李乔说桥-13：正交异性钢桥面板
正交异性桥面板设计参数和构造
正交异性桥面板设计参数和构造细节的疲劳研究进展1 背景第二次世界大战后，一方面大量被战争毁坏的桥梁急需修复，另一方面建筑材料非常短缺。
在此情况下，欧洲的工程师们开始尝试采用一种新型的桥面结构形式——正交异性钢桥面板。
它由面板、纵肋和横肋组成，三者互相垂直，通过焊缝连接成一体共同工作。
它以自重轻、极限承载力大、施工周期短等优点，成为世界上大、中跨度现代钢桥通常采用的桥面结构形式。
从20世纪50年代德国最先使用这种桥面板至今，欧洲已有1000多座各种形式的正交异性钢桥面板桥梁，日本有将近250座正交异性钢桥面板桥梁，北美有100余座正交异性钢桥面板桥梁[1]。
我国正交异性钢桥面板我国正交异性钢桥面板的研究和应用起步较晚，直到20世纪70年代初，才建成第一座钢桥面板桥——潼关黄河铁路桥。
改革开放以来，国内正交异性钢桥面板桥呈现出迅猛发展势头。
迄今为止，我国已建造的采用正交异性钢桥面板的桥梁有30余座。
正在建造的采用正交异性钢桥面板的铁路钢桥有郑州黄河公铁两用桥和京沪高速铁路南京大胜关长江大桥等。
正交异性钢桥面板有其独特的优点，但同时钢桥面板疲劳开裂的事例也在许多国家的钢桥中出现。
最早报道的是英国Seven桥，该桥1966年建成通车后，分别于1971年和1977年发现了3种焊接细节的疲劳裂纹。
德国的Haseltal和Sinntal桥投入使用后不久，钢桥面板也都出现了疲劳裂纹。
此外，法国、日本、美国、荷兰等国也都发现了钢桥面板疲劳开裂事例。
钢桥面板在我国使用的时间虽然不长，但是已经在某些桥中发现了钢桥面板疲劳开裂的现象。
这些疲劳裂纹严重影响了桥梁的使用寿命，因此，对正交异性桥面板疲劳问题的研究是目前桥梁建设中的关键和热点，各国学者在此领域取得了一系列研究成果。
国内在20世纪80年代初，铁道科学研究院等相关单位以西江大桥为研究背景，对公路正交异性钢桥面板参与主桁共同工作时的结构特性进行了较为全面的分析及试验研究[2]。
正交异性钢桥面板U肋双面组焊一体化施工工法
正交异性钢桥面板U肋双面组焊一体化施工工法一、前言随着人们对桥梁安全性能的要求不断提高，传统的钢桥面板已经无法满足设计要求，新型的正交异性钢桥面板开始应用于桥梁工程中。
而在正交异性钢桥面板的施工过程中，一体化施工工法成为了关键的环节。
本篇文章将详细介绍正交异性钢桥面板U肋双面组焊一体化施工工法，从工法特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例等方面进行了阐述，旨在为实际工程提供参考。
二、工法特点正交异性钢桥面板U肋双面组焊一体化施工工法具备以下几个特点：1. 采用U肋双面组焊的工艺，提高了钢桥面板的承载能力和刚度。
2. 施工过程中只需要进行一次翻转，工艺简单，提高了施工效率。
3. 可以大大减少人为误差和施工工期，提高桥梁工程的建设质量和安全性。
4. 施工一体化，提高整体施工效率，保存了钢板质量，并可以控制钢板材料使用效率和损耗率。
5. 节约了施工成本，减少了人工和机械设备的使用量。
三、适应范围正交异性钢桥面板U肋双面组焊一体化施工工法适用于桥梁工程中非常普遍的两种钢板材料：钢板和带钢。
其适应范围包括自挂式、梁式、板式等各类桥梁工程，钢板材料的厚度可从3mm至18mm不等，满足不同工程的需要。
四、工艺原理正交异性钢桥面板U肋双面组焊一体化施工工法是一种高效和简单的施工工艺，其工艺原理主要是利用U 形支撑平台的双面焊接来实现钢桥面板的双面组焊。
在施工过程中，首先将U形支撑平台按照规定的尺寸和数量进行设置，将正交异性钢桥面板垂直放置在U型支撑平台上，在U型支撑平台与正交异性钢桥面板接触面的两侧完成钢板的双面组焊。
这样，整个施工过程只需要进行一次翻转，便可完成双面组焊的施工任务。
五、施工工艺正交异性钢桥面板U肋双面组焊一体化施工工艺分为以下几个步骤：第一步：U形支撑平台的设置。
根据正交异性钢桥面板的大小和数量，将U型支撑平台按照规定的尺寸和数量进行设置。
正交异性钢桥面板制造施工关键技术
正交异性钢桥面板制造施工关键技术摘要：在九江长江大桥（一桥）公路正桥加固改造项目施工过程中，我们针对项目特点，采用焊接反变形控制、纵横梁铣边等工艺方法保证单元件制造精度及效率，总拼施工中采用反拼法施工、主焊缝贴陶瓷衬垫单面焊双面成形工艺、全站仪监测定位制孔方法保证成品质量和栓孔精度。
此项技术研究解决了工厂制造及总拼施工存在的难题，为以后正交异性钢桥面板施工项目提供了参考意义。
关键词：九江长江大桥公路正桥加固改造；制造精度；栓孔精度；总拼方案0引言九江长江大桥加固改造项目是国内首座公铁两用大型桥梁加固改造项目，公路正桥采用正交异性钢桥面板结构，区别于普通桥梁的受力要求，受力复杂，制造精度和质量标准高，给成品梁制造、焊接变形控制、制孔精度以及安装匹配精度都带来了很大的难度。
改造后的正桥主桁结构不变，如何在保证精度质量的情况下，尽快完成本项目制造是本文阐述的主要内容。
1工程概况九江长江大桥是国道G109和京九铁路的重要过江通道，公路正桥改造采用正交异性钢桥面板整体置换公路横梁以上部分，减少恒载重量，消除正桥公路桥面系目前存在的病害，保证公路及铁路运营安全，提高行车舒适性。
正桥位于两桥头堡之间，由四联组成，共11孔钢梁，全长1806.712米。
桥面板采用纵横向分块、整体制造、运输和安装，现场采用栓焊结合的方式连接。
1.跨径布置正桥共11孔，自北向南为：两联3*162M连续钢桁梁，一联180M+216M+180M 用柔性拱加劲的钢桁梁和一联2*126M连续钢桁梁，正桥全长为1806.712M,全桥钢桥面板有200个节间（节间长9M）,共有204片。
图1-2 正桥总体布置/M1.结构形式正交异性钢桥面板整体桥面结构由纵梁、横梁及其加劲的钢桥面板组成，纵横梁为T形梁结构，桥面结构的纵梁布置及纵梁间距与原设计一致。
纵梁孔群须与原设计钢桁梁支座孔群相匹配。
图1-2底面平面图及横断面图2关键施工技术2.1 构件制造精度控制九江长江大桥正交异性钢桥面面板、纵梁10M长，下料切割会有旁弯影响、构件拼焊过程中焊接变形、板面板U肋拼装精度不高都会。
正交异性桥面板
正交异性桥面板的制造和安装过程相对简单，能 够减少施工周期和成本，提高工程效益。
局限性分析
材料要求高
正交异性桥面板对材料的要求 较高，需要采用高强度、高质 量的材料，增加了制造成本。
设计难度大
正交异性桥面板的结构设计较 为复杂，需要精确的计算和分 析，对设计人员的专业能力要 求较高。
维护保养要求高
80%
环保节能
正交异性桥面板的设计应采用环 保节能材料和工艺，减少对环境 的负面影响。
制造工艺
钢材选择
正交异性桥面板的制造需要选 择高质量的钢材，确保材料的 机械性能和焊接性能。
焊接工艺
正交异性桥面板的制造过程中 需要采用先进的焊接工艺，保 证焊接质量和结构的整体性。
防腐处理
为了提高正交异性桥面板的使 用寿命，需要进行防腐处理， 如涂装防锈漆等措施。
应用场景
异性桥面板适用于高速公 路桥梁的建设，能够满足车辆 高速行驶的要求。
大跨度桥梁
对于大跨度桥梁，正交异性桥 面板能够提供足够的承载能力 和稳定性，保证桥梁的安全性 和耐久性。
城市高架桥
在城市高架桥建设中，正交异 性桥面板可以减少占地面积， 提高桥下空间的利用率。
绿色环保政策
在绿色环保政策的推动下，正交异性桥面板将更加注重环保性能， 如采用环保材料和节能技术，以降低对环境的影响。
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03
正交异性桥面板的优势与局限性
优势分析
高承载能力
正交异性桥面板采用特殊的结构设计，能够承受 较大的载荷，确保桥梁的安全性和稳定性。
耐久性好
正交异性桥面板的材料选择和工艺制造过程能够 保证其具有良好的耐久性和抗腐蚀性，延长桥梁 的使用寿命。
正交异性钢桥面板的稳定分析
Y A NJ I UY U T A N S UO
方阵 , 在有限条列式过程中 , 可取 M = 1 。这样做法 是可以保持足够的精确度的[ 1 ] 。 将上述应力场函数和位移函数代入修正余能表 达式 , 可得 n 1 βT { } [ H ]{β } = mc ∏ ∑ 2 e =1 T T ( 6) {β } [ G]{ a} + { a} { Q}
[1] 邓聚龙 . 灰色系统理论教程 [ M ] . 武汉 : 华中理工大学出版社 , 1990. [2] 张雅君 ,刘全胜 . 城市需水量灰色预测的探讨 [ J ] . 中国给水排
在实际工程中 ,必须不断考虑那些随着时间推移 相继进入系统的随机因素 ,随时将每一个新得到的数 ( ) 据置入 x 0 中 , 建立新的等维新息模型进行动态预 测 。上述供水量模型的模型精度等级为 1 级 “好” ,因 此它可直接用于预测 。 近几年 , 由于经济的快速发展 , 年供水量呈现增 长趋势 , 按此趋势预计到 2010 年 , 年供水量将达到 25 283. 82 万 t 。
[4 ] 刘思峰 ,党耀国 ,方志耕 ,等 . 灰色系统理论及其应用 [ M ] . 北京 :
预测精度 ,这说明在对变化过程中的未知系统进行预 测时 ,只有不断增加新信息 ,新数据 ,才能对系统的变 化趋势有一个更好的拟合 。 ( 2) 若建立的灰色预测模型精度不高 , 可建立残 差模型 ,对原模型进行修正 。而对满足精度要求的模 型 ,可以通过新陈代谢进行不断更新 。 ( 3) 尽管动态等维新息模型能在一定程度上提
电 , 1999 ,15 (1) :23 - 27.
[6] 邓聚龙 . 灰理论基础 [ M ] . 武汉 : 华中科技大学出版社 ,2002. [7 ] 张 鑫 ,韦 钢 ,周 敏 ,等 . 灰色理论在城市年用电量预测中的
正交异性钢桥面板构造参数的优化
正交异性钢桥面板构造参数的优化正交异性钢桥面板由面板、横肋和纵肋构成，三者互相垂直，焊接成整体共同工作。
其中，横肋也称为横梁或横隔板；常用纵肋为U 形肋。
为了使钢桥面板具有足够的强度和刚度，减小面外变形引起的次应力，并确保其疲劳耐久性和良好的经济性，面板的厚度、U形肋的断面尺寸和刚度、横隔板间距之间应合理匹配[1-2]。
随着货车轴重和数量的增加，钢桥设计中面板的厚度也在不断增加，U形肋尺寸及间距、横隔板间距等参数应随之调整，以寻求三者之间合理匹配的设计值[3]，从而提高整体受力性能。
嘉靖五年，《宰辅年表》将杨一清排名于费宏前，有误，理由见前文。
《宰辅年表》出现错误的原因在于遗漏了费宏担任过吏部尚书兼谨身殿大学士。
在满足现行规范对受力、变形及构造要求的前提下，本文采用ABAQUS建模并试算，对正交异性钢桥面板的构造参数开展优化设计研究，给出面板厚度、U形肋尺寸、横隔板间距合理匹配的建议值。
1 优化设计的依据正交异性钢桥面板的面板可视为其周边弹性支撑在纵肋和横肋的肋脚上，纵肋可视为连续弹性支撑在横肋上，横肋可视为弹性支撑在主梁上[4]。
为减少钢桥面板的变形和局部次应力，提高其疲劳抗力和改善铺装层的基础条件，正交异性钢桥面板的强度须要满足使用要求，其局部刚度和整体刚度亦应符合相关规定。
欧洲规范Eurocode3对正交异性钢桥面板的强度和刚度进行了规定[5]，美国AASHTO规范也有相应规定[6]，我国JTG D64—2015《公路钢结构桥梁设计规范》[7]采纳了欧洲的规定。
综合考虑，本文采用JTG D64—2015作为优化设计计算的理论依据。
1.1 钢桥面板的刚度要求在桥梁设计使用年限内运输车辆最大轮载作用下，桥面板的变形曲率半径应满足R≥20 m，U形肋间面板的相对挠度应满足Δ≤0.4 mm，见图1。
1.做好个人养老金制度设计。
随着个人养老金的全面铺开，应当为每个社会成员提供一个养老储蓄账户，允许个人自愿向该账户缴费；向个人账户统一提供经认可的投资产品并实行低费率；该账户在一定限额内享有税收优惠。
正交异性桥面板设计参数和构造
正交异性桥面板设计参数和构造细节的疲劳研究进展1 背景第二次世界大战后，一方面大量被战争毁坏的桥梁急需修复，另一方面建筑材料非常短缺。
在此情况下，欧洲的工程师们开始尝试采用一种新型的桥面结构形式――正交异性钢桥面板。
它由面板、纵肋和横肋组成，三者互相垂直，通过焊缝连接成一体共同工作。
它以自重轻、极限承载力大、施工周期短等优点，成为世界上大、中跨度现代钢桥通常采用的桥面结构形式。
从20世纪50年代德国最先使用这种桥面板至今，欧洲已有1000多座各种形式的正交异性钢桥面板桥梁，日本有将近250座正交异性钢桥面板桥梁，北美有100余座正交异性钢桥面板桥梁[1]。
我国正交异性钢桥面板我国正交异性钢桥面板的研究和应用起步较晚，直到20世纪70年代初，才建成第一座钢桥面板桥――潼关黄河铁路桥。
改革开放以来，国内正交异性钢桥面板桥呈现出迅猛发展势头。
迄今为止，我国已建造的采用正交异性钢桥面板的桥梁有30余座。
正在建造的采用正交异性钢桥面板的铁路钢桥有郑州黄河公铁两用桥和京沪高速铁路南京大胜关长江大桥等。
正交异性钢桥面板有其独特的优点，但同时钢桥面板疲劳开裂的事例也在许多国家的钢桥中出现。
最早报道的是英国Seven桥，该桥1966年建成通车后，分别于1971年和1977年发现了3种焊接细节的疲劳裂纹。
德国的Haseltal和Sinntal桥投入使用后不久，钢桥面板也都出现了疲劳裂纹。
此外，法国、日本、美国、荷兰等国也都发现了钢桥面板疲劳开裂事例。
钢桥面板在我国使用的时间虽然不长，但是已经在某些桥中发现了钢桥面板疲劳开裂的现象。
这些疲劳裂纹严重影响了桥梁的使用寿命，因此，对正交异性桥面板疲劳问题的研究是目前桥梁建设中的关键和热点，各国学者在此领域取得了一系列研究成果。
国内在20世纪80年代初，铁道科学研究院等相关单位以西江大桥为研究背景，对公路正交异性钢桥面板参与主桁共同工作时的结构特性进行了较为全面的分析及试验研究[2]。
“正交异性钢桥面板”资料汇编
“正交异性钢桥面板”资料汇编目录一、正交异性钢桥面板疲劳设计参数和构造细节研究二、正交异性钢桥面板的疲劳研究综述三、正交异性钢桥面板弧形切口及其CFRP补强的疲劳性能四、正交异性钢桥面板疲劳性能研究五、港珠澳大桥正交异性钢桥面板疲劳特性研究六、正交异性钢桥面板疲劳问题的研究进展正交异性钢桥面板疲劳设计参数和构造细节研究随着交通事业的快速发展，桥梁作为重要的交通基础设施，其安全性和耐久性备受。
正交异性钢桥面板作为一种常见的桥梁结构形式，具有重量轻、承载力强、疲劳性能优良等优点，被广泛应用于各类桥梁工程中。
然而，在车辆载荷、环境因素等作用下，正交异性钢桥面板易出现疲劳损伤，严重影响桥梁的安全性和使用寿命。
因此，对正交异性钢桥面板疲劳设计参数和构造细节进行研究，具有十分重要的意义和实际应用价值。
本文采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，对正交异性钢桥面板疲劳设计参数和构造细节进行深入研究。
通过文献综述和市场调查，了解正交异性钢桥面板的疲劳性能及影响因素；运用有限元分析软件，建立正交异性钢桥面板的精细化模型，并对不同构造细节进行模拟分析；基于实验研究，对不同疲劳设计参数和构造细节的正交异性钢桥面板进行疲劳性能测试，以验证理论分析和数值模拟的正确性。
通过对正交异性钢桥面板疲劳设计参数和构造细节的深入研究，我们得出以下主要结果：疲劳设计参数分析：疲劳设计参数对正交异性钢桥面板的疲劳性能具有重要影响。
研究表明，采用适当的疲劳设计参数能够有效提高正交异性钢桥面板的疲劳寿命和抗疲劳性能。
例如，适当增加面板厚度、优化焊缝尺寸及分布等措施可显著改善钢桥面板的疲劳性能。
构造细节优化：构造细节对正交异性钢桥面板的疲劳性能具有重要影响。
研究表明，通过对构造细节进行优化设计，如采用双边肋板、优化主梁连接构造等措施，可以有效提高正交异性钢桥面板的疲劳寿命和抗疲劳性能。
为验证理论分析和数值模拟的正确性，我们对不同疲劳设计参数和构造细节的正交异性钢桥面板进行了疲劳性能测试。
正交异性桥面板-课件PPT
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疲劳 疲劳细节与设计变量分析
学者通过大量的研究和观察发现，一般考虑以下疲劳细节：
U肋与顶板焊缝
细
U肋与横隔板竖向焊缝端
节
部
横隔板开槽部位
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疲劳 疲劳细节与设计变量分析
以顶板厚度、U肋厚度、横隔板厚度和横隔板间距等4个主要参数为设 计变量，以上述3个疲劳细节作为研究对象，对比分析主要构造参数变化 对疲劳应力幅的影响。基本规律为：在一定范围内，各板件越厚，应力幅 越小；横隔板间距越大，应力幅越大。适当提高顶板厚度、横隔板厚度， 并缩小横隔板间距，可以使疲劳易损细节的应力幅减小。
诸位学者不仅仅从构造参数合理匹配这一角度来改善正交异性板的抗疲 劳性能。近年来，国外学者提出几种改善正交异性钢桥面板抗疲劳性能的优 化措施：
（1）美国规范AASHTO提出在U 肋和横隔板相交处的纵肋内部设置小横肋，以改善 此处肋壁的刚度
（2）Mizuguchi、Kazuyuki等和Roman Wolchuk提出新型大纵肋正交异性钢桥面板构 造，通过增大U 肋的尺寸和横向间距，进而减少焊缝数量，希望对正交异性板的抗 疲劳性能有所改善
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疲劳 设计变量参数分析
（3）横隔板参数不是孤立确定的，需要综合考虑纵肋截面尺寸和顶 板厚度等。Eurocode 3规定，横隔板间距一般取2.5-3.5m，其厚度不小于 10mm。有学者通过有限元分析表明，这样做不仅会降低面内应力，而且 不会显著增大因横隔板扭转而产生的面外应力。
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（3）III类裂缝成因分析：横隔板的开裂除了由于车辆活载的作用引 起U肋的偏转使过焊孔处横隔板受拉外，还有实桥本身的一些构造上的缺 陷。III类裂缝表现为过焊孔处横隔板母材开裂，在检查中发现许多横隔板 裂纹在打了止裂孔之后仍然继续向前发展，最终在2个U肋之间的横隔板 形成贯穿。
正交异性钢桥面板单元模块施工工法(2)
正交异性钢桥面板单元模块施工工法正交异性钢桥面板单元模块施工工法一、前言随着交通运输的发展，桥梁成为城市发展的重要组成部分。
钢桥面板作为桥梁的重要组成部分之一，其施工技术也得到了不断的改进和创新。
正交异性钢桥面板单元模块施工工法是一种新型的施工工法，本篇将对该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例进行详细介绍。
二、工法特点正交异性钢桥面板单元模块施工工法具有以下几个特点：1. 施工速度快：由于采用了预制单元模块，可以实现快速组装和安装，大大缩短了施工周期。
2. 结构稳定：钢桥面板单元模块具有良好的刚度和强度，能够承受车辆荷载和其他外部力的作用，保证桥梁的结构稳定性。
3. 灵活性高：单元模块可以根据实际需求进行调整和排列，可以适应不同桥梁跨度和形状的要求。
4. 耐久性好：采用高强度、高抗腐蚀性的钢材制作，具有较长的使用寿命。
5. 施工质量可控：通过模块化施工，可以减少人为因素对施工质量的影响，提高施工质量的可控性。
三、适应范围正交异性钢桥面板单元模块施工工法适用于不同跨径和形状的桥梁，特别适用于大跨径桥梁的施工。
它可以适应不同的荷载要求和地理环境，适用于高速公路、铁路和城市道路等各类桥梁。
四、工艺原理正交异性钢桥面板单元模块施工工法的实际工程与施工工法之间的联系主要体现在以下几个方面：1. 结构设计：根据实际需求，对桥梁进行结构设计，包括梁体形状、承载能力等方面的考虑。
2. 材料选用：选用高强度、高抗腐蚀性的钢材作为桥面板单元模块的材料，保证桥梁的耐久性。
3. 预制单元模块制作：在工厂环境下，对桥面板单元模块进行预制，保证模块的准确度和一致性。
4. 模块的运输和组装：将预制好的单元模块运输到工地，并进行组装，形成完成的桥梁结构。
五、施工工艺正交异性钢桥面板单元模块施工工艺包括以下几个施工阶段：1. 地基处理：根据桥梁的实际情况，对地基进行处理，包括压实、排水等工艺。
疲劳纵论-7：正交异性钢桥面板疲劳开裂加固
疲劳纵论-7：正交异性钢桥面板疲劳开裂加固引言正交异性钢桥面板作为现代桥梁工程重要的标志性创新成就，得到了广泛应用。
但由结构体系和受力特性、环境效应、施工质量以及早期对正交异性钢桥面板疲劳特性认识不足所决定，正交异性钢桥面板疲劳开裂案例频发，严重影响桥梁结构的安全性、耐久性和服役质量，并导致中断交通等多种次生效应，造成了重大的经济损失和不良的社会影响，已成为制约钢结构桥梁应用和发展的瓶颈问题。
研发有效的正交异性钢桥面板疲劳开裂加固方法，是桥梁可持续发展的重大需求，具有重要的现实意义。
当前提出的正交异性钢桥面板疲劳开裂加固方法，主要包括传统方法和新型方法两类。
其中，前者主要包括止裂孔法、机械修复法（主要包括超声波冲击法（Ultrasonic Impact Treatment, UIT）和裂纹闭合冲击改进技术（Impact Crack-closure Retrofit, ICR））、热修复法（较为典型者为TIG重熔法(Tungsten Inert Gas Welding, TIG)、焊补法和局部补强法等）；后者主要包括组合桥面板体系加固方法和装配式加固方法。
上述方法在实桥加固中得到了成功应用，保障了既有钢桥的安全运营并改善了其服役质量，丰富和发展了桥梁养护技术。
但相对于正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的重大需求而言，当前相关研究仍较为欠缺，关于加固方法和加固体系的破坏机理、剩余疲劳寿命评估等关键问题的研究严重滞后。
本部分主要探讨正交异性钢桥面板的疲劳开裂加固方法的特点、适用性以及加固研究亟需解决的关键问题。
钢桥面板疲劳开裂加固方法针对不同构造细节的疲劳特性，国内外学者提出了多种疲劳开裂加固方法。
此处扼要介绍止裂孔法、热修复法、机械修复法、组合桥面板体系加固方法以及装配式快速加固方法。
▼止裂孔法止裂孔法是目前钢结构疲劳裂纹修复常用的临时加固方法。
在正式加固修复实施之前，为避免疲劳裂纹进一步扩展对结构造成更严重的影响，通过在疲劳裂纹尖端或扩展路径上钻一个光滑的圆孔，将裂纹尖端高应力集中区用曲率半径较大的圆孔代替，减小或消除裂纹尖端塑性区，从而减缓或抑制疲劳裂纹的进一步扩展，延长结构的剩余疲劳寿命。
李乔说桥-13：正交异性钢桥面板
李乔说桥-13：正交异性钢桥面板1让人爱、让人恨的桥面板形式对正交异性钢桥面板，大家都很熟悉，这是钢桥尤其是大跨度钢桥结构中采用最多的一种桥面板结构形式，也是现代钢桥结构重要的标志性成果之一。
但这种桥面结构同时也是钢桥领域里最令人头痛的结构之一，可以说是既“让人爱”又“让人恨”的一种桥面结构形式。
让人爱，是因为这种结构具有众多的优点，如重量轻、承载力高、适用性强等，是目前为止仍然不能用其他形式桥面板取代的主要结构形式。
而让人恨，则是因为它服役几十年以来，不断地出现令人头痛的疲劳开裂和桥面铺装破坏问题，而且成为了一个出现概率很高的普遍性病害、至今也没有公认的既经济又有效的解决措施的病害。
一般的正交异性钢桥面板指在桥面的面板下面采用纵横加劲肋加强的构造形式，而目前应用最为广泛的正交异性钢桥面板是采用U形纵向加劲肋的构造形式。
如图1所示，它由面板〔顶板〕、U形纵向加劲肋以及横向加劲肋或横隔板组成。
目前世界各国已建成的采用正交异性钢桥面板的各类桥梁已超过1500座，我国正在运营和在建中的该类型桥梁数量已达200余座。
(a)大跨度钢箱梁斜拉桥(b) 采用正交异性钢桥面板的钢箱梁横断面(c) 正交异性钢桥面板构造示意图及疲劳开裂统计图1 大跨度钢桥及正交异性钢桥面板2 两大病害最早在大跨度钢桥上发现正交异性钢桥面板疲劳开裂的是英国Severn桥，该桥开通运营仅5年即发现其正交异性钢桥面板出现疲劳裂纹。
此后，正交异性钢桥面板结构在包括欧洲、美国、日本及我国等世界范围内相继出现了大量的疲劳开裂案例。
例如国内某大桥通车数年后即发现大量疲劳裂缝，经过维修加固，再经过几年的运营，又出现了更多的疲劳开裂。
这种现象在很多类似结构的桥面板中出现，给桥梁的安全和耐久性带来巨大影响。
由于桥面铺装的存在，这种发生在桥面板上的裂缝在开裂初期不容易被发现，一旦发现就已经贯穿顶板了。
而且这种裂缝较难修复加固，多数情况下必须中断交通并拆除桥面铺装才能进行。
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李乔说桥-13：正交异性钢桥面板
1让人爱、让人恨的桥面板形式对正交异性钢桥面板，大家都很熟悉，这是钢桥尤其是大跨度钢桥结构中采用最多的一种桥面板结构形式，也是现代钢桥结构重要的标志性成果之一。
但这种桥面结构同时也是钢桥领域里最令人头痛的结构之一，可以说是既“让人爱”又“让人恨”的一种桥面结构形式。
让人爱，是因为这种结构具有众多的优点，如重量轻、承载力高、适用性强等，是目前为止仍然不能用其他形式桥面板取代的主要结构形式。
而让人恨，则是因为它服役几十年以来，不断地出现令人头痛的疲劳开裂和桥面铺装破坏问题，而且成为了一个出现概率很高的普遍性病害、至今也没有公认的既经济又有效的解决措施的病害。
一般的正交异性钢桥面板指在桥面的面板下面采用纵横加
劲肋加强的构造形式，而目前应用最为广泛的正交异性钢桥面板是采用U形纵向加劲肋的构造形式。
如图1所示，它由面板（顶板）、U形纵向加劲肋以及横向加劲肋或横隔板组成。
目前世界各国已建成的采用正交异性钢桥面板的各类桥梁已超过1500座，我国正在运营和在建中的该类型桥梁数量已达200余座。
(a)大跨度钢箱梁斜拉桥(b) 采用正交异性钢桥面板的钢箱梁横断面(c) 正交异性钢桥面板构造示意图及疲劳开裂统计图1 大跨度钢桥及正交异性钢桥面板
2 两大病害最早在大跨度钢桥上发现正交异性钢桥面板疲
劳开裂的是英国Severn桥，该桥开通运营仅5年即发现其
正交异性钢桥面板出现疲劳裂纹。
此后，正交异性钢桥面板结构在包括欧洲、美国、日本及我国等世界范围内相继出现了大量的疲劳开裂案例。
例如国内某大桥通车数年后即发现大量疲劳裂缝，经过维修加固，再经过几年的运营，又出现了更多的疲劳开裂。
这种现象在很多类似结构的桥面板中出现，给桥梁的安全和耐久性带来巨大影响。
由于桥面铺装的存在，这种发生在桥面板上的裂缝在开裂初期不容易被发现，一旦发现就已经贯穿顶板了。
而且这种裂缝较难修复加固，多数情况下必须中断交通并拆除桥面铺装才能进行。
根据日本对东京2条代表性高速公路中约7000个闭口纵肋正交异性钢桥面板的疲劳病害进行的统计分析结果，主要疲劳裂纹类型及其构成如图1(c)所示。
图中带圆圈的编号表示疲劳开裂的部位及类型，圆饼图表示各类型开裂所占的比例。
由图可见，占比例最大的为②、③、④类，分别为纵向U肋与横隔板、竖向加劲肋与纵腹板以及纵向U肋与顶板的焊缝开裂。
其中的第③类开裂对应的构造现在基本不再采用，所以目前出现最多的是②、④两类。
除了钢桥面板开裂以外，这种结构带来的另一个通病是桥面铺装过早损坏（图2），并成为每座同类桥面板结构的大桥设计时让人颇为纠结的问题。
从我国90年代修建的此类结构
桥梁的运营情况看，相当数量的桥梁在通车后不到十年就不得不进行桥面铺装的大修或者更换，因而桥面铺装病害也与疲劳开裂一样，成为正交异性钢桥面板的两大主要病害之一。
图2 桥面铺装的损坏（引自筑龙网）
3强度问题还是刚度问题？
发生上述的两大病害的最主要原因是什么呢？直观地看，两种破损都是由于材料的强度不够而导致，钢结构疲劳开裂是因为焊缝的疲劳强度不足所致，桥面铺装的破坏是由于铺装层的强度不足所致。
这没有错，材料强度不足是导致其最终破坏的直接原因。
但我们所要解决的问题是结构的安全与耐久性问题，因此我们还应该从结构的角度来审视问题的整体，而不仅限于材料破坏的局部。
首先，让我们分析一下正交异性钢桥面板的受力特征。
如图3所示，在车轮荷载作用下，桥面板会产生纵横向挠曲。
从局部区域看，由于桥面板几何构造的特点，其刚度分布是非均匀且有突变的，因而其中的横向挠曲（图3a）和U肋的
畸变（图3b的所谓歪曲）使U肋与顶板的焊缝局部产生很大的应力集中，再加上在焊趾和焊根处可能存在的焊接缺陷，比较高的应力幅便会出现在这些区域，这是引发顶板与U肋焊缝疲劳开裂的最重要的因素。
而在U肋穿过横隔板的地方（图3c），由于U肋的纵向弯曲，使横隔板发生其面外的变形，从而也加大了此处焊缝的应力幅。
如果这种由荷载引起
的局部变形过大，其引起的应力幅也会大大增加。
而这种过大的局部变形也使桥面铺装层产生很大的弯曲力矩，导致其开裂、剥离及滑移。
图3 正交异性钢桥面板受力变形（引自桥梁杂志公众号）
这样的局部变形过大显然是由于桥面板局部刚度的不足和
不均匀所导致。
刚度不均匀是钢结构的固有特点，没有有效解决办法，因此从工程的角度看，局部刚度不足是引起较大疲劳应力幅的主要原因。
综上所述，导致正交异性钢桥面板两大病害的主要原因有两个：一是刚度问题，即局部刚度不足；二是强度问题，即焊缝和铺装层疲劳强度不足。
相比之下，前者影响更大，所以可以说主要是刚度问题，因为如果解决了刚度问题，这里的强度问题就不重要了。
4破解之道，重在刚度
如上所述，引起正交异性钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装破坏的原因是局部刚度不足和材料的疲劳强度不足，因此目前解决该问题的方法也可以分为两类，即刚度方法和强度方法。
前者包括：加厚顶板，采用UHPC（超高性能混凝土）做铺装层（刚度和强度双重作用），采用HPC（高性能混凝土）或UHPC形成组合结构，加密设置隔板，在U肋内部设置小横隔板以减小畸变变形，采用新型加劲肋等等。
后者包括：采用新材料（新型铺装材料，包括UHPC），采用新型焊接技术（U肋双面焊接，单面焊接双面成型），采用镦边U肋
（也有双重作用）等等。
图4 采用UHPC技术加强桥面板（引自筑龙网）个人认为，在这些方法中，以采用UHPC（图4）和双面焊接的方法效果比较好，目前发展的势头也较好。
总体来说，还是应该以提高局部刚度的方法为主，因为即使是双面焊接也只能解决顶板与U肋焊缝的焊根疲劳开裂问题，对于焊趾以及U肋与横隔板焊缝开裂仍然不能有效解决。
刚度方法以改善结构或构造的刚度为主，除了UHPC技术以外，在钢结构构造上的改进也是值得深入研究的一条路径。
刚度是最主要的影响因素，解决了这个问题，即可达到一石二鸟的效果，这也是本文主要想说明的问题。
一己之见，可能存在谬误，欢迎批评指正。
作者简介：李乔，西南交通大学教授，博士生导师，茅以升桥梁研究所所长，在中国公路学会桥梁分会等学术组织任常务理事或理事，在土木工程学报等重要学术期刊任编委会委员。