大型公路鋼箱梁正變異性橋面板工地接頭的

攝大型公路鋼箱棵梁正變異性橋弱面板

區(qū)工地接頭的研赤究

少一、前言

閉大型公路鋼箱氣梁正交異性橋僅面板工地接頭滲即箱梁節(jié)段之歌間的連接，過暗去均采用全焊愛或高強度螺栓論連接。各國實工橋運營經(jīng)驗表追明，這兩種連震接方式各有不琴足。全焊連接前時挑，艦U榜形肋嵌補段對戲接焊和肋角角綿接焊均處于仰難焊位置施焊，稿而仰焊工作條氧件惡劣，施工允周期較長，仰謊焊焊接質(zhì)量比關(guān)俯焊難以保證償，經(jīng)過一段時示間運營后在這障些焊接處容易避產(chǎn)生疲勞裂紋板。采用高強度販螺栓連接時（徒橋面板、縱芬向擔(dān)U硬形助），橋面醋鋪裝層因栓接苦接頭而受到削陸弱，給銷裝工掃藝和質(zhì)量控制枕帶來很大難度帖，鋪裝層容易牢產(chǎn)生裂紋、剝藝離等病害，而峽且螺栓用量大悔，造價高。基秒于以上原因，撞最近出現(xiàn)了一譽種新的連接方鋼式，即橋面板酒用焊接（陶瓷嗽襯墊單面焊雙餡面成型工藝）汗，管U遷形肋采用高強舒度螺栓連接。存日本已將此方刮案作為首選方壟案納入設(shè)計規(guī)鄙范。該方案克

利服了全焊連接麗和全部栓接的酸各自缺點，可赤以說這是目前鐘最先進(jìn)的連接件方式。南京長指江第二大橋南唯汊橋在我國首參次采用這種連豪接方式，因為飯是第一次采用慌，需通過模型膏試驗和有限元聰分析來驗證其蚊連接剛度、局孕部應(yīng)力和疲勞艱性能。本文對那正變異性橋面執(zhí)板工地接頭構(gòu)潔造細(xì)節(jié)的演變夏進(jìn)行了綜述，抽并對該接頭的塵足尺試件進(jìn)行滾了試驗研究和娃有限元分析。

腿二、鋼橋面板濕工地接頭構(gòu)造婚細(xì)節(jié)的演變

姥1裙.帽鋼橋面板的構(gòu)級造細(xì)節(jié)

爸對于大跨度懸罰索橋和斜拉橋團，鋼箱梁自重銳約屢為以P和C棍箱梁自重閣的狼1/王5損～拳1/6.寇5戶。正交異性鋼生板結(jié)構(gòu)橋面板迫的自重約為鋼崖筋混凝土橋面進(jìn)板或預(yù)制預(yù)應(yīng)遍力混凝土橋面祖板自重宅的全1/估2萄～費1/玩3城。所以，受自寸重影響很大的赴大跨度橋梁，屈正交異性板銅辛箱梁是非常有攪?yán)慕Y(jié)構(gòu)形式娘。通常，在鋼茄橋面板上鋪裝漲瀝青混凝土鋪猾裝層，其主要臥作用是保護鋼湯橋面板和有利初于車輛的走行聯(lián)性。近代正交恭異性鋼橋面板黨的構(gòu)造細(xì)節(jié)如閱圖回所示，由染鋼面板縱助和職橫肋組成，且榆互相垂直。鋼影面板厚度一般蘋為溉12mm婦，縱肋通常衡為圾U換形肋或球扁鋼置肋或板式助籠，此U薪形肋板厚一般吃為屯6mm昆或吐帖8mm扣，橫梁間距一飲般架為伶3.勝4晚～朋4.5m賺，兩橫梁之間恐設(shè)一橫肋。

據(jù)制造時，全橋苗分成若干節(jié)段宜在工廠組拼，弦吊裝后在橋上福進(jìn)行節(jié)段間的純工地連接。通芳常所有縱向角割焊縫（縱向肋框和縱隔板等）談貫通，橫隔板格與縱向焊縫、圖縱肋下翼緣相絞交處切割成弧聾形缺口與其避慌開。

哨2量．正交異性鋼似橋面板的疲勞奴及其工地接頭鉗構(gòu)造細(xì)節(jié)的改肥進(jìn)

艇鋼橋面板作為秧主梁的上翼緣竄，同時又直接繩承受車輛的輪桂載作用。如上哭所述，鋼橋面爭板是由面板、喂縱肋和橫助三簡種薄板件焊接泳而成，在焊縫屬交叉處設(shè)弧形垂缺口，其構(gòu)造餐細(xì)節(jié)很復(fù)雜。奏當(dāng)車輛通過時驚，輪載在各部邊件上產(chǎn)生的應(yīng)丟力，以及在各漸部件交叉處產(chǎn)恐生的局部應(yīng)力直和變形也非常司復(fù)雜，所以鋼似橋面板的疲勞亂問題是設(shè)計考俱慮的重點之一乒。圖自氣196事6鋒年英堆國出Sever愁n晚橋（懸索橋）針采用扁平鋼箱本梁以來，鋼橋投面板陸續(xù)出現(xiàn)酸許多疲勞裂紋賞，主要產(chǎn)生的伯部位有縱助與婦面板之間的肋友角焊縫、縱橫框肋交叉的弧形晃缺口處族，德U界形肋鋼襯墊板生對接焊縫處等旗（詳見止圖注2界），其中梁段狀之間鋼橋面板躁工地接頭是抗驢疲勞最薄弱的站部位。

禮由于鋼橋面板燈不可能更換，劣產(chǎn)生裂紋后修水補又比較困難執(zhí)，打5辯0思年來．通過一其系列的試驗研巷究和有限元分膜析，以及實踐俗經(jīng)驗總結(jié)，對分鋼橋面板構(gòu)造嗚細(xì)節(jié)的設(shè)計和舉焊接不斷進(jìn)行尺了改進(jìn)，使得急鋼橋面呼板產(chǎn)生裂紋的耽概率大大減少面。這里僅介紹脖鋼橋面板工地盤接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)奮設(shè)計的演變，部如蔥圖府3棵所示，毒圖后3口（跌a雀）為過去采用仁的縱向肋焊接枕對接和高強度序螺栓對接，準(zhǔn)圖豎3鑄（疼b亭）為改進(jìn)后的徒構(gòu)造細(xì)節(jié)，即救面板對接采用是陶瓷襯墊單面奏焊雙面成型工咱藝奮，拖U盤形肋采用高強煎度螺栓對接拼菠接。

揉改進(jìn)后的構(gòu)造宣細(xì)節(jié)既克服了牢工地接頭縱匹向樂U治形肋嵌補段的宏仰焊對接，從庫而改善了疲勞漏性能，又避免伐了面板栓接拼薪接對橋面鋪裝懼層的不利影響代。這種構(gòu)造細(xì)富節(jié)頑在穩(wěn)199慢9柿年建成的日本首來島大橋、明斃石海峽大橋（嚼懸索橋）和多面多羅大橋（斜厲拉橋）中得到妥應(yīng)用。

怠三、試件設(shè)計漂和制造

侮根據(jù)《美國公聾路橋梁設(shè)計規(guī)頌范》歉（安199侄4羽年版），用于閘計算正交異性靜鋼橋面板剛度牙和恒載引起的慮彎曲效應(yīng)時，墓與縱肋共同作捉用的鋼橋面板痛的有效寬度取扭縱肋間距。鋼腦箱梁工地接頭幟處橋面板采用宵單面焊雙面成懲型焊接工藝，容面板內(nèi)側(cè)需貼與陶瓷襯墊，因穩(wěn)此焊縫下面鋒的咐U布形肋側(cè)壁須開緣缺口以便襯墊供通過。缺口寬膀度過小不便于陸施工，寬度過勾大易導(dǎo)致附近爆局部應(yīng)力增加掙。日本的鋼箱練梁橋在此種構(gòu)惜造細(xì)節(jié)設(shè)計中訊采用的缺口寬削度為們75mm目和菜120mm三。

犁兩個足尺試件弦模擬南京長江蓄第二大橋南汊咱橋的設(shè)計圖，恒取一可個堤U嚷形肋單元，跨始長礎(chǔ)3750mm疾（實橋橫隔板交間距），橋面外板辮寬培鐵600mm眾，償厚弓錦14mm偵，榴猾U提形肋尺寸怨為頁疑184mm臥*猾8mm涉*坑300mm干，圓弧缺口寬富度分為兩種，酷試煙件蘿Ⅰ洞為邀50mm業(yè)，試丘件湊Ⅱ淘為屢100mm亞。

循試件材質(zhì)胞為荷16Mn鳴q丘，屈服強度瘦為老395MP紡a申，拉伸強度洪為釀540MP幟a邊。試件的制造狗嚴(yán)格按照《南柳京長江第二大笑橋南汊橋鋼箱件梁制造規(guī)則》儉的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)添行，試件在工刪廠制造完成后悠，經(jīng)外觀檢查柏、超聲波探傷掘和高強度螺栓驗檢查，全部合轉(zhuǎn)格。

每四、試驗概況

羅1扛.勁加載方案

運我國《公路橋悟梁設(shè)計通用規(guī)珠范》弊（俘JTJ021鍋-8壺9蠅）規(guī)定汽創(chuàng)車鉛-艱超銅2聞0叮級荷載養(yǎng)中矛550k寨N姻的重車后軸重義力撤為齒2*140k脈N蠶，后輪著地面拼積為蓄寬但*翁長摟=念600mm趙*拋200mm鋪。本試驗中加霜載點的接觸面騎積參考該規(guī)范赤選定，考慮試?yán)O件為單肋，故會將本試驗的加孝載寬度折減為延400mm農(nóng)，即介于單輪歲與雙輪寬度之激間。試驗中以蹄一塊暢寬誕*獻(xiàn)長浴*她厚鴿=碼420mm董*貴200mm舟*寧12mm扔的鋼板模擬橋降面鋪裝層，以議寬毫*夾長寬*魔厚脫=塞400mm當(dāng)*膛300mm緩*捆50mm壯的橡膠塊模擬忘車輪進(jìn)行加載男，如要圖做4巨所示，試驗機決為鳳MTS300誕k精N娘電液伺服試驗亦機，加載頻率籍為磁30拿0俗次溝／樣mi并n浩。

賽2績.釋測點布置

異為研究缺口附磚近面板上的應(yīng)龜力分布情況，敵在缺口附近面憑板上密集布置刪測點，其中面殲板焊縫附近匠的貌1丹2應(yīng)個測點貼雙向賊應(yīng)變片測量縱亦、根雙向應(yīng)力歡。除了缺口附膠近布置測點外耐，在試件跨中悲及與試件焊栓餐接頭對稱的位干置，也相應(yīng)地店布置了測點，損如飄圖靠5析所示。

女為了研究試件葛及缺口部位的鑄豎向剛度，在婆試件的跨中、林焊栓接頭部位庫、對稱于焊栓他接頭的部位、脾以及試件兩端耐都安裝了位移專計，如幕圖險4聚所示。

倘3齡.恰靜載試驗

材兩個試件都作死靜載試驗。靜悟載試驗分兩種概加載方案，一廟種是在焊栓接秤頭處加載（如蜜圖瞇4鴿所示），另一綢種是在跨中加揪載。根據(jù)有限壘元計算，當(dāng)試端件跨中作坡用信140k搏N術(shù)的荷載時，試燦件最大應(yīng)力處囑（跨挪中僑U健形肋下表面）膛的應(yīng)力達(dá)到設(shè)根計容許應(yīng)市力灌200MP啦a室，試驗中考慮歉到較實際受力圖情況更不利的遞狀態(tài)，將最大香靜載加隨到集175k賓N恰，為實際軸重澇力請的燃2.鏡5把倍，使試件的劉最大計算應(yīng)力牧達(dá)到鋼材流動即極限礙的尋7釋5傘％。加載等級珠分四級和五級暑。

酷4絞.民疲勞試驗

愛選取試味件廉Ⅰ預(yù)進(jìn)行疲勞試驗純，疲勞試驗加前載位置為焊栓貨接頭處，荷載索范似圍矮4白0勸～席90k寇N敢，循環(huán)次數(shù)順為未20益0糟萬次。根據(jù)有嫂限元計算，試去件跨中平加猛4Ok餃N涼荷載時，試件糧跨脆中側(cè)究U啄形肋下表面的傍最大應(yīng)力與橋相梁恒載作用下崇產(chǎn)生的最大應(yīng)芝力相當(dāng)，當(dāng)胖加捆90k休N啊荷載時，其最診大應(yīng)力與橋梁涉恒載、活載共童同作用下產(chǎn)生斤的最大應(yīng)力相層當(dāng)，故選取以碧上疲勞試驗加錦載范圍。

鮮五、試驗結(jié)果否分析

啊1令.晌豎向撓度

杠實測各測點在競不同荷載等級傻下的豎向撓度盤如奸圖辭6林所示。從毛圖遺6逐可以得出以下梳結(jié)論：

丘（托1錘）各測點的撓糕度與作用荷載脈的大小基本上封呈線性關(guān)系。

耍（膨2兩）實測值與計窮算值基本接近惑，表明實測值碌基本可信。

落（應(yīng)3像）在跨中作用抹荷載時，有限督元計算結(jié)果顯螺示，焊栓接頭訴處的撓度比對呀稱于焊栓接頭盞的部位的撓度袖稍小，這是由滴于焊栓接頭部愁位限U津形肋的兩側(cè)腹為板上通過高強收度螺栓連接各迫外夾了兩塊拼模接板，這相當(dāng)膛于辣將候U嗽形助每側(cè)局部師的腹板厚度增秤加了兩倍，而腿且可以與面板秒上的焊接接頭六共同工作，從制而增加了焊栓缺接頭部位的剛妻度，盡管該部括位疊U充形肋下面開了牲一個施工進(jìn)手夠孔，但并不影節(jié)響試件局部的遵剛度。

塞（皇4毒）同樣在焊栓蘋接頭處加載時扇，試柿件桿Ⅰ廊接頭處和跨中裁部位的撓度比盼試絕件鏈Ⅱ布對應(yīng)部位的撓拘度稍大，這與理高強度螺栓的奸擰緊程度有關(guān)遵。但是從有限昂元計算結(jié)果可膽以看出，兩個非試件對應(yīng)部位攜的撓度完全一投致，這說明缺委口的大小對試刷件的剛度沒有頌影響。

嘉2五.慈局部應(yīng)力

劇試?yán)思蝤B跨中下翼緣實蓬測應(yīng)力和計算免應(yīng)力如雪圖顧7伙所示，兩個試溜件膨在姓80k適N殘（為公路橋梁民設(shè)計通用規(guī)范槐規(guī)定最大輪載胃的攀1.1瘋4使倍）荷載作用喪下部分測點的恥實例應(yīng)力如表慌回所示。從實周測結(jié)果可以得童出以下結(jié)論：

希（炎1巴）實例應(yīng)力基勿本上隨著荷載難的增加而呈線接性增加，而且其基本上與計算泡值相吻合。

紹（較2潤）在外加荷載騙作用下，兩個崇試件的大多數(shù)能對稱測點的實斷測應(yīng)力基本對菊稱。

低（隊3素）當(dāng)在焊栓接雅頭處加載時，盒將兩個試件的拿實例應(yīng)力進(jìn)行負(fù)比較，就會發(fā)古現(xiàn)副：丹①菌試敢件僵I次U鴉形助圓弧缺口塔附近面板上的朽橫向應(yīng)力比試章件叛Ⅱ刑大，但數(shù)值較稼小，在其他測竄點，兩個試件施面板上的實測告橫向應(yīng)力基本幼上一致，在試緣件中心線與焊竟栓接頭中心線眠的交點附近，爛兩個試件面板恐上的橫向應(yīng)力網(wǎng)都較大，但也河不超過設(shè)計容鍛許應(yīng)力控；茶②唇試礦件裙Ⅱ頌焊栓接頭附近輝面板上的縱向閣應(yīng)力比試叉件遙I收大，在其他測察點，兩個試件按的實測縱向應(yīng)體力基本上一致眾；設(shè)③米試陜件概I叮U讀形肋圓弧缺口欣附近的應(yīng)力比梨試煙件靜Ⅱ皺大，但數(shù)值均齒較小。這表明衫圓弧缺口的大桶小對試件應(yīng)力丘的影響僅限根于困U腦形肋圓弧缺口觀附近，而抗且軟U家形肋圓弧缺口槽寬度姨為眠5錢0棍～述100mm娃都是安全的。

?。ㄈA4慘）當(dāng)在跨中加好載時，在所有先的測點，兩個補試件的應(yīng)力都倘差不多，而且仰數(shù)值很小，與閘焊栓接頭處對見稱部位的縱向共應(yīng)力和橫向應(yīng)嫁力也與焊栓接喂頭處對應(yīng)點的吩縱向應(yīng)力和橫災(zāi)向應(yīng)力基本一底致。

芽3凈.忍疲勞強度

昂在下限擋為乖40k閃N收、上限柿為拘90k鉤N賭（分別為實際栗軸重力身的幼5悲7判％蝕和濾1.2她3尤倍）的疲勞試壺驗荷載作用下傅，經(jīng)土過拼20區(qū)0債萬次后，試癢件閘I捧各部位的撓度陵與疲勞試驗前因基本上沒有差窯別，這說明疲師勞對試件的剛榆度幾乎沒有影悉響。通哲過躬2撲0節(jié)倍放大鏡目測羅檢查，沒有發(fā)朝現(xiàn)裂紋，再次董經(jīng)過分級靜載劈試驗，結(jié)果表譯明，各測點的未應(yīng)力大小及其軍與荷載的線性已關(guān)系同疲勞前喜一樣?？梢哉J(rèn)迷為，大型公路核鋼箱梁正交異哄性橋面板結(jié)構(gòu)廢采用焊栓連接父后，其抗疲勞恢性能很好。

榜六、有限元分納析

定1腰.銳計算模型

局計算采栗用迷4輔節(jié)點板單元，崗假定焊栓接頭評處的拼接板慘與浸U革型助之間不產(chǎn)杜生滑動，即作脫為整體共同工嶄作，不考慮橋添面鋪裝層的影傘響。

前我國《公路橋吹涵設(shè)計通用規(guī)殃范》幫（碌JTJ021襯-8扎9暫）規(guī)定的汽是車找-嚼超干2忘0抱級荷載重車的企后軸重力盡為燕2*140k氧N稿即每對車輪的埋重力潮為臂70k漆N糟。假設(shè)一對輪東載湖為咐70k插N凡的車輪作用在煩試佩件丈I限和試姨件淡Ⅱ暖的焊栓接頭附民近，兩個車輪療之間的距離及扎觸地面積如緣圖爬8鄰所示。本文分耽別計算了兩種厘輪載位置，一著種是對稱輪載撥，另一種是偏耳心輪載。每種永輪載從車輪邊孤緣靠要近罩U閃型肋圓弧缺口笛開始，到車輪兆正好離開圓弧鴿缺口結(jié)束，分猶為多種工況。執(zhí)輪載位置如壺圖笨8觸所示。

辭2探.診計算結(jié)果分析

悼（贏l都）在兩種輪載蝕作用下，圓弧淡缺口處的變形著分別如鍵圖聽9糞（跌a砌）和控圖閥9資（熟b熊）所示。從圖淘中可以看出，坑在沖U華型肋與面板的千連接處陜，免U隸型助產(chǎn)生向外睜的面外變形。

范（雞2拋）面板下表面針焊栓接頭線上憑的縱向應(yīng)力如鉆圖喬1進(jìn)0助所示。從圖中昌可以看出，在含兩種輪載作用抖下，試肢件番Ⅱ巨的縱向應(yīng)力比商試譽件惜I攜的大，但應(yīng)力拆的數(shù)值都較小而，在對稱輪載框作用下，試爸件描I雕和試欲件黨Ⅱ技的縱向應(yīng)力最研大值分別卷為外14.6M瞇P圈a我和充20.5M孔P幸a蘆，在偏心輪載忌作用下，試煎件航I律和試地件卵Ⅱ救的縱向應(yīng)力最超大值分別先為擱25.6MP宏a膊和之30.9MP酬a沒。除了在焊栓慈接頭中心線痕與蝕U制型肋的交線附祖近有差別外，咬兩個試件縱向桑應(yīng)力分布的規(guī)追律大體一致。

棒（銅3牧）對稱輪載和膠偏心輪載作用摩下兩個試件面燥板下表面焊栓恨接頭中心線上殊的主應(yīng)力分布頂分別如襪圖遭1秧1師和孝圖碌1甩2慚所示。卻圖咸1券1饑和蹦圖負(fù)1揭2夠中的共同特點談是，當(dāng)輪載靠輔近和離開圓弧暑缺口時，最大斯主應(yīng)力基本上金相同，當(dāng)輪載鞭離開圓弧缺口團時，最小主應(yīng)蔑力比靠近圓弧牛缺口時稍大；謙當(dāng)兩種輪載正侍好壓在圓弧缺投口上面時，兩夫個試件的最大蠟主應(yīng)力達(dá)到極蒼值，且數(shù)值基嬌本上相同，在愚對稱輪載作用閑下，試閃件棍I逐和試蝴件慮Ⅱ首的最大主應(yīng)力沒分別梁為洲47.3M胸P破a覺和艦42.2M由P速a消，在偏心輪載傻作用下，試折件乎I牽和試峰件趨Ⅱ輔的最大主應(yīng)力約分別冬為傲71.6M京P受a便和維71.7M付P鐮a資，但是在焊栓債接頭中心線的私橫向?qū)?yīng)點上昌，試所件盈I遭的最小主應(yīng)力像比試連件霞Ⅱ隆的小，例如，絮當(dāng)動y達(dá)＝害150mm搭時，在對稱輪喚載作用下，試跡件掀I攏和試誤件怨Ⅱ濾的最小主應(yīng)力固分別邁為餐-37.4M饒P餃a怪和逆-13.7M麻P證a畏，在偏心輪載崇作用下，試絹件間I緞和試安件爺Ⅱ鹽的最小主應(yīng)力派分別資為磨-28.8M待P揚a竄和慶-7.7MP積a取。智圖摧1蒼1憶和珠圖匙1抹2濫中不同的是，寧在偏心輪載作誤用下，兩個試費件的最大主應(yīng)芒力比在對稱輪繭載作用下的大總，最小主應(yīng)力抓比在對稱輪載卸作用下的小。

幫（拜4輸）兩個試件在鳴兩種輪載作用區(qū)下辱圖招8姻中化的陸A季，客B解，子C雅三點的最大應(yīng)駕力隨輪載位置各變化而變化的目曲線如輕圖秧1越3橋所示。從圖中州可以得出以下蟻結(jié)論：

紀(jì)a岸．從余圖場1陳3律（熊a矛）和蝦圖撤1朗3億（鳳b勿）可以看出，勒當(dāng)輪載經(jīng)過圓槳弧缺口時曲，箭A標(biāo)點的主應(yīng)力以魚正為主，且對途兩個試件主應(yīng)顛力的影響趨勢犯相同，兩個試苦件的最大主應(yīng)距力曲線幾乎重寫合。

傭b窗．從技圖休1帽3軟（習(xí)c顧）和疤圖縫1忘3狼（亮d窮）可以看出，六輪載位置對兩膠個試件的主應(yīng)鐘力的影響趨勢萄正好相反，即少當(dāng)輪載經(jīng)過圓聽弧缺口時，試回件低I媽的主應(yīng)