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大型公路钢箱梁正变异性桥面板(1)

2017-02-20 01:00 论文作者：李凇泉 万珊珊 史永吉 刘晓光 王辉平摘要：介绍了大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头构造细节的演变，并通过两个足尺试件的静载和疲劳试验，以及有限元分析，证明正交异性桥面板工地接头采用焊栓连接具有足够的刚度、承载力和耐久性。
关键词：钢箱梁 正交异性桥面板 工地接头 试验 有限元分析 一、前言大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头即箱梁节段之间的连接，过去均采用全焊或高强度螺栓连接。各国实桥运营经验表明，这两种连接方式各有不足。全焊连接时，U形肋嵌补段对接焊和肋角角接焊均处于仰焊位置施焊，而仰焊工作条件恶劣，施工周期较长，仰焊焊接质量比俯焊难以保证，经过一段时间运营后在这些焊接处容易产生疲劳裂纹。采用高强度螺栓连接时（桥面板、纵向U形助），桥面铺装层因栓接接头而受到削弱，给销装工艺和质量控制带来很大难度，铺装层容易产生裂纹、剥离等病害，而且螺栓用量大，造价高。基于以上原因，最近出现了一种新的连接方式，即桥面板用焊接（陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺），U形肋采用高强度螺栓连接。日本已将此方案作为首选方案纳入设计规范。该方案克服了全焊连接和全部栓接的各自缺点，可以说这是目前最先进的连接方式。南京长江第二大桥南汊桥在我国首次采用这种连接方式，因为是第一次采用，需通过模型试验和有限元分析来验证其连接刚度、局部应力和疲劳性能。本文对正变异性桥面板工地接头构造细节的演变进行了综述，并对该接头的足尺试件进行了试验研究和有限元分析。二、钢桥面板工地接头构造细节的演变1.钢桥面板的构造细节对于大跨度悬索桥和斜拉桥，钢箱梁自重约为 PC箱梁自重的1/5～1/6.5。正交异性钢板结构桥面板的自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1/2～1/3。所以，受自重影响很大的大跨度桥梁，正交异性板铜箱梁是非常有利的结构形式。通常，在钢桥面板上铺装沥青混凝土铺装层，其主要作用是保护钢桥面板和有利于车辆的走行性。近代正交异性钢桥面板的构造细节，由钢面板纵助和横肋组成，且互相垂直。钢面板厚度一般为12mm，纵肋通常为U形肋或球扁钢肋或板式助，U形肋板厚一般为6mm或 8mm，横梁间距一般为 3.4～4.5m，两横梁之间设一横肋。制造时，全桥分成若干节段在工厂组拼，吊装后在桥上进行节段间的工地连接。通常所有纵向角焊缝（纵向肋和纵隔板等）贯通，横隔板与纵向焊缝、纵肋下翼缘相交处切割成弧形缺口与其避开。2．正交异性钢桥面板的疲劳及其工地接头构造细节的改进钢桥面板作为主梁的上翼缘，同时又直接承受车辆的轮载作用。如上所述，钢桥面板是由面板、纵肋和横助三种薄板件焊接而成，在焊缝交叉处设弧形缺口，其构造细节很复杂。当车辆通过时，轮载在各部件上产生的应力，以及在各部件交叉处产生的局部应力和变形也非常复杂，所以钢桥面板的疲劳问题是设计考虑的重点之一。自1966年英国Severn桥（悬索桥）采用扁平钢箱梁以来，钢桥面板陆续出现许多疲劳裂纹，主要产生的部位有纵助与面板之间的肋角焊缝、纵横肋交叉的弧形缺口处，U形肋钢衬垫板对接焊缝处等，其中梁段之间钢桥面板工地接头是抗疲劳最薄弱的部位。由于钢桥面板不可能更换，产生裂纹后修补又比较困难，50年来．通过一系列的试验研究和有限元分析，以及实践经验总结，对钢桥面板构造细节的设计和焊接不断进行了改进，使得钢桥面板产生裂纹的概率大大减少。这里仅介绍钢桥面板工地接头构造细节设计的演变，过去采用的纵向肋焊接对接和高强度螺栓对接，改进后的构造细节，即面板对接采用陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺，U形肋采用高强度螺栓对接拼接。