焊接钢桥结构细节疲劳裂纹成因及解决对策
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破 坏 。 美 国 已有 多 座 钢 桥 发 现 此 类 疲 劳 开 裂 破 坏 （ 见
１ 焊 接 钢 桥 易 疲 劳破 坏 的典 型 细 节
１ １ 工 形 钢 梁 盖 板 端 部 连 接 ． 对 局 部 焊 有 外 层 盖 板 的 工 形 钢 梁 而 言 ， 论 盖 板 无
图２ ， ） 如美 国 的 Ｌ ｆ ｅ ｅＳｒｅ 桥 、 ａ ａ ｙｔ ｔ ｔ Ｈｏｎ桥等 。 ａ ｔ ｅ
构 细节的 疲 劳破坏 机理及 特征进 行 了研 究 ， 结 出较 大初 始缺 陷和 小 间 隙处 面外 变形 是 导致 实桥 焊接 总 细 节发 生疲 劳破坏 的 两类最 主要 因素。最后 ， 出了防范焊接 钢桥疲 劳破 坏的 对策 。 提
关 键 词 ： 梁 工 程 疲 劳破 坏 分 析 研 究 典 型 细 节 破 坏 机 理 桥
摘要 ： 种 连接 细节 处不断 出现的疲 劳开 裂是桥 梁钢 结构 所 面临 的主要 问题之 一。在 对 焊接 钢桥 疲 劳 各 破 坏 特 点 及 主 要 影 响 因 素 进 行 分 析 总 结 的基 础 上 ， 合 我 国钢 桥 所 面 临 的 疲 劳 问 题 现 状 ， 十 类 典 型 结 结 对
的连 接角 焊缝 焊 趾 处 。２ ０世 纪 ７ ８ ０～ ０年 代 ， 界 上 世 有 多座钢 板梁桥 均 出现 了此类 疲 劳 裂 纹 （ １ ， 图 ） 比较
典 型 的 有 美 国 的 Ｙ ｌ ｗ Ｍｉ ｏ ｄ 桥 ， 大 利 亚 的 ｅｌ ｌ Ｐ ｎ ｏ ｌ 澳
Ｋ ｎ ’ 桥¨ ， ｉｇ ｓ 以及我 国 的京包铁路 上 的关 沙河 桥等 。
端部 有无 横 向焊 缝 ， 是改变 盖板端 部 的几何形 状 ， 还 盖 板端 部细 节处 的疲 劳强 度 均很 低 。大量 实 例 和试
验研 究表 明 ， 车辆 荷载 作 用下 该 细 节 极 易产 生 疲 劳 在 开 裂破坏 ， 且疲 劳裂 纹一 般 均 萌生 在 盖 板末 端 与 翼缘
铁
ｌ ８
道
建
筑
Ｒａ ｌ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｉ ｗａ ｇ ｎｅ ｒ ｎ
文 章 编 号 ：０ ３ １ ９ ２ １ ） ４ ０ １ — ４ １ ０ —９ ５（ ０ ０ — ０ ８ ０ １
焊接 钢 桥 结构 细 节 疲劳 裂 纹成 因及解 决对 策
郭春 华 任伟 平 ，
（ ． 兴 市 曹 娥 江 袍 江 大 桥 建设 工 程 指 挥 部 ， 江 绍 兴 １绍 浙 ３ １ ０ ；２ １ ８ ０ ．西 南 交 通 大学 ， 都 成 ６ ０３ ） １ ０ １
外 变 形 而 导 致 ， ３为 实 桥 中 此 类 疲 劳 裂 纹 的 照 片 。 图 此 类 疲 劳 裂 纹 的 产 生 位 置 有 两 处 ： 是 腹 板会 的 调查 结 果 ， ８ ％ ～ ０ 的 钢 结 构 破 坏 均 和 疲 劳 有 关 ， 劳 已 成 为 ０ ９％ 疲
桥梁 钢结 构失 效 的 主要 形 式之 一 。对 我 国来 说 ， 近些 年来 各类形 式钢 桥数 量 正 不断 增加 ， 一方 面 需 要 确保 大量 新建钢 桥构件 的疲 劳设 计 强度 满 足 要求 ， 另一 方 面急 需对 大量正在 运 营的既有 钢桥 的剩余 疲劳寿 命做
接 钢 桥 结 构 细 节 疲 劳 裂 纹 的产 生 机 理 及 解 决 对 策 进 行 研究 。
的翼缘 （ 在 翼 缘 侧 边 或 搭 在 翼 缘 上 面 ） 腹 板 上 。 连 或 大 量实 例和试验 研究 表 明 ， 平纵 联 节 点板 连 接 焊缝 端 部 的疲 劳强度相 当低 ， 本 接 近 于各 国 规 范疲 劳 强度 基 分 级 的最低等级 ， 有不 甚 此 细节 极 易 产生 疲 劳 开 裂 稍
图 ２ 主 梁 腹 板 上 平纵 联 节 点 板 焊 缝 处 的 疲 劳 破 坏
１ ３ 钢 板 梁 横 梁 （ 横 联 ） 接 板 端 部 连 接 ． 或 连
收 稿 日期 ：０ ０ １ — ２ 修 回 日期 ：０ １ Ｏ — ０ ２ １ —１０ ； ２ １ 一 １ １
作 者 简 介 ： 春华 （９ ８ ）男 ， 江嵊 州 人 ， 级 工 程师 。 郭 １６ 一 ， 浙 高
中 图 分 类 号 ： ４ １ ４ 文 献 标 识 码 ： Ｕ ４ ． Ｂ
随 着 运 营 车 辆 总 重 和 交 通 量 的 不 断 增 加 ， 梁 钢 桥
结构 所面 临 的疲 劳 问 题 正变 得 日趋 严 重 。特别 是 ２ ０ 世纪 ６ ０年代 以来 ， 许多 钢桥 出现 了各 种形式 的疲 劳裂 纹， 因疲劳 断裂而 酿 成 的灾 难 性 事故 也 时有 发 生 。根
２ ０世纪 ８ ０年代 前 国内外 的钢 桥设 计 规 范 只允许
２ １ 年 第 ４期 ０１
焊 接 钢 桥 结 构 细 节 疲 劳 裂 纹 成 因及 解 决 对策
ｌ ９
横 梁 （ 横联 ） 接板 端部 与 受 压 翼缘 焊 接 ， 禁 止其 或 连 并 与主梁 受拉 翼缘 焊接 ， 目的是 为 了避 免 受 拉 翼 缘 产生 疲 劳裂 纹 。不幸 的是 ， 此 要 求 进 行 设 计 的 许 多钢 板 按 梁 桥 的横梁 （ 横 联 ） 接板 端 部 间 隙 区却 发 现 了大 或 连 量 的疲 劳裂 纹 ’ ｊ 其原 因 多 为在 小 间 隙 区产 生 的面 ，
出正 确 判 断 ， 对 存 在 疲 劳 问 题 的 构 件 采 取 及 时 有 效 并 １ ２ 平 纵 联 节 点 板 与 主 梁 的连 接 ． 平 纵 联 与 主 梁 连 接 处 的 节 点 板 通 常 需 焊 连 到 主 梁
图 １ 外 层 盖 板 端部 疲 劳裂 纹
的方 案进行 修复 。为更 好 解 决 这些 问题 ， 需 要 对焊 就
１ 焊 接 钢 桥 易 疲 劳破 坏 的典 型 细 节
１ １ 工 形 钢 梁 盖 板 端 部 连 接 ． 对 局 部 焊 有 外 层 盖 板 的 工 形 钢 梁 而 言 ， 论 盖 板 无
图２ ， ） 如美 国 的 Ｌ ｆ ｅ ｅＳｒｅ 桥 、 ａ ａ ｙｔ ｔ ｔ Ｈｏｎ桥等 。 ａ ｔ ｅ
构 细节的 疲 劳破坏 机理及 特征进 行 了研 究 ， 结 出较 大初 始缺 陷和 小 间 隙处 面外 变形 是 导致 实桥 焊接 总 细 节发 生疲 劳破坏 的 两类最 主要 因素。最后 ， 出了防范焊接 钢桥疲 劳破 坏的 对策 。 提
关 键 词 ： 梁 工 程 疲 劳破 坏 分 析 研 究 典 型 细 节 破 坏 机 理 桥
摘要 ： 种 连接 细节 处不断 出现的疲 劳开 裂是桥 梁钢 结构 所 面临 的主要 问题之 一。在 对 焊接 钢桥 疲 劳 各 破 坏 特 点 及 主 要 影 响 因 素 进 行 分 析 总 结 的基 础 上 ， 合 我 国钢 桥 所 面 临 的 疲 劳 问 题 现 状 ， 十 类 典 型 结 结 对
的连 接角 焊缝 焊 趾 处 。２ ０世 纪 ７ ８ ０～ ０年 代 ， 界 上 世 有 多座钢 板梁桥 均 出现 了此类 疲 劳 裂 纹 （ １ ， 图 ） 比较
典 型 的 有 美 国 的 Ｙ ｌ ｗ Ｍｉ ｏ ｄ 桥 ， 大 利 亚 的 ｅｌ ｌ Ｐ ｎ ｏ ｌ 澳
Ｋ ｎ ’ 桥¨ ， ｉｇ ｓ 以及我 国 的京包铁路 上 的关 沙河 桥等 。
端部 有无 横 向焊 缝 ， 是改变 盖板端 部 的几何形 状 ， 还 盖 板端 部细 节处 的疲 劳强 度 均很 低 。大量 实 例 和试
验研 究表 明 ， 车辆 荷载 作 用下 该 细 节 极 易产 生 疲 劳 在 开 裂破坏 ， 且疲 劳裂 纹一 般 均 萌生 在 盖 板末 端 与 翼缘
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文 章 编 号 ：０ ３ １ ９ ２ １ ） ４ ０ １ — ４ １ ０ —９ ５（ ０ ０ — ０ ８ ０ １
焊接 钢 桥 结构 细 节 疲劳 裂 纹成 因及解 决对 策
郭春 华 任伟 平 ，
（ ． 兴 市 曹 娥 江 袍 江 大 桥 建设 工 程 指 挥 部 ， 江 绍 兴 １绍 浙 ３ １ ０ ；２ １ ８ ０ ．西 南 交 通 大学 ， 都 成 ６ ０３ ） １ ０ １
外 变 形 而 导 致 ， ３为 实 桥 中 此 类 疲 劳 裂 纹 的 照 片 。 图 此 类 疲 劳 裂 纹 的 产 生 位 置 有 两 处 ： 是 腹 板会 的 调查 结 果 ， ８ ％ ～ ０ 的 钢 结 构 破 坏 均 和 疲 劳 有 关 ， 劳 已 成 为 ０ ９％ 疲
桥梁 钢结 构失 效 的 主要 形 式之 一 。对 我 国来 说 ， 近些 年来 各类形 式钢 桥数 量 正 不断 增加 ， 一方 面 需 要 确保 大量 新建钢 桥构件 的疲 劳设 计 强度 满 足 要求 ， 另一 方 面急 需对 大量正在 运 营的既有 钢桥 的剩余 疲劳寿 命做
接 钢 桥 结 构 细 节 疲 劳 裂 纹 的产 生 机 理 及 解 决 对 策 进 行 研究 。
的翼缘 （ 在 翼 缘 侧 边 或 搭 在 翼 缘 上 面 ） 腹 板 上 。 连 或 大 量实 例和试验 研究 表 明 ， 平纵 联 节 点板 连 接 焊缝 端 部 的疲 劳强度相 当低 ， 本 接 近 于各 国 规 范疲 劳 强度 基 分 级 的最低等级 ， 有不 甚 此 细节 极 易 产生 疲 劳 开 裂 稍
图 ２ 主 梁 腹 板 上 平纵 联 节 点 板 焊 缝 处 的 疲 劳 破 坏
１ ３ 钢 板 梁 横 梁 （ 横 联 ） 接 板 端 部 连 接 ． 或 连
收 稿 日期 ：０ ０ １ — ２ 修 回 日期 ：０ １ Ｏ — ０ ２ １ —１０ ； ２ １ 一 １ １
作 者 简 介 ： 春华 （９ ８ ）男 ， 江嵊 州 人 ， 级 工 程师 。 郭 １６ 一 ， 浙 高
中 图 分 类 号 ： ４ １ ４ 文 献 标 识 码 ： Ｕ ４ ． Ｂ
随 着 运 营 车 辆 总 重 和 交 通 量 的 不 断 增 加 ， 梁 钢 桥
结构 所面 临 的疲 劳 问 题 正变 得 日趋 严 重 。特别 是 ２ ０ 世纪 ６ ０年代 以来 ， 许多 钢桥 出现 了各 种形式 的疲 劳裂 纹， 因疲劳 断裂而 酿 成 的灾 难 性 事故 也 时有 发 生 。根
２ ０世纪 ８ ０年代 前 国内外 的钢 桥设 计 规 范 只允许
２ １ 年 第 ４期 ０１
焊 接 钢 桥 结 构 细 节 疲 劳 裂 纹 成 因及 解 决 对策
ｌ ９
横 梁 （ 横联 ） 接板 端部 与 受 压 翼缘 焊 接 ， 禁 止其 或 连 并 与主梁 受拉 翼缘 焊接 ， 目的是 为 了避 免 受 拉 翼 缘 产生 疲 劳裂 纹 。不幸 的是 ， 此 要 求 进 行 设 计 的 许 多钢 板 按 梁 桥 的横梁 （ 横 联 ） 接板 端 部 间 隙 区却 发 现 了大 或 连 量 的疲 劳裂 纹 ’ ｊ 其原 因 多 为在 小 间 隙 区产 生 的面 ，
出正 确 判 断 ， 对 存 在 疲 劳 问 题 的 构 件 采 取 及 时 有 效 并 １ ２ 平 纵 联 节 点 板 与 主 梁 的连 接 ． 平 纵 联 与 主 梁 连 接 处 的 节 点 板 通 常 需 焊 连 到 主 梁
图 １ 外 层 盖 板 端部 疲 劳裂 纹
的方 案进行 修复 。为更 好 解 决 这些 问题 ， 需 要 对焊 就