鋼橋面板的抗疲勞耐久性

1、1鋼橋面板的抗疲勞耐久性鋼橋面板的抗疲勞耐久性中國鐵道科學研究院中國鐵道科學研究院 史永吉史永吉20152015年年1010月月鋼橋面板疲勞裂紋系列講座之四鋼橋面板疲勞裂紋系列講座之四（第二版）（第二版）2提提 綱綱0 前言1 鋼橋面板結構特征及疲勞2 鋼橋面板的疲勞設計方法3 鋼橋面板的結構設計4 鋼橋面板構造細節(jié)設計5 對鋼橋面板制造（焊接）的要求30.0.前言前言 對于大跨度橋梁而言，減輕自重、延伸跨長一直是橋梁工作者努力的目標。顯然，“鋼橋+鋼橋面板”結構是不二的選擇。前國際橋協主席伊藤學教授在大跨度橋梁面向21世紀的挑戰(zhàn)一書中，就材料和結構形式等作了展望。 另一方面，正交異性鋼橋面板

2、用較少的鋼材組成的正交異性板結構，雖有很大的靜力承載力，但是由于鋼橋面板的特殊結構特征、受力行為和嚴厲的疲勞環(huán)境，易產生疲勞裂紋，極大地困擾了其應用。 面對這一兩難的課題，各國學者花費了大量的精力和財力，持續(xù)不斷地進行了探索。自60年前用于橋梁以來，經過一次次研究試驗改進實橋服役檢驗，現已大大改善了鋼橋面板的抗疲勞性能。這里不談這一探索過程，僅就探索結果，即鋼橋面板構造細節(jié)的疲勞設計方法作一介紹，以供參考。41.1.鋼橋面板結構特征及疲勞鋼橋面板結構特征及疲勞1.1 1.1 公路鋼橋橋面板的類型及特點公路鋼橋橋面板的類型及特點類型類型特點特點RCRC橋面板橋面板應用最早，自有公路鋼橋起就采用R

3、C橋面板自重大，不利于向大跨度延伸RC橋面板裂紋問題難以解決，維修費高。早期的RC橋面板已逐步更換成鋼橋面板和組合橋面板PCPC橋面板橋面板作為改善RC橋面板的裂紋而被采用施工復雜，工期長預應力的效率較低,作用在混凝土板和鋼梁上的預應力分配不明確應用實例相對較少鋼橋面板（正交異性板）鋼橋面板（正交異性板）重量輕，是大跨度鋼梁難以取代的橋面結構在勻布荷載或集中荷載作用下有很大的極限承載力在汽車輪載作用下產生“鼓曲”狀變形，在焊接約束處產生次彎曲應力集中，易引發(fā)疲勞裂紋。對結構、構造細節(jié)設計和焊工的技能水平要求較嚴鋼鋼混凝土組合橋面板混凝土組合橋面板組合板剛度較大，自重略大于鋼橋面板，低于RC橋面

4、板，可有效改善RC橋面板的裂紋近年來應用實例逐漸增多51.2 1.2 鋼橋面板的結構特征及傳力途徑鋼橋面板的結構特征及傳力途徑（1）結構特征及受力行為鋼橋面板為正交異性板（Orthotropic Plate）結構，由面板、縱肋和橫肋組成，三者互為垂直，焊接成整體而共同工作。在均布荷載或集中荷載作用下有很大的極限承載力，非常適合既可縱向移動、又可橫向移動的交通荷載（如汽車荷載）。但是，鋼橋面板在縱向和橫向的結構性能不同，在輪載作用下是一個影響面受力，產生“鼓曲”狀變形，導致面板、縱肋和橫肋的面外變形，并在焊接連接約束處產生較大的次應力集中，易引發(fā)疲勞裂紋。而主桁/主梁是承受作用在橋面板上的全部荷

5、載，并按影響線加載來計算構件內力和各細節(jié)斷面名義應力。因此，疲勞設計時，統(tǒng)計作用在鋼橋面板上運營荷載譜并精確計算各細節(jié)的局部次彎曲應力，建立各細節(jié)的疲勞抗力曲線，要比主桁/主梁復雜困難得多。1.1.鋼橋面板結構特征及疲勞鋼橋面板結構特征及疲勞61.2 1.2 鋼橋面板的結構特征及傳力途徑鋼橋面板的結構特征及傳力途徑（2）功能及傳力途徑功能：鋼橋面板既作為直接承受交通荷載的結構，又作為主梁上翼緣的一部分參與主梁共同工作。傳力途徑：交通荷載帶有縱、橫肋的橋面板橫梁（橫隔板）主梁 支座支座墩臺墩臺基礎基礎地基（連續(xù)鋼梁橋）地基（連續(xù)鋼梁橋） 吊索、主纜或斜拉索吊索、主纜或斜拉索主塔主塔基礎基礎地基（

6、索支撐橋梁）地基（索支撐橋梁）1.1.鋼橋面板結構特征及疲勞鋼橋面板結構特征及疲勞71.3 1.3 鋼橋面板的嚴厲疲勞環(huán)境鋼橋面板的嚴厲疲勞環(huán)境（1）受力次數多交通規(guī)則規(guī)定，重載車輛在外側車道上行駛，每通過一個輪載，在相應構造細節(jié)產生一次應力循環(huán)，以平均每天5000輛運量為計，100年設計壽命內將發(fā)生108次以上應力循環(huán)。（2）輪載軸重離散性大由于路面不平整、伸縮縫處路面高差、行車速度不同和超載等因素的影響，輪載軸重離散性較大。日本一項研究報告中，在額定軸重4t的輪軸上安裝了測力計，實測1.4108次，經過統(tǒng)計分析，均值為2.28t，標準偏差4.2t，最大值為30.4t。1.1.鋼橋面板結構特

7、征及疲勞鋼橋面板結構特征及疲勞81.3 1.3 鋼橋面板的嚴厲疲勞環(huán)境鋼橋面板的嚴厲疲勞環(huán)境 （3）加載位置不固定 汽車輪載既可縱向移動，也可橫向移動，對于同一構造細節(jié)，不同加載位置在該細節(jié)產生的應力幅值有很大差異。從而導致輪載加載的不同位置會引發(fā)不同類型的裂紋。 （4）活載應力/恒載應力比值大 鋼橋面板是直接承受交通荷載的結構，活載應力l和恒活載應力l+d之比約為50%以上，而主梁構件的l/l+d15%。因此，對于鋼橋面板而言，引起疲勞的應力幅較大。 （5）近來大型重載車輛的流量越來越大，軸重有逐漸增大的趨勢。1.1.鋼橋面板結構特征及疲勞鋼橋面板結構特征及疲勞91.4 1.4 鋼橋面板的疲

8、勞裂紋鋼橋面板的疲勞裂紋至今為止，各國鋼橋面板發(fā)生的疲勞裂紋類別達17種以上，如圖1.1所示，頻發(fā)的有7種。絕大部分是面外變形受到焊接連接約束而產生次應力集中而引發(fā)。圖1.1 鋼橋面板各種 裂紋的匯總1.1.鋼橋面板結構特征及疲勞鋼橋面板結構特征及疲勞101.4 1.4 鋼橋面板的疲勞裂紋鋼橋面板的疲勞裂紋注：面板縱向對接焊縫裂紋； 縱肋現場鋼襯墊對接焊縫處裂紋； 縱肋與面板間的角焊縫焊趾處裂紋； 縱肋與面板間的角焊縫焊跟處裂紋； 橫肋與面板間角焊縫焊趾處裂紋； 面板與豎向加勁肋角焊縫端部焊趾處裂紋； 面板與豎向加勁肋側面角焊縫焊趾處裂紋； 面板與角撐板間角焊縫焊趾處裂紋； 橫肋與縱肋交叉處，

9、橫肋側焊趾處裂紋； 橫肋與縱肋交叉處，弧形缺口母材處裂紋； 11縱肋與橫肋角焊縫處橫肋焊趾處裂紋； 12橫肋與角撐角焊縫處裂紋； 13豎向加勁肋與角撐板角焊縫處裂紋； 14端橫梁與縱肋角焊縫處裂紋； 15橫肋下翼緣與腹板角焊縫端部裂紋； 16橫肋下翼緣與豎向加勁肋角焊縫處裂紋； 17箱內橫撐節(jié)點板處裂紋。1.1.鋼橋面板結構特征及疲勞鋼橋面板結構特征及疲勞112.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計2.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介（1）疲勞設計方法目前鋼橋的疲勞設計方法可分為以下幾種：構造細節(jié)疲勞應力等級分類法采用疲勞荷載或疲勞荷載譜，計算被評定細節(jié)構件斷面的名

10、義應力i及相應的應力循環(huán)次數ni（即應力譜），依據Miner線性累積損傷定律，求得等效等幅應力eq及ni，然后與給定的等幅容許疲勞抗力曲線N進行比較，最后判別。miiminn1eq)(Miner定律：122.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介判別式：eqf圖2.1 疲勞抗力設計曲線該方法有扎實的研究和實橋長期服役驗證的基礎，是鋼橋較成熟的疲勞設計方法。2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計132.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介構造細節(jié)設計法結構若存在面外變形的小間隙（gap），由于難以精確計算該處的面外變形及由此產生的次彎曲應力，而且又沒有

11、該細節(jié)的疲勞設計曲線，則可利用構造細節(jié)設計法，確保結構在設計壽命內不產生疲勞裂紋，而不需要進行計算判別。如板梁腹板豎向加勁肋與翼緣之間小間隙（gap）處，若因偏心荷載、橫向振動或其他原因產生出腹板的面外變形，易引發(fā)疲勞裂紋。后經有效的足尺疲勞試驗，建立了該構造細節(jié)的規(guī)定：gap8tw。經過約40年的實橋檢驗，證明有足夠的抗疲勞耐久性。2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計142.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介該方法已作為方法的補充，列入鋼橋疲勞設計規(guī)范。twgap豎向加勁肋出腹板面外變形圖2.2板梁腹板的小間隙2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計面外變形

12、在小間隙約束處產生的次彎曲應力按下式計算：式中K為修正系數，為面外變形值，tw為腹板厚度，g為小間隙值。152.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介熱點應力評定法對于管結構，主管與支管趾部焊接處易產生疲勞裂紋。疲勞試驗表明，若用主管斷面的名義應力對所有試驗結果進行統(tǒng)計分析，各數據無線性相關性，不能建立疲勞曲線；若用趾部熱點應力進行統(tǒng)計分析，各數據有很好的線性相關性，從而建立了管管接頭的疲勞抗力曲線。熱點應力的計算方法有FEM法和5點實測應力外推法。該方法已納入海洋平臺等管結構的疲勞設計規(guī)范。圖2.3 管管接頭2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計圖2.4 管結構疲勞設

13、計曲線162.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介斷裂力學評定法該方法針對服役的結構，若已發(fā)現裂紋（包括制造時漏檢的裂紋），并已探明裂紋的形狀和尺寸，則可應用裂紋擴展速率表達式來計算初始裂紋尺寸ai擴展至臨界裂紋尺寸ac（即斷裂）時的壽命，亦即剩余壽命，以便掌握修復加固或更換的時期。裂紋擴展速率：裂紋尖端應力強度因子：2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計172.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介通過積分求得裂紋擴展壽命：式中a為裂紋深度，Np為裂紋擴展壽命，C、n為材料常數，K為裂紋尖端應力強度因子，Kth為應力強度因子門檻值，為應力幅，F1、

14、F2、F3、F4、F5為應力集中、裂紋形狀、表面裂紋、有限板厚和有限板寬、偏心等因素的修正系數。該方法雖已在少量工程中應用，但要求對裂紋的探測精度高，計算較復雜，推廣有難度。2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計182.1 2.1 鋼橋的疲勞設計方法簡介鋼橋的疲勞設計方法簡介全壽命計算評估法在循環(huán)荷載作用下，疲勞裂紋由應力集中區(qū)萌生、擴展，直至斷裂。將超過屈服應力的應力集中區(qū)視為塑性區(qū)，屬于應變疲勞（低周次疲勞），從而將塑性區(qū)疲勞斷裂的壽命定義為裂紋萌生壽命（Ni），后續(xù)的裂紋擴展至斷裂定義為裂紋擴展壽命（Np），則全壽命表達式為：NT= Ni + Np該方法有較強的理論基礎，但要對所有

15、構造細節(jié)建立全壽命估算的表達式，尚需進一步的深入研究。目前尚未達到實用程度。2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計192.22.2 不同疲勞設計方法的適用性分析不同疲勞設計方法的適用性分析由前述鋼橋面板的結構特征、受力行為、疲勞裂紋類型及其產生的原因,以及各種疲勞設計方法的適用性可知：（1）對于鋼橋面板而言，上節(jié)所述的方法，即基于構造細節(jié)的疲勞應力（構件斷面名義應力）等級設計法是不可行的。其一，鋼橋面板的絕大部分疲勞裂紋是伴隨著結構“鼓曲”狀變形迫使面板、縱肋、橫肋產生面外變形，受焊接連接約束產生次應力集中而引發(fā)的，也難以精確計算裂紋部位的應力譜，而且這不是構件斷面的名義應力；其二，也沒

16、有這些構造細節(jié)的疲勞抗力曲線可供評定。2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計202.22.2 不同疲勞設計方法的適用性分析不同疲勞設計方法的適用性分析（2）方法構造細節(jié)疲勞設計法適用鋼橋面板中大多數因面外變形在約束處引發(fā)的疲勞裂紋，按該方法設計后不需要進行疲勞應力檢算，就具備長壽命疲勞抗力，大大簡化了疲勞設計，詳見第2.3節(jié)和第3、4、5章。對于縱向U肋現場對接接頭，雖然可用方法進行疲勞應力檢算，但是疲勞抗力較低、離散性較大的鋼襯墊板對接焊接頭改為疲勞抗力較高的摩擦型HTB對接接頭，也可免于疲勞應力檢算。（3）方法是針對管結構的，鋼橋面板的結構特點及受力行為與管結構完全不同，目前尚無這些

17、構造細節(jié)的熱點應力計算方法和疲勞抗力曲線。（4）方法與評定目標有出入。（5）方法本身尚未達到實用化。2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計212.32.3 鋼橋面板的構造細節(jié)疲勞設計法鋼橋面板的構造細節(jié)疲勞設計法（1）近期研究鋼橋面板自重輕，具有很高的靜力極限承載力，雖然在初期應用時出現了大量的疲勞裂紋，但是對于大跨度橋梁而言，其具有無可替代的優(yōu)越性。所以長期以來各國花費大量的人力、物力對其進行研究、改進、實橋服役驗證，特別是上世紀90年代以來，進行了以下幾個方面的研究，為鋼橋面板采用構造細節(jié)疲勞設計法打下了基礎：3D FEM（實體元）分析，如U肋與面板部分熔透角焊縫焊跟處、弧形切口約束

18、處等。對主要構造細節(jié)進行足尺模型的疲勞試驗，采用實際移動輪載或模擬移動輪載加載。對易發(fā)生裂紋的細節(jié)不斷進行改進，并用于實橋和實橋應力和變形的測量，經受較長期的服役檢驗，驗證實用效果。2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計222.32.3 鋼橋面板的構造細節(jié)疲勞設計法鋼橋面板的構造細節(jié)疲勞設計法2.2.鋼橋面板的疲勞設計鋼橋面板的疲勞設計（2）鋼橋面板構造細節(jié)疲勞設計要素正是由于對鋼橋面板抗疲勞性能的持續(xù)不斷地、一步步深入的研究改進實橋檢驗，才使鋼橋面板的抗疲勞性能得到逐步改善，也使鋼橋面板的構造細節(jié)疲勞設計法得到補充和完善。日本已將這些研究成果納入2002年版公路鋼橋疲勞設計指針。鋼橋面

19、板構造細節(jié)疲勞設計包含以下內容：鋼正交異性橋面板的整體結構設計；面板、縱肋、橫肋三者之間連接的構造細節(jié)設計；對制造加工和焊接的要求。233.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.13.1 鋼橋面板的縱、橫向分割鋼橋面板的縱、橫向分割（1）橫向分割面板長度應與節(jié)段長度相同，分割點宜設在距索支點(0.20.3)D1處（D1為索支點間距），并距橫肋(0.20.3)D2（D2為橫肋間距），即避開支點最大負彎矩和跨中最大正彎矩，使之位于受力較小的反彎點附近，同時又便于制造和安裝。（2）板單元件的縱向分割面板縱向對接焊縫應避開汽車輪載正下方左右各25cm范圍內。243.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板

20、的結構設計3.23.2 整體剛度和局部剛度整體剛度和局部剛度（1）計算圖式近似分析面板可視為周邊彈性固支在縱、橫肋的肋腳上?？v肋可視為連續(xù)彈性支撐在橫肋/橫隔板上。橫隔板（橫梁）可視為彈性固支在主梁上。精確分析依據結構受力變形微分方程編制計算程序，建立計算模型，進行FEM分析。對于易發(fā)生疲勞裂紋的焊跟、焊趾、弧形切口等部位采用實體元進行3D FEM分析。253.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.23.2 整體剛度和局部剛度整體剛度和局部剛度（2）整體剛度及局部剛度限制局部剛度和整體剛度的理由減少鋼橋面板的變形，降低次應力集中，改善其疲勞性能。鋼橋面板作為橋面鋪裝層的基礎，減少其變形，

21、可改善鋪裝層的裂紋等病害，有利于提高使用壽命。剛度限值圖3.1 鋼橋面板的剛度(a)整體剛度 (b)局部剛度263.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.33.3 橫隔板（橫梁）連續(xù)性橫隔板（橫梁）連續(xù)性鋼橋面板應用初期，考慮到橫梁作為把來自橋面板的交通荷載傳遞給主梁的構件，設計成橫梁貫通、縱肋斷開的方式，結果很快在連接處產生裂紋，從而改成橫梁/橫肋的腹板設弧形切口、縱肋及縱肋與面板的角焊縫貫通的方式。(a) 橫隔板貫通 (b) 縱肋貫通圖3.2 橫梁連續(xù)性的改進273.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.43.4 縱肋斷面形狀的演變縱肋斷面形狀的演變縱肋斷面形式如圖3.3所示。

22、經過不斷地改進、試用，現在已經明確，行車道內的縱肋均采用U形肋，非行車道上可采用板肋或球扁鋼肋。 平鋼板 偏球頭鋼板 正球頭鋼板 等邊角鋼 T形鋼(a)開口縱肋 倒梯形(U肋) 半圓形 三角形 加強三角形 Y形(b)閉口縱肋圖3.3 鋼橋面板縱肋的斷面形式283.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.53.5 面板厚度、縱肋剛度、橫肋間距三者共同工作的面板厚度、縱肋剛度、橫肋間距三者共同工作的 匹配性匹配性對于鋼橋面板的設計，既要用鋼量少，且具有較高的靜力承載力，又要求互為垂直的面板、縱肋、橫肋作為整體而共同工作，并有足夠的抗彎剛度，確保其抗疲勞耐久性。因此，三者之間的匹配性十分重要。舉

23、例如下：面板厚度面板厚度(mm)(mm)12121414、16161818、1919U U肋斷面肋斷面(mm)(mm)3202406(日)3202606(日)3002808(德)3202408(日)3202608(日)3002808(德、中)400330842033084403409U U肋中心距肋中心距(mm)(mm)640(日)600(德)640(日)600 (德、中)800840880橫肋間距橫肋間距(mm)(mm)200025003000375040005000注注現已不用已納入德日現行規(guī)范日本在試用中293.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.63.6 縱肋與端橫隔板的連接縱

24、肋與端橫隔板的連接端橫隔板起著密封箱梁的作用，箱內縱向U肋要傳遞荷載給端橫隔板，箱外板肋要與伸縮縫部件連接。該連接必須嚴格要求，確保焊接質量。圖3.4 縱肋與端橫隔板的連接303.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.73.7 關于橫隔板（橫梁）和橫肋間距關于橫隔板（橫梁）和橫肋間距（1）對于連續(xù)梁，支點設在墩臺上，由于跨度較大，偏心荷載易產生橫斷面畸變，需設置橫隔板并控制間距以防止畸變引起過大的翹曲應力。橫隔板之間的橫肋是作為支撐縱肋的構件，應根據鋼橋面板的面板、縱肋、橫肋三者之間的匹配性來確定其間距。（2）對索支撐橋的扁平鋼箱梁，吊索/斜拉索是其彈性支點，由于跨度較小，偏載產生斷面畸

25、變的影響可忽略不計?？紤]鋼橋面板的傳力途徑，橫梁（橫隔板）設在彈性支點上，橫肋應設在橫梁之間，其間距依據面板、縱肋、橫肋三者共同工作的匹配性來設置。313.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.83.8 關于縱隔板關于縱隔板對于索支撐橋的扁平鋼箱梁，雖然橫梁（橫隔板）跨度（主梁間距）較大，依據傳力途徑，箱內一般不需要設置縱梁（或稱縱隔板），若必須設置縱隔板時，應全長設置，不得中斷，特別要避免僅在塔區(qū)設置縱隔板，導致縱隔板終端的面板因面外變形受到約束而產生疲勞裂紋。不宜實腹板式或桁架式間隔設置。對于大跨度懸索橋，出于抗風穩(wěn)定的要求，采用分離式鋼箱梁，箱之間采用橫梁連接成整體，例如中國西堠門

26、大橋（L=1650m）為兩箱、意大利Messina海峽大橋（L=3300m）設計為三箱（待建）。323.3.鋼橋面板的結構設計鋼橋面板的結構設計3.93.9 關于支撐體系關于支撐體系基于鋼橋面板的功能和傳力途徑，索支撐橋梁的吊索和斜拉索做為彈性支撐和梁端及主塔橫梁處的支座，均應設置在主梁腹板上。另外，不設主梁腹板將會產生較大的附加彎矩。334.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.14.1 縱向縱向U U肋與面板角焊縫的熔透深度肋與面板角焊縫的熔透深度易從焊跟產生裂紋 焊縫易燒穿肋板 既要確保熔透深， 造成新的裂紋源 又要避免根部熔穿圖4.1 縱向U肋與面板角焊縫熔透深度的演變（面板

27、厚度16mm）344.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.24.2 縱向縱向U U肋的現場接頭肋的現場接頭圖4.2 縱向U肋現場橫向接頭的改進 箱梁節(jié)段之間的箱梁節(jié)段之間的U U肋現場接頭數量多，過去采用鋼襯墊板對接焊連肋現場接頭數量多，過去采用鋼襯墊板對接焊連接，該細節(jié)疲勞強度較低，且隨鋼襯墊板與接，該細節(jié)疲勞強度較低，且隨鋼襯墊板與U U肋組裝間隙加大俞發(fā)肋組裝間隙加大俞發(fā)降低，成為疲勞裂紋最多的細節(jié)之一。后改為摩擦型高強螺栓連接，降低，成為疲勞裂紋最多的細節(jié)之一。后改為摩擦型高強螺栓連接，則未發(fā)生疲勞裂紋。則未發(fā)生疲勞裂紋。354.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計

28、4.34.3 橫肋橫肋/ /橫隔板弧形切口的形狀和尺寸橫隔板弧形切口的形狀和尺寸橫肋/橫隔板上開弧形切口是讓縱肋和縱肋與面板的角焊縫貫通。另外，當輪載作用在橫肋之間時，縱肋垂直彎曲帶動橫肋/橫隔板的腹板產生面外彎曲，弧形切口的作用是降低約束剛度、減小次應力集中；但弧形切口使橫肋/橫隔板成為空腹板梁，當輪載作用在橫梁/橫肋正上方時，弧形切口尺寸過大，將使弧形切口處產生過大的主應力集中；所以弧形切口形狀、尺寸、切割、棱角倒圓、端部圍焊質量等對其疲勞性能有重要影響。圖4.3介紹了幾種常用的弧形切口形狀和尺寸。364.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.34.3 橫肋橫肋/ /橫隔板弧形切

29、口的形狀和尺寸橫隔板弧形切口的形狀和尺寸 (a)日本 (b)歐洲、中國 (c)大斷面U肋圖4.3 弧形切口形狀及尺寸374.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.44.4 過焊孔的設置過焊孔的設置（1）U肋與面板角焊縫的過焊孔圖4.4 過焊孔的改進（1）應連續(xù)施焊應連續(xù)施焊384.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.44.4 過焊孔的設置過焊孔的設置（2）面板間縱向對接焊縫處的過焊孔尺寸的改進圖4.5 過焊孔的改進（2） 過焊孔尺寸過大，易在焊縫端部焊趾處引發(fā)疲勞裂紋，并向面板厚度擴展。所以限制過焊孔尺寸是必要的，僅需設置陶瓷襯墊的尺寸即可。394.4.鋼橋面板構造細節(jié)設

30、計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.44.4 過焊孔的設置過焊孔的設置（3）節(jié)段間面板現場橫向對接焊縫處圖4.6 現場接頭處縱肋過焊孔的改進（3）75現場橫向對接焊縫 （陶質襯墊焊）404.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.54.5 主梁腹板垂直加勁肋的改進主梁腹板垂直加勁肋的改進圖4.7 主梁腹板垂直加勁肋的改進面板垂直加勁肋主梁腹板垂直加勁肋主梁腹板面板5tw注：日本2002年版設計規(guī)范為35mm注：垂直加勁肋與面板角焊縫端 均產生裂紋，并穿透面板414.4.鋼橋面板構造細節(jié)設計鋼橋面板構造細節(jié)設計4.64.6 橫隔板、橫肋腹板的連接橫隔板、橫肋腹板的連接圖4.8 橫隔板和橫肋腹板的連

31、接可采用HTB連接，也可采用焊接。a）高強度螺栓連接 b）全熔透對接焊連接（立焊）75mm75mm425.5.對鋼橋面板制造（加工和焊接）的要求對鋼橋面板制造（加工和焊接）的要求5.15.1 組裝精度組裝精度鋼正交異性板結構復雜、板較薄、焊縫數量多、過焊孔和弧形切口處窄小、圍焊施工難度大、對焊工技能要求高。然而，確保焊接質量對抗疲勞性能的改善具有重要意義。組裝精度是確保結構幾何尺寸精度和焊接質量的前提。除應滿足制造規(guī)則要求的組裝精度外，還應特別注意：（1）縱向U肋與面板的組裝間隙0.5mm，且max1.0mm。435.5.對鋼橋面板制造（焊接）的要對鋼橋面板制造（焊接）的要求求5.15.1 組

32、裝精度組裝精度（2）采用襯墊對接焊時，陶瓷襯墊、鋼板襯墊與母材之間的組裝間隙0.5mm。特別需要注意縱向U肋與端橫隔板的鋼襯墊板全熔透角焊縫，鋼襯墊板與U肋間、襯墊板兩個側邊與端橫隔板和面板之間的組裝間隙均應0.5mm，且max1.0mm。（3）臨時碼板的設置設置碼板的目的碼平鋼板；控制組裝精度和箱梁幾何尺寸；減小焊接變形。445.5.對鋼橋面板制造（焊接）的要對鋼橋面板制造（焊接）的要求求5.15.1 組裝精度組裝精度碼板設置方法圖5.1 臨時碼板的設置底層正式焊道完成后即可撤除臨時碼板，但不得損傷母材，然后磨平，不得殘留缺陷。455.5.對鋼橋面板制造（焊接）的要對鋼橋面板制造（焊接）的要

33、求求5.25.2 焊接要素焊接要素（1）宜選用小線能量的焊接方法（如氣體保護焊），以利于減小焊接變形。（2）原則上不得選用仰姿焊接，以利于改善工人勞動強度，避免焊縫外觀、焊跟熔深、咬邊等缺陷，進而穩(wěn)定抗疲勞性能。（3）特殊細節(jié)的焊接U肋與面板角焊縫1:4.52=0.5mm4050焊絲說明：組裝間隙0.5mm，且max1.0mm；鈍邊2mm；坡口角度（含自然角度）4050；焊絲與面板夾角（平焊時）1822，且焊絲指向焊跟中心線。圖5.2焊絲角度465.5.對鋼橋面板制造（焊接）的要對鋼橋面板制造（焊接）的要求求5.25.2 焊接要素焊接要素橫肋與面板和U肋的角焊縫施焊方向如圖5.3所示，由俯姿向

34、立姿再向端部圍焊連續(xù)施焊。角部不得停、熄弧。要求焊工掌握較高的技能。焊腳尺寸宜7mm。圖5.3 施焊方向5.5.對鋼橋面板制造（焊接）的要對鋼橋面板制造（焊接）的要求求5.25.2 焊接要素焊接要素圖5.4弧形切口圍焊弧形切口、過焊孔處圍焊由橫肋兩側向端部圍焊，一次完成連續(xù)施焊。焊縫端部成型不良時，用圓柱形超硬合金磨頭打磨勻順。485.5.對鋼橋面板制造（焊接）的要對鋼橋面板制造（焊接）的要求求5.25.2 焊接要素焊接要素（4）焊工技能培訓具有資質的焊工應掌握以下運條技能：氣體保護焊應掌握以下3種運條方法，根據焊縫的位置、類型、焊道數量，靈活應用運條方法，焊出外觀、內部質量合格的焊縫。應掌握

35、在弧形切口、過焊孔等狹窄位置進行圍焊，并焊出合格焊縫的技能。應掌握U肋與面板角焊縫熔透深度滿足0.75t的施焊技能。圖5.5 運條方法直線運條方法擺幅運條方法(三角波、正弦波）擺幅48mm，特殊情況擺幅20mm螺旋運條方法，擺幅412mm495.5.對鋼橋面板制造（焊接）的要對鋼橋面板制造（焊接）的要求求5.3 5.3 焊接變形控制技術焊接變形控制技術（1）焊接變形控制技術的復雜性焊接時局部加熱產生的熱循環(huán)效應必然使結構產生焊接變形。焊接變形可分為縱、橫向收縮變形、角變形和扭轉變形（包括翹曲變形）。焊接變形涉及面廣、影響因素多（焊接方法、焊縫斷面積、施焊順序、約束條件、構件剛度等）、變形量離散率大。對于由薄板組焊成的鋼橋面板，焊縫數量多、呈x、y、z三個方向分布，因