钢桥面板U肋与横隔板焊缝疲劳特性分析

钢桥面板U肋与横隔板焊缝疲劳特性分析
正交异性钢桥面板广泛应用于中大跨度桥梁结构,但这种桥面板结构构造复杂,焊接易造成应力集中,在局部车轮荷载的往复作用下,构造细节处易疲劳开裂。

本文以最易萌生和开展疲劳裂纹的细节—U肋与横隔板连接处为研究对象,对正
交异性钢桥面板疲劳开裂问题进行了深入研究。

主要工作和结论如下:(1)对U肋与横隔板连接处疲劳裂纹失效现象进行了
分析,分析表明:影响关注细节疲劳性能的变形作用主要包括横隔板面外及面内
变形以及U肋的畸变。

(2)以武汉青山长江大桥疲劳试验研究项目为依托,建立有限元模型,沿横向和纵向变换轮载加载位置,分析轮载作用下U肋与横隔板连接
处应力分布与组成情况。

分析结果表明:U肋一侧腹板正上方为横向最不利位置,关注细节处的应力
对轮载的横向位置较为敏感。

横隔板以面内受力为主,面外弯曲作用很小,而U
肋腹板同时受面内外变形及畸变的共同作用。

(3)调研表明U肋与横隔板连接处主要存在四类常见裂纹,从常见疲劳裂纹
角度出发,确定了各破坏模式下决定裂纹萌生和扩展的控制应力,并对各控制应
力做了相应的对比分析。

分析结果表明:对于开孔自由边的C1裂纹,控制应力为孔自由边的切向应力,对于U肋与横隔板焊缝端部的C2和C3裂纹,控制应力分别为U肋腹板外表面的竖向拉应力和纵向拉应力,前者在数值上为后者的2~3.9
倍,C2裂纹出现的可能性大于C3裂纹。

(4)针对U肋与横隔板连接处的应力组成情况,以常见裂纹控制应力值为对
比指标,对关注细节处构造做了相应的优化和分析,优化措施包括增设U肋内加
劲构造和采用横隔板不同开孔形式。

分析结果表明:内部加劲肋构造形式优化效
果最佳,而6类开孔形式中,孔型4疲劳性能较好。

文中还研究了顶板厚度、横隔板厚度、U肋厚度对U肋与横隔板连接处疲劳性能的影响,并推荐了相对较优的板件厚度。