本实用新型属于土木工程领域，具体涉及一种双向预应力抗疲劳钢梁。
背景技术：
目前的吊车梁、行车主梁、桥梁等钢梁在验算疲劳时都按《钢结构设计规范》要求对疲劳应力幅进行验算。验算点一般位于简支梁跨中下翼缘最大拉应力处和加劲肋下端腹板拉应力较大处。然而实际工程中在钢梁腹板高度的中部(接近于纯剪区)和钢梁腹板高度的上部(压剪复合应力区)都会出现疲劳裂缝。其原因在于当引起疲劳的轮压经过时，腹板受剪单元体斜截面主应力由拉应力变为压应力。拉、压应力值与该点剪应力值相当。所以该主应力面上的疲劳应力幅达到2侧的轮压引起的剪应力之和。若强度设计时腹板剪应力水平在处于正常状态，该处的应力幅即可能超过允许疲劳应力幅而引起腹板的疲劳破坏。 本人先在2011年10月申请了发明专利“预应力抗疲劳钢梁”。(发明申请号201110145481. I)该专利是对简支钢梁下翼缘施加预压力，以提高其抗疲劳的能力，但这不能解决腹板的抗疲劳问题。本实用新型是在钢梁纵向加预应力的基础上，再在其横向(垂直方向)施加预应力，从而解决钢梁腹板抗疲劳问题。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用多向预应力方法同时抵抗翼缘和腹板疲劳破坏的双向预应力抗疲劳钢梁。本实用新型所提出的双向预应力抗疲劳钢梁，由钢梁I、预应力钢绞线2、弧形垫块3、平垫块4、预应力高强螺栓5、螺母6、压接锚头7、支座加劲板8和支座9构成，其中钢梁I底部两端支承于支座9上，钢梁I两端与钢梁腹板同方向处分别设有支座加劲板8，钢梁I近下翼缘处设置预应力钢绞线2，预应力钢绞线2分别通过压接锚头7固定于两个支座加劲板8上，使钢梁I承受纵向预压力；预应力钢绞线2 —端与支座加劲板8连接处设有弧形垫块3，以防止预应力钢绞线一侧破断后对钢梁弯矩的偏心；钢梁I两端各1/4跨度范围内均布有若干根预应力高强螺栓5，使钢梁I横向受到预应力，所述预应力高强螺栓5两端通过螺母6分别固定于钢梁I的上翼缘和下翼缘上；预应力高强螺栓5与钢梁I的上翼缘连接处设有平垫块4，预应力高强螺栓5与钢梁I的下翼缘连接处设有弧形垫块3。在预应力钢绞线2的预压力作用下，以钢梁翼缘为代表的受拉区在疲劳弯矩作用下始终处于压应力状态，从而避免了疲劳破坏。腹板受剪区则在双向预应力的作用下避免因剪应力变号引起主应力面的拉应力。也可避免腹板的疲劳破坏。在使用高强度钢材的条件下，双向预应力抗疲劳钢梁的抗疲劳承载力可大幅提高。本实用新型的优点I、大幅度提高钢梁下翼缘的抗疲劳承载力。2、大幅度提高钢梁腹板中部纯剪区和上部剪压区的抗疲劳承载力。3、将脆性的疲劳破坏转变成延性的强度破坏问题，大幅提高公众生命和财产安全性。4、大幅提高高强度钢材在抗疲劳钢梁中的材料强度利用率，节约社会资源。
图I为双向预应力抗疲劳钢梁的立面图。图2为图I的I形钢梁A-A剖面图。图3为图I为箱形钢梁时的B-B剖面图。图中标号1为钢梁，2为预应力钢绞线，3为弧形垫块，4为平垫块，5为预应力高强螺栓，6为螺母，7为压接锚头，8为支座加劲板，9为支座。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。如图I-图3所示，本实用新型由钢梁I、预应力钢绞线2、弧形垫块3、平垫块4、预应力高强螺栓5、螺母6、压接锚头7、支座加劲板8和支座9构成，其中钢梁I支承于两端支座9。钢梁I两端支座加劲板8上对称于腹板张拉预应力钢绞线2，预应力钢绞线2两端用压接锚头7固定。钢梁I承受纵向预压力。纵向的预应力钢绞线2 —端有弧形垫板3，防止一侧钢绞线破断后对梁弯矩的偏心。腹板横向预应力加在钢梁I两端各1/4跨度范围内。横向预应力通过竖向预应力高强螺栓5实现。预应力高强螺栓5对称布置于腹板两侧，上端有平垫块4避免上翼缘绕梁纵轴受弯。预应力高强螺栓5下端有弧形垫块3，避免下翼缘沿梁纵轴受弯，并防止一侧预应力高强螺栓5断裂后对梁的偏心弯矩作用。预应力高强螺栓5两端用螺母6固定。按吊车梁疲劳荷载和设计荷载设计验算钢梁1，并确定预应力钢绞线2所施加的纵向预应力。设计原则是在钢绞线的预拉力和吊车疲劳荷载作用下，钢梁I的翼缘不出现拉应力；同时保证在设计荷载作用下吊车梁满足极限承载能力要求；还要求在预应力钢绞线2张拉条件下钢梁I近支座9处腹板上部的预压应力值与吊车单个轮压经过时该处的剪应力变化值相当。预应力钢绞线2张拉多用压接锚头7固定。其间串联弧形垫块3。按吊车单个轮压经过时的钢梁I腹板高度中部的剪应力变化值确定预应力高强螺栓5的张拉力，通过两端螺母6作张拉固定。其间串联上翼缘处平垫块4和下翼缘处弧形垫块3。当钢梁腹板受到双向预压力后，在疲劳荷载的作用下，其剪应力产生斜截面的主拉应力即被双向预压应力抵消，不会进入受拉状态，也不会产生钢梁腹板受剪区的疲劳破坏。
权利要求1.一种双向预应力抗疲劳钢梁，由钢梁(I)、预应力钢绞线(2)、弧形垫块(3)、平垫块(4)、预应力高强螺栓(5)、螺母￠)、压接锚头(7)、支座加劲板(8)和支座(9)构成，其特征在于钢梁⑴底部两端支承于支座(9)上，钢梁⑴两端与钢梁腹板同方向处分别设有支座加劲板(8)，钢梁(I)近下翼缘处设置预应力钢绞线(2)，预应力钢绞线(2)分别通过压接锚头(7)固定于两个支座加劲板(8)上，使钢梁(I)承受纵向预压力；预应力钢绞线(2)一端与支座加劲板(8)连接处设有弧形垫块(3)，以防止预应力钢绞线一侧破断后对钢梁弯矩的偏心；钢梁(I)两端各1/4跨度范围内均布有若干根预应力高强螺栓(5)，使钢梁 (I)横向受到预应力，所述预应力高强螺栓(5)两端通过螺母(6)分别固定于钢梁(I)的上翼缘和下翼缘上；预应力高强螺栓(5)与钢梁(I)的上翼缘连接处设有平垫块(4)，预应力高强螺栓(5)与钢梁(I)的下翼缘连接处设有弧形垫块(3)。
专利摘要本实用新型涉及一种双向预应力抗疲劳钢梁，由钢梁、预应力钢绞线、弧形垫块、平垫块、预应力高强螺栓、螺母、压接锚头、支座加劲板和支座构成。是在钢梁近下翼缘的腹板处用对称布置的两根钢绞线施加钢梁纵向预应力，并在梁全长范围，对称于腹板两侧，以适当间距用高强螺栓对钢梁施加横向预应力。在这双向预应力作用下，钢梁下翼缘在疲劳荷载作用下不进入受拉应力状态，腹板在轮压产生的剪力作用下斜截面主应力也不进入受拉状态，从而确保钢梁翼缘和腹板均不会产生疲劳破坏。从而使得由疲劳承载能力控制的钢梁可有效地利用高强钢材，节约资源，提高安全性，杜绝疲劳破坏。
文档编号E04C3/10GK202466989SQ201220019698
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者马人乐 申请人:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司