我國鋼橋面板疲勞裂紋及維修管理

我國鋼橋面板板疲勞裂紋及及維修管理前言我國鋼橋面板板應(yīng)用歷程我國鋼橋面板板疲勞裂紋舉舉例鋼橋面板設(shè)計(jì)計(jì)，制造，安安裝和維修管管理中應(yīng)反思思的問題目錄前言言從上世紀(jì)90年代末至今，，我國在不到到20年的時(shí)期內(nèi)建建成了上百座座鋼橋面板大大跨度鋼橋，，應(yīng)用于懸索索橋、斜拉橋橋的扁平鋼箱箱梁和鋼桁梁梁，以及鋼拱拱橋，連續(xù)鋼鋼箱梁橋等，，涉及公路橋橋、鐵路橋、、公鐵兩用橋橋。這一建設(shè)設(shè)速度、數(shù)量量、規(guī)模是世世界上任何國國家、任何地地區(qū)在如此短短的時(shí)期內(nèi)都都是無法相比比的。然而，我國鋼鋼橋面板疲勞勞裂紋也是非非常嚴(yán)重的，，呈現(xiàn)普遍性性、早發(fā)性、、多發(fā)性、再再現(xiàn)性等特點(diǎn)點(diǎn)。國外早期期（上世紀(jì)50年代~70年代）建設(shè)橋橋梁中出現(xiàn)了了裂紋類型，，我國出現(xiàn)了了，國外沒有有的裂紋類型型，我國也出出現(xiàn)了。1.前言另外，國外鋼鋼橋面板應(yīng)用用初期，曾產(chǎn)產(chǎn)生了大量的的裂紋，后經(jīng)經(jīng)持續(xù)不斷的的研究——改改進(jìn)——實(shí)橋橋檢驗(yàn)，至上上世紀(jì)80年末，已基本本上走出了疲疲勞裂紋的陰陰影。我國鋼鋼橋面板的應(yīng)應(yīng)用約滯后國國外30~40年，理應(yīng)吸取取國外的教訓(xùn)訓(xùn)和研究成果果，走一條更更便捷的路，，然而，我國國建設(shè)的許多多大型橋梁，，雖然也投入專項(xiàng)資資金進(jìn)行了研研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的改變，卻都重現(xiàn)了國外外早期橋梁的的狀態(tài)，甚至至更嚴(yán)重。1.前言透過上述現(xiàn)象象（或許我看看得過于嚴(yán)重重些），值得得我們認(rèn)真思思考以下問題題：（1）如何站在世世界巨人肩上上，踏下心來來認(rèn)真研究先先進(jìn)國家走過過的歷程，避避開別人走過過的彎路和失失敗的教訓(xùn)，，虛心吸取成成功的經(jīng)驗(yàn)，，走一條自己己的健康發(fā)展展之路。（2）認(rèn)清鋼橋面面板（正交異異性板）的結(jié)結(jié)構(gòu)特征、受受力行為（變變形、應(yīng)變））、疲勞特點(diǎn)點(diǎn)（多數(shù)為面面外變形引發(fā)發(fā)的疲勞裂紋紋）等方面與與鋼主梁/主桁的區(qū)別，，以及目前我我們?cè)阡摌蛎婷姘宓脑O(shè)計(jì)、、制造、架設(shè)設(shè)、維修管理理方面陷入的的誤區(qū)。1.前言2.鋼橋面板應(yīng)用用歷程2.1前期應(yīng)用（1960年~1980年代）（1）1960年代建成的成成都——昆明明鐵路（單線線），位于山山區(qū)，因工期期緊迫，全線線開工，部分分小跨度橋梁梁要求預(yù)架，，又受當(dāng)時(shí)運(yùn)運(yùn)輸條件制約約（現(xiàn)開公路路、汽車載重重量5t、8t），為此，建建設(shè)了若干孔孔32m的栓焊桁梁，，鋼橋面板兼兼做道砟槽板板。這是我國首次次應(yīng)用鋼正交交異性板作為為鐵路橋面板板，縱肋為板板式肋，進(jìn)行行了正交異性性板計(jì)算理論論、全橋靜力力試驗(yàn)、防腐腐蝕方案等方方面的研究，，至今仍在使使用，但鋼橋橋面板腐蝕較較嚴(yán)重。（2）1970年代，先后建建成了32m鐵路鋼箱梁，，3×64m連續(xù)鋼箱梁研研究。1976年建成了3×64m斜腿剛構(gòu)單線線鐵路橋，鋼鋼橋面板箱梁梁，板式肋，，道砟橋面，，至今仍在使使用。1980年代初，完成成了跨度144m鋼桁梁正交異異性橋面板雙雙線鐵路橋的的研究和設(shè)計(jì)計(jì)，因故未建建。（3）1980年代建成馬房房北江公路橋橋，跨長64m的鋼箱梁，鋼鋼橋面板縱肋肋為L型，現(xiàn)仍在運(yùn)運(yùn)營，但裂紋紋較嚴(yán)重。1987年建成了東營營黃河公路橋橋，鋼箱梁斜斜拉橋，縱向向U肋，裂裂紋較較嚴(yán)重重。2.鋼橋面面板應(yīng)應(yīng)用歷歷程2.2近期應(yīng)應(yīng)用（1990年以后后）1996年至今今建成成了許許多大大跨度度懸索索橋和和斜拉拉橋，，加勁勁梁大大部分分為扁扁平鋼鋼箱梁梁，少少部分分為鋼鋼桁梁梁。隨隨后鋼鋼橋面面板陸陸續(xù)用用于大大跨度度鋼拱拱橋、、連續(xù)續(xù)鋼箱箱梁橋橋、鋼鋼桁梁梁橋。。涉及及公路路橋、、公鐵鐵兩用用橋、、鐵路路橋。?？v向向肋皆皆為U型肋肋，，這這些些新新建建橋橋普普遍遍產(chǎn)產(chǎn)生生了了較較嚴(yán)嚴(yán)重重的的疲疲勞勞裂裂紋紋和和橋橋面面鋪鋪裝裝層層的的病病害害。后后建建橋橋梁梁雖雖有有不不同同的的努努力力和和改改變變，，但但疲疲勞勞裂裂紋紋并并沒沒有有收收斂斂的的趨趨勢勢。。對(duì)對(duì)于于已已產(chǎn)產(chǎn)生生裂裂紋紋的的橋橋梁梁，，也也進(jìn)進(jìn)行行了了加加固固，，由由于于加加固固設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和施施工工不不當(dāng)當(dāng)，，又又產(chǎn)產(chǎn)生生了了新新的的裂裂紋紋。。3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.1某懸懸索索橋橋照片片1裂紋紋裂裂透透面面板板3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.1某懸懸索索橋橋照片片2U肋與與面面板板角角焊焊縫縫（（現(xiàn)現(xiàn)場場仰仰焊焊））裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.1某懸懸索索橋橋照片片3U肋與與面面板板角角焊焊縫縫裂裂紋紋（（裂裂透透面面板板，，漏漏水水））3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.1某懸懸索索橋橋照片片4U肋與與面面板板嵌嵌補(bǔ)補(bǔ)段段對(duì)接接焊縫縫裂裂紋紋（（挖挖補(bǔ)補(bǔ)后后產(chǎn)產(chǎn)生生新新裂裂紋紋））3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.1某懸懸索索橋橋照片片5橫肋肋弧弧形形切切口口處處源源于于焊焊趾趾處處裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.1某懸懸索索橋橋照片片6橫肋肋弧弧形形切切口口處處源源于于母材材焰切切缺缺欠欠處處裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.1某懸懸索索橋橋照片片7.1橫肋肋與與面面板板角角焊焊縫縫（（仰仰焊焊））裂裂紋紋照片片7.2橫肋肋與與縱向向U肋角焊焊縫縫（（立焊））裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.2某懸懸索索橋橋照片片8裂紋紋裂裂透透面面板板3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.2某懸懸索索橋橋照片片10U肋現(xiàn)現(xiàn)場場接接頭頭源源于于鋼鋼襯襯墊墊板板對(duì)對(duì)接接焊焊處處裂裂紋紋照片片9U肋現(xiàn)現(xiàn)場場接接頭頭源源于于U肋與與面面板板角角焊焊縫縫（（仰仰焊焊））處處裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.2XX橋（（懸懸索索橋橋，，1999年通通車車））照片片11U肋嵌嵌補(bǔ)補(bǔ)段段鋼鋼襯襯墊墊板板對(duì)對(duì)接接焊焊裂裂紋紋及及與與面面板板角角焊焊縫縫裂裂紋紋照片片12U肋嵌嵌補(bǔ)補(bǔ)段段鋼鋼襯襯墊墊板板對(duì)對(duì)接接焊焊裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.2某懸懸索索橋橋照片片13U肋嵌嵌補(bǔ)補(bǔ)段段外外觀觀及及鋼鋼襯襯墊墊板板對(duì)對(duì)接接焊焊裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.3某懸懸索索橋橋照片片14U肋嵌嵌補(bǔ)補(bǔ)段段鋼鋼襯襯墊墊板板對(duì)對(duì)接接焊焊裂裂紋紋照片片15U肋與與面面板板角角焊焊縫縫源源于于焊焊跟跟裂裂紋紋，，已已裂裂至至焊焊縫縫表表面面3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.3某懸懸索索橋橋照片片16U肋與與面面板板角角焊焊縫縫源源于于焊焊跟跟裂裂紋紋照片片17橫肋肋與與面面板板角角焊焊縫縫（（仰仰焊焊））處處裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.3某懸懸索索橋橋照片片18縱隔隔板板中中斷斷處處沿沿焊焊縫縫端端部部處處裂裂紋紋（裂裂紋紋裂裂透透上上翼翼緣緣板板厚厚，，漏漏水水））照片片19縱隔隔板板中中斷斷處處沿沿焊焊縫縫端端部部處處裂裂紋紋（裂裂紋紋向向下下翼翼緣緣板板厚厚方方向向擴(kuò)擴(kuò)展展））3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.4某斜斜拉拉橋橋照片片20桁式式縱縱隔隔板板外外貌貌照片片21桁式式縱縱隔隔板板鋼鋼管管與與插插入入式式節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板板焊接接處處裂裂紋紋3.我國國鋼鋼橋橋面面板板疲疲勞勞裂裂紋紋舉舉例例3.4某斜斜拉拉橋橋照片22桁式縱縱隔板板與實(shí)實(shí)腹式式縱隔隔板連連接處處，實(shí)實(shí)腹縱縱隔板板與橫隔隔板連連接一一側(cè)，，焊縫縫處裂裂紋3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.4某斜拉拉橋照片23裂紋同同照片片223.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.4某斜拉拉橋照片24裂紋同同圖21（另一一橋梁梁）3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.5某斜拉拉橋照片25面板縱縱向?qū)?duì)接焊焊縫過過焊孔孔處，，源于于橫肋肋與面面板角角焊縫縫端部部焊趾趾處裂裂紋照片26橋面吊吊機(jī)與與面板板連接接處栓栓孔漏漏水3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.5某斜拉拉橋照片27橫肋與與縱肋肋交叉叉部位位源于弧弧形切切口處處裂紋紋照片28橫肋與與縱肋肋交叉叉部位位源于弧弧形切切口處處裂紋紋3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.6某懸索索橋照片29橫肋與與縱肋肋交叉叉部位位源于于弧形形切口口處裂裂紋（（弧形形切口口形狀狀和尺尺寸設(shè)設(shè)置不不當(dāng)））3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.7某懸索索橋照片30橫肋與與豎向向加勁勁肋連連接焊焊縫處處裂紋紋（支支座位位置、、細(xì)節(jié)節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)和焊焊接施施工不不當(dāng)））3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.7某懸索索橋照片31豎肋與與橫肋肋連接接焊縫縫處裂裂紋（（支座座位置置、細(xì)細(xì)節(jié)設(shè)設(shè)計(jì)和和焊接接施工工不當(dāng)當(dāng)）3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.7某懸索索橋照片32水平加加勁肋肋連接接焊縫縫處裂裂紋（（支座座位置置、細(xì)細(xì)節(jié)設(shè)設(shè)計(jì)和和焊接接施工工不當(dāng)當(dāng)）3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.7某懸索索橋照片33加勁肋肋連接接焊縫縫處裂裂紋（（支座座位置置、細(xì)細(xì)節(jié)設(shè)設(shè)計(jì)和和焊接接施工工不當(dāng)當(dāng)）3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.8某斜拉拉橋照片34橋面板板U肋與橫橫隔板板焊縫縫連接接弧形切口處裂裂紋（弧弧形切切口形形狀、、尺寸寸設(shè)計(jì)計(jì)不當(dāng)當(dāng)）3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.8某斜拉拉橋照片35橋面板板U肋與橫橫隔板板角焊焊縫弧形切切口處處裂紋紋（焊焊接施施工嚴(yán)嚴(yán)重不不良））3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.8某斜拉拉橋照片36橋面板板U肋與橫橫隔板板弧形切切口處處裂紋紋（弧弧形切切口細(xì)細(xì)節(jié)設(shè)設(shè)計(jì)、、加工工和焊焊接不不良））3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.9某斜拉拉橋照片37橋面板U肋與橫橫隔板板角焊縫縫連接接弧形形切口口處裂裂紋（（構(gòu)造造細(xì)節(jié)節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)不當(dāng)當(dāng)）3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.9某斜拉拉橋照片38桁架縱縱梁斜斜撐與與水平桿桿之間的的角焊焊縫處裂紋紋（構(gòu)構(gòu)造細(xì)細(xì)節(jié)設(shè)設(shè)計(jì)不不當(dāng)））3.我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋舉舉例3.9某斜拉拉橋照片39底板U肋與橫橫隔板板連接焊縫弧形切切口處處裂紋紋（構(gòu)構(gòu)造細(xì)細(xì)節(jié)設(shè)設(shè)計(jì)不不當(dāng)，，加工工焊接接不良良）目前我我國鋼鋼橋面面板疲疲勞裂裂紋的的普遍遍性、、嚴(yán)重重性，，后續(xù)續(xù)新建建橋梁梁疲勞勞裂紋紋發(fā)生生率仍仍未看看到收收斂趨趨勢，，迫使使我們們面對(duì)對(duì)以下下二項(xiàng)項(xiàng)課題題：新建橋橋梁如如何設(shè)設(shè)計(jì)和和制造造，避避免產(chǎn)產(chǎn)生疲疲勞裂裂紋。。已發(fā)生生疲勞勞裂紋紋的運(yùn)運(yùn)營橋橋梁如如何維維修加加固，，恢復(fù)復(fù)其健健全度度。在謀求求解決決這二二大課課題之之前，，首先先應(yīng)認(rèn)認(rèn)識(shí)鋼鋼橋面面板（（正交交異性性板））與鋼鋼主梁梁在結(jié)結(jié)構(gòu)特特征、、受力力行為為、疲疲勞裂裂紋的的特點(diǎn)點(diǎn)等方方面的區(qū)別；；并借鑒先先進(jìn)國國家的的研究究———改進(jìn)進(jìn)———實(shí)橋橋應(yīng)用用檢驗(yàn)驗(yàn)的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)。。然后后認(rèn)真真研究究我國國鋼橋橋面板板在設(shè)設(shè)計(jì)、、制造造、維維修管管理存存在的的問題題，走我國國自己己的鋼鋼橋面面板鋼鋼橋建建設(shè)之之路。。4.鋼橋面面板設(shè)設(shè)計(jì)、、制造造、安安裝和和維修修管理理中應(yīng)應(yīng)反思思的問問題（1）單純純?cè)黾蛹用姘灏搴穸榷?2mm→14mm→16mm→18mm→20mm（2）單純純?cè)黾蛹涌v向向U肋抗彎彎剛度度300x8x280(mm)300x8x300(mm)300x(8~10)x280(mm)增設(shè)小小縱梁梁（3）單純純減小小橫肋肋/橫隔板板間距距4m→3.75mm→3.0mm→2.5m取消主主梁腹腹板，，采用用實(shí)腹腹板橫橫梁（4）面板板厚度度、U肋剛度度、橫橫肋間間距三三者匹匹配設(shè)設(shè)計(jì)不不當(dāng)。。（5）面板板、U肋、橫橫肋三三者之之間連連接的的構(gòu)造造細(xì)節(jié)節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)不當(dāng)當(dāng)。4.鋼橋面面板設(shè)設(shè)計(jì)、、制造造、安安裝和和維修修管理理中應(yīng)應(yīng)反思思的問問題4.1鋼橋面面板設(shè)設(shè)計(jì)問問題（6）不當(dāng)當(dāng)?shù)臋M橫肋/橫隔板板上的的弧形形切口口形狀狀和尺尺寸，，面板板處過過大的的過焊焊孔尺尺寸。。（7）任意意改變變鋼橋橋面板板傳力力途徑徑的典典型事事例某雙層層承載載的鋼鋼桁梁梁單面面索斜斜拉橋橋，斜斜拉索索吊在在上層層鋼橋橋面板板中央央的縱縱梁上上。某5塔斜拉拉橋，，6跨連續(xù)續(xù)鋼箱箱梁，，在中中跨跨跨中最最大正正彎矩矩區(qū)設(shè)設(shè)置縱縱向伸伸縮裝裝置，，伸縮縮小縱縱梁由由鋼橋橋面板板承力力。某索支支撐橋橋鋼箱箱梁，，梁端端塔區(qū)區(qū)設(shè)縱縱隔板板，其其余區(qū)區(qū)域不不設(shè)，，造成成傳力力中斷斷，面面板裂裂紋。。一些索索支承承橋鋼鋼箱梁梁，無無主梁梁腹板板，僅僅有橫橫隔板板，即即非索索支承承處也也都是是實(shí)腹腹板橫橫隔板板。4.鋼橋面面板設(shè)設(shè)計(jì)、、制造造、安安裝和和維修修管理理中應(yīng)應(yīng)反思思的問問題（8）避免免鋼箱箱梁制制造單單元、、架設(shè)設(shè)單元元的不不合理理分割割即應(yīng)避避免組組裝鋼鋼箱梁梁時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生連連接偏偏心而而引起起次彎彎矩；；應(yīng)避避免仰仰焊；；應(yīng)避避免箱箱梁節(jié)節(jié)段現(xiàn)現(xiàn)場接接頭設(shè)設(shè)置在在最大大正彎彎矩區(qū)區(qū)或最最大負(fù)負(fù)彎矩矩區(qū)。。將橫隔隔板分分解成成上、、下橫橫肋和和腹板板，上上、下下橫肋肋劃分分給上上、下下板單單元件件，從從而避避免了了仰焊焊。4.鋼橋面面板設(shè)設(shè)計(jì)、、制造造、安安裝和和維修修管理理中應(yīng)應(yīng)反思思的問問題（1）鋼橋橋面板板疲勞勞設(shè)計(jì)計(jì)方法法與主主梁的的區(qū)別別基于鋼鋼橋面面板的的結(jié)構(gòu)構(gòu)特征征、受受力行行為、、疲勞勞裂紋紋特點(diǎn)點(diǎn)與主主梁/主桁的不同同，應(yīng)采用用不同的疲疲勞設(shè)計(jì)方方法：鋼主梁/主桁是主應(yīng)應(yīng)力引起的的疲勞，應(yīng)應(yīng)以采用構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)疲疲勞應(yīng)力（（斷面名義義應(yīng)力）等等級(jí)設(shè)計(jì)法法為主，構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)疲疲勞抗力設(shè)設(shè)計(jì)法為補(bǔ)補(bǔ)充。鋼橋面板是是面外變形形在焊接連連接約束處處產(chǎn)生的次次彎曲應(yīng)力力集中而引引發(fā)的裂紋紋，應(yīng)采用用構(gòu)造細(xì)節(jié)節(jié)抗疲勞設(shè)設(shè)計(jì)法，并并選用疲勞勞抗力較高高的構(gòu)造細(xì)細(xì)節(jié)，不能能硬套構(gòu)件件名義應(yīng)力力的疲勞檢檢算方法。。（2）避免用強(qiáng)強(qiáng)度概念來來代替疲勞勞設(shè)計(jì)。4.鋼橋面板設(shè)設(shè)計(jì)、制造造、安裝和和維修管理理中應(yīng)反思思的問題4.2關(guān)于鋼橋面面板的疲勞勞設(shè)計(jì)4.鋼橋面板設(shè)設(shè)計(jì)、制造造、安裝和和維修管理理中應(yīng)反思思的問題4.3關(guān)于鋼橋面面板制造鋼橋面板的的制造質(zhì)量量（幾何精精度和焊接接質(zhì)量）與與疲勞抗力力密切相關(guān)關(guān)。鋼橋面面板的制造造質(zhì)量又必必須與鋼箱箱梁制造結(jié)結(jié)合一起考考慮。（1）鋼箱梁制制造質(zhì)量應(yīng)應(yīng)實(shí)施生產(chǎn)產(chǎn)全過程控控制，包括括正確的施施工方案，從下料、組組裝和定位位焊、焊接接施工、焊焊接變形控控制、檢驗(yàn)驗(yàn)等幾何尺寸精精度的全過過程控制，，使各鋼梁節(jié)節(jié)段端口幾幾何精度（（包括各縱向U肋對(duì)接）控控制在統(tǒng)一一的容許誤誤差范圍內(nèi)內(nèi)，避免連連接偏心產(chǎn)產(chǎn)生次彎矩矩。（2）提高焊工工的技能水水平，確保保組裝定位位焊