正交异性轻型组合桥面新体系
正交异性钢桥面铺装的问题及对策
中铁大桥科学研究院有限公司
超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
2.2、超高性能混凝土材料性能研究
技术特点 超高性能混凝土在桥梁结构中应用的技术特点
抗压强度和抗拉强度高 结构形式多样化、轻型化、薄壁化 缺陷少、耐久性能好 全寿命周期内成本较低 超高韧性 有利于提高结构的抗震和疲劳性能 工作性能好 施工、养护方便
1600
UHPC
C50
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龄期
5 UHPC C50
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28d
龄期
56d
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收缩（10-6）
超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
2.2、超高性能混凝土材料性能研究
收缩
400
350
参照GB/T 50082-2009中第8
1、正交异性板和铺装层病害及原因分析
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超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
1.1、正交异性钢桥面板和铺装层病害
虎门大桥
Байду номын сангаас
江阴长江大桥
苏通长江大桥
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杭州湾大桥
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1.1、正交异性钢桥面板和铺装层病害
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超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
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。
THANK YOU
感谢聆听
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。
正交异性桥面板
目录第4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究 (2)4.1 绪论 (2)4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况 (2)4.1.2 正交异性钢桥面板的疲劳细节 (9)4.2 虎门大桥疲劳裂纹现状及成因 (18)4.2.1 虎门大桥疲劳裂纹现状 (18)4.2.2 虎门大桥疲劳裂纹的成因分析 (22)4.3 正交异性钢桥面板局部应力分析 (28)4.3.1 有限元分析模型 (28)4.3.2 单轮荷载作用下桥面板应力分布 (30)4.3.3 跨中加载时横隔板处应力分析 (33)4.3.4 轮压荷载接触面积的影响分析 (33)4.3.5 双轴作用下桥面板应力分布 (34)4.3.6 结论 (35)4.4 正交异性钢桥面疲劳裂纹加固方法研究 (36)4.4.1 桥面疲劳裂缝的位置和形式 (36)4.4.2桥面疲劳裂纹加固的方法 (37)4.4.3实际加固案例 (39)4.4.4结论 (43)4.5 正交异性钢桥面板构造细节疲劳强度的研究 (44)4.5.1 概述 (44)4.5.2 焊接连接的疲劳评估 (45)5.5.3 欧洲规范3有关疲劳强度规定 (47)4.5.4 肋板与桥面板的焊接连接的疲劳试验研究 (52)4.5.5 肋板与桥面板的焊接连接的试验数据统计分析 (61)4.5.6 结论 (65)4.6 小结 (65)参考文献 (66)第 4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究4.1 绪论4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况由于二战以后，德国钢材短缺，为节省材料，德国工程师建桥时采用了正交异性钢桥面板。
早在1934年，Leonhardt教授就对此类桥面板进行了试验，并开发了相关的计算分析方法。
正交异性钢桥面板采用钢板下设纵横肋，上设铺装层作为桥面，纵肋有开口和闭口两种形式，如图4.1-1所示。
正交异性钢桥面板在现代钢桥中被广泛应用。
图4.1-1 正交异性钢桥面板示意1) 正交异性钢桥面板的优点：正交异性钢桥面板具有：(1) 自重轻，（2）可作为主梁的一部分参与共同受力；(3) 极限承载力大；（3）适用范围广等优点。
浅谈正交异性钢桥面板的发展
河南建材201812021年第4期[6]WANG J,TSE N C F,CHAN J Y C.Wi-Fi based occu-pancy detection in a complex indoor space under discon-tinuous wireless communication:A robust filtering based on event-triggered updating.Building and Environment,2019,151:228-239.[7]TARZIA S P,DICK R P,DINDA P A,et al.Sonar-basedmeasurement of user presence and attention[C]∥Proceed-ings of International Conference on UbiquitousComputing.Florida,2009:89-92.[8]CHEN Z,ZHU Q,MASOOD M,et al.EnvironmentalSensors based Occupancy Estimation in Buildings via IH-MM-MLR.2017,17(5):13-21.[9]CANDANEDO L M,FELDHEIM V.Accurate occupancydetection of an office room from light,temperature,humidity and CO2measurements using statistical learning models.En-ergy and Buildings,2016,112:28-39.[10]KLEIMINGER W,BECKEL C,SATTKE T,et al.Occu-pancy etection from electricty consumtion data[C]∥Pro-ceedings of the5th ACM Workshop on Embedded Systems for Energy-Efficient Buildings.Italy,ACM,2013:1-8.浅谈正交异性钢桥面板的发展王玉娇1韩阿慧21甘肃省公路航空旅游投资集团有限公司（730030）2西安长安大学工程设计研究院有限公司（710061）摘要:正交异性钢桥面板在国内外大中跨度的现代钢桥中已得到广泛应用。
一种正交异性钢桥面板结构[发明专利]
![一种正交异性钢桥面板结构[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a7bf96f6c5da50e2534d7fd7.png)
专利名称：一种正交异性钢桥面板结构专利类型：发明专利
发明人：朋茜,狄谨,周绪红,秦凤江
申请号：CN201710293501.7
申请日：20170428
公开号：CN107938510A
公开日：
20180420
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：发明提供一种正交异性钢桥面板结构。
该面板结构包括顶板、L形纵肋和底板。
L形纵肋与底板组成栓焊开合式纵肋，采用双面焊接方式与顶板连接，可以有效避免单侧部分熔透焊中未熔合部分自身形成的天然初始裂纹，改善桥面板在使用过程中由于应力集中容易产生疲劳裂纹的问题。
开合式纵肋综合开口肋和闭口肋的优点，不仅容易施焊，抗疲劳性能好，抗弯、抗扭刚度大，而且便于维修加固，在钢结构与组合结构桥梁工程领域中具有广阔的应用前景。
申请人：重庆大学
地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
国籍：CN
代理机构：重庆大学专利中心
代理人：王翔
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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]。
浅谈超高韧性混凝土（STC）在正交异性钢桥面轻型组合结构中的施工及应用潘兴蟠
浅谈超高韧性混凝土（STC）在正交异性钢桥面轻型组合结构中的施工及应用潘兴蟠发布时间：2021-08-20T06:51:55.937Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年11期作者：潘兴蟠[导读] 与传统的正交异性钢桥面板相比，由正交异性钢桥面与超高韧性混凝土（STC）结合而成的轻型组合桥面具有局部刚度大，耐久性能好等优点，能够综合解决传统正交异性钢桥面板易疲劳开裂，使用寿命短，需频繁维护等典型病害问题。
本文将结合STC在桥梁工程中的应用实例展开阐述，对STC在正交异性钢桥面中的施工及应用进行探讨。
潘兴蟠深圳市路桥建设集团有限公司广东深圳 518000摘要：与传统的正交异性钢桥面板相比，由正交异性钢桥面与超高韧性混凝土（STC）结合而成的轻型组合桥面具有局部刚度大，耐久性能好等优点，能够综合解决传统正交异性钢桥面板易疲劳开裂，使用寿命短，需频繁维护等典型病害问题。
本文将结合STC在桥梁工程中的应用实例展开阐述，对STC在正交异性钢桥面中的施工及应用进行探讨。
关键词：正交异性钢桥面；超高韧性混凝土（STC）1、工程简介福田保税区新洲路南延（桂花路西延连接新洲路）工程位于深圳市福田保税区西北角，起点位于新洲路-福荣路交叉口，终点位于桂花路-福田隧道交叉口。
道路等级为城市次干道，双向四车道，设计车速30km/h。
红线宽度为28m，全长约为293m。
图2.3机动车道铺装构造图3、超高韧性混凝土（STC）组成STC的组成部分包括水泥、粉煤灰、石英砂、石英粉、钢纤维、减水剂和水。
水泥宜采用42.5级以上硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
粉煤灰宜采用一级粉煤灰、S95等级以上的粒化高炉矿渣粉。
石英砂和石英粉的氯离子含量、硫化物及硫酸盐含量、云母含量检验应符合现行行业标准JGJ52《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定。
钢纤维采用镀铜高强度纤维。
减水剂采用高性能减水剂，减水率宜大于30%。
4、超高韧性混凝土（STC）搅拌区设置在新洲路靠近主桥方向的引道上设置STC拌合区，配置3台0.5m3型STC专用搅拌机。
一种新型SCS钢-混组合桥面系力学性能分析
一种新型SCS钢-混组合桥面系力学性能分析王达;陈春苗;刘扬【摘要】为应对既有正交异性桥面系在工程应用中出现的诸多病害,结合钢箱梁的构造特点,提出了一种新型钢板夹心混凝土( SCS)钢—混组合桥面系,为明确该新型SCS钢—混组合桥面系的力学特性,基于等效刚度法、结合大型通用有限元程序Ansys,分别建立了新型SCS钢—混组合桥面系与传统正交异性钢桥面系的节段力学模型,并对两个节段力学模型的受力特性进行了对比分析研究。
结果发现,在汽车车轮集中荷载作用下,新型SCS钢—混组合桥面系的局部抗弯刚度明显优于传统正交异性钢桥面系,桥面系纵横向刚度比值更趋于接近1.0,结构受力变得更加均衡,局部未出现过大变形,改变了传统钢桥面系的正交异性特征,改善了桥面系结构的受力,表明该新型SCS钢—混组合桥面系具有良好的力学性能。
%In response to many diseases associated with the deck of existing orthotropic steel bridge, combined with the structural characteristics of steel box girder, a new steel-concrete-steel ( SCS ) composite bridge deck system was proposed. To reveal the mechanical properties of the systems, based on the equivalent stiffness method, the general finite element program ANSYS was employed to set up segmental mechanical models of the new SCS composite bridge deck and the traditional or-thotropic steel bridge deck respectively. And a comparative analysis on the models was carried out to study the mechanical behaviors. The result shows that, under the concentrated wheel force, the lo-cal bending stiffness of the SCS composite bridge deck system is visibly superior to that of the tradi- <br> tional one, and the longitudinal and transverse stiffness ratio tends to be 1.0, which balances the stress, prevents large local deformation, changes the orthotropic characteristics of the traditional steel bridge deck system, and improves the mechanical performance of bridge deck systems.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】8页(P163-170)【关键词】桥梁工程;钢-混组合桥面系;等效刚度法;有限元;抗弯刚度【作者】王达;陈春苗;刘扬【作者单位】长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙410114; 桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室，湖南长沙410114;广州珠江黄埔大桥建设有限公司，广东广州 511434;长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙410114; 桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室，湖南长沙410114【正文语种】中文【中图分类】U443.320 引言当代社会经济迅猛发展，随之增加的交通负荷使得许多交通基础设施迅速恶化，桥梁作为交通枢纽，其结构安全至关重要，桥面系的病害是诸多桥梁结构共同所面临的严重问题，而这一现象在大跨度悬索桥中尤为突出。
新型正交异性钢板-STC组合桥面结构研究与应用
车 辆 ）等 诸 多 方 面 。 其 中一 个 不 容 忽 视 的 原 因
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ２
作 者简 介 ：周 志敏 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ，男 ，湖南 株洲 人 ，硕 士 ，工程师 。研 究 方 向 ：泡 沫 混凝 土 、超高 韧性
混 凝土 、活 性粉 末混 凝土 。
具 有 良好 的抗 拉 性 能 ，其 最 大拉 应 变达 到 ９ ５ ５ ￣ ｅ而 未 出现 开 裂 。 因 而 能 够 适 应 马 房 大 桥 上 的 受 力 状
态 。２ ０ １ １年 ，新 型 正 交 异 性 钢 板 一 Ｓ Ｔ Ｃ 组 合 桥 面 结 构 成 功 应 用 于 马 房 大桥 第 １ １跨 ，各 道 施 工 工 序
ｃ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｂ ｉｄｇ ｒ ｅ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ａ ｎｃ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎｏ ｍｉ ｃ ｂｅ ｎｅ ｉｔ ｆ ．Ｉ ｎ ｔ ｈｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ，ｒ ｅ ｌ ｙｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｆ ｒ ｅ ｅ ｗａ ｙ ｏ ｖ ｅ ｒ ｐ ａ ｓ ｓ
ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｍｏ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ｊ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｒｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ． Ｂ ｙ
病 害 问题 ： （ １ ）在 反复 的 车轮 荷 载作 用 下 ，正交 异 性 钢
桥 面结 构 出现疲 劳开 裂现 象 ： （ ２ ）常 规 沥 青 混 凝 土 铺 装 层 使 用 约 ５ ～ １ ０年 后 便严 重破 损 ，使用 寿命 较短 。
正交异性钢桥面板疲劳病害分析及改造措施研究
第４６卷，第２期２０２１年４月公路工程ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．４６，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０２１Ｄｏｉ：１０．１９７８２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－０６１０．２０２１．０２．００９［收稿日期］２０２０－１２－２１［基金项目］国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＢ０３０４８０５）；湖南省交通运输科技创新计划项目（２０１７３４）［作者简介］陈 辉（１９８２—），男，山西运城人，高级工程师，主要从事路桥管理与养护工作。
［引文格式］陈 辉，于 力，耍荆荆．正交异性钢桥面板疲劳病害分析及改造措施研究［Ｊ］．公路工程，２０２１，４６（２）：５４－５９．ＣＨＥＮＨ，ＹＵＬ，ＳＨＵＡＪＪ．Ｆａｔｉｇｕｅｄｉｓｅａｓｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｓｔｅｅｌｂｒｉｄｇｅｄｅｃｋａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ ｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４６（２）：５４－５９．正交异性钢桥面板疲劳病害分析及改造措施研究陈 辉１，于 力１，耍荆荆２（１ 南京长江第二大桥有限责任公司，江苏南京 ２１００００ ２ 中交公路规划设计院有限公司，北京 １０００８８）［摘 要］正交异性钢桥面板以其自重轻、承载能力大、施工速度快等特点，在全世界范围内大量出现在新桥尤其是大跨度桥梁的建设中。
由于正交异性钢桥面板整体刚度不足、桥梁承载交通量与日激增，在运营过程中因钢构件应力集中出现不同程度的疲劳病害，严重影响了结构疲劳性能。
剖析正交异性钢桥面板疲劳病害发生根本原因，同时结合实桥与足尺模型试验结果，提出桥面结构改造方案。
研究成果可为类似正交异性钢桥面板的疲劳处治提供借鉴。
［关键词］正交异性桥面板；组合桥面板；高性能混凝土；有限元模型；实桥验证［中图分类号］Ｕ４４３ ３３ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７４—０６１０（２０２１）０２—００５４—０６ＦａｔｉｇｕｅＤｉｓｅａｓｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＤｅｃｋａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔＭｅａｓｕｒｅｓＣＨＥＮＨｕｉ１，ＹＵＬｉ１，ＳＨＵＡＪｉｎｇｊｉｎｇ２（１ ＴｈｅｓｅｃｏｎｄＮａｎｊｉｎｇＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＢｒｉｄｇｅ，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１００００，Ｃｈｉｎａ； ２ ＣｃｃｃＨｉｇｈｗａｙＣｏｎｓｕｌｔａｎｔｓＣｏ，Ｌｔｄ ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８８，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｔｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏｉｔｓｌｉｇｈｔｓｅｌｆｗｅｉｇｈｔ，ｈｉｇｈｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｒａｐｉｄｅｒｅｃｔｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｓｔｅｅｌｄｅｃｋｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｂｒｉｄｇｅａｌｌａｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｒｌｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｌｏｎｇ ｓｐａｎｂｒｉｄｇｅｓ Ｍａｎｙｂｒｉｄｇｅｓｈａｖｅａｐｐｅａｒｅｄｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｇｒｅｅｗｉｔｈｈｉｇｈｔｒａｆｆｉｃｖｏｌｕｍｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｓｔｅｅｌｄｅｃｋ，ｉｔｈａｓｃａｕｓｅｄｓｅｒｉｏｕｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｉｎｔｈｅａｎｔｉ ｆａｔｉｇｕｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｄｅｆｉｎｉｔｅｌｙｄｉｓｅａｓｅｃａｕｓｅｓａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｓｃｈｅｍｅｓｏｆｄｅｃｋｗｉｔｈｆｕｌｌ ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｂｒｉｄｇｅｔｅｓｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｂａｓｉｓｆｏｒｆａｔｉｇｕｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｓｔｅｅｌｄｅｃｋ１［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｓｔｅｅｌｄｅｃｋ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｒｉｄｇｅｄｅｃｋ，ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｄｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ，ｐｒａｃｔｉｃａｌｂｒｉｄｇｅｔｅｓｔ０ 引言随着正交异性钢桥面板的大规模使用［１－４］，由于该类桥面板自身的受力特性和交通流量的增多增重，全世界范围内的正交异性钢桥面板均面临着疲劳开裂的问题。
城轨钢箱梁开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力计算组合系数法
工程实践城轨钢箱梁开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力计算组合系数法段 熹1，马兴龙2 ，叶华文3 ，潘威洲3 ，徐 勋3（1. 内江师范学院建筑工程学院，四川内江 641112；2. 四川省公路院工程监理有限公司，四川成都610000； 3. 西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031）基金项目：国家自然科学基金 (51208430, 52278219)第一作者：段熹, 男, 工程师；通信作者：马兴龙, 男, 高级工程师引用格式：段熹, 马兴龙, 叶华文, 等. 城轨钢箱梁开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力计算组合系数法[J]. 现代城市轨道交通, 2024(04): 68-75. DUAN Xi, MA Xinglong, YE Huawen et al. The combinatorial coefficient method of fatigue stress calculations for open-ribbedorthotropic anisotropic steel bridge panels of urban rail transit steel box girders[J]. Modern Urban Transit, 2024(04): 68-75.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.04.011摘 要：为简化城轨交通钢箱梁桥面板疲劳性能评估，基于轨下开口肋正交异性钢桥面板典型构造，采用有限元方法提出其疲劳应力计算组合系数法。
首先，建立重庆嘉华轨道专用桥桥面构造有限元模型，确定车辆疲劳荷载纵、横向影响范围及最不利加载位置，并分析减震垫刚度、轨下纵梁刚度和轨枕板形式等关键参数对开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力的影响。
然后，根据工程实际，确定城轨交通桥正交异性钢桥面板基准结构及各设计参数变化范围，基于上述有限元模型对顶板厚度，板肋厚度和间距，横隔板间距、高度和厚度及开孔半径进行分析，得到各参数影响系数并提出轨下开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力计算组合系数法。
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。
DB43_T 1173-2016 钢-超高韧性混凝土轻型组合结构桥面技术规范.DOC
JGJ 52普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ 63混凝土用水标准
JT/T 722公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件JTG D50公路沥青路面设计规范
JTG D60—2015公路桥涵设计通用规范
JTG D62公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
1
DB43/T 1173—2016
在国内外大跨径桥梁中，由于具有结构自重小，承载能力大，施工简便等优点，钢主梁结构得到广
泛应用。钢主梁通常设置正交异性钢桥面。大量工程实践表明，钢桥面的以下两个问题非常突出：一是
正交异性钢桥面板的母板及各种焊缝易出现疲劳开裂；二是钢桥面上的沥青面层易产生裂缝、车辙、壅
包等病害，面层的使用寿命通常仅几年时间。为此，桥梁在通车后的运营阶段，须频繁对桥面钢结构及
栓钉又名剪力钉，起到连接钢板与STC层的作用。
3.1.10
接缝joint
接缝包括施工接缝、边界接缝和STC破损修补接缝。
7施工…………………………………………………………………………………………………33
7.1施工项目组成及施工流程………………………………………………………………………33
7.2基本要求…………………………………………………………………………………………34
7.3施工准备…………………………………………………………………………………………35
7.12面层铺筑…………………………………………………………………………………………43
7.13特殊气候条件下施工……………………………………………………………………………43
I
DB43/T 1173—2016
7.14 STC层破损修补…………………………………………………………………………………44
正交异性钢桥面板超高性能混凝土组合桥面铺
正交异性钢桥面板超高性能混凝土组合桥面铺正交异性钢桥面板超高性能混凝土组合桥面铺是一种创新的桥梁结构材料，它结合了正交异性钢桥面板和超高性能混凝土的优点。
该组合桥面铺具有高强度、高耐久性、抗裂性和耐磨性等优势，可以有效延长桥梁的使用寿命并提高桥梁的承载能力。
正交异性钢桥面板是一种由横向和纵向异性钢条网组成的钢筋混凝土板。
它的横向钢筋主要用于承载横向荷载，纵向钢筋主要用于控制和限制纵向裂缝的发展。
相比传统的钢桥面板，正交异性钢桥面板在强度和耐久性方面有着显著的提高。
它可以有效地抵抗疲劳、冲击和氯盐侵蚀等不良环境因素的影响，减少桥梁维修和加固的频率，降低维护成本。
超高性能混凝土是一种具有卓越性能的新型建筑材料。
它以石英粉、细砂、硅灰、硅酸盐颗粒等为主要原材料，经过特殊配比和热处理制备而成。
超高性能混凝土具有高强度、高韧性、高抗渗性和高抗震性等特点。
它的抗压强度可以达到100MPa以上，远远高于传统混凝土的强度。
同时，超高性能混凝土还具有极佳的耐化学腐蚀性能，能够有效地抵抗氯离子侵蚀。
将正交异性钢桥面板与超高性能混凝土相结合，可以充分发挥两者的优势，进一步提高桥梁结构的性能。
在组合桥面铺的制作过程中，首先将正交异性钢桥面板作为桥面的骨架结构，然后再在其上方浇注超高性能混凝土。
正交异性钢桥面板可以有效地承受车辆荷载的作用，并将其传递到桥梁主梁上。
超高性能混凝土则可以增加桥面的整体强度，并提供良好的耐磨性和耐久性。
正交异性钢桥面板超高性能混凝土组合桥面铺具有如下特点：1. 高强度：正交异性钢桥面板和超高性能混凝土的组合可以产生较高的强度，提高桥面的承载能力。
2. 高耐久性：正交异性钢桥面板可以有效地抵抗氯盐侵蚀和疲劳破坏，超高性能混凝土可以提供良好的抗渗性和耐久性。
3. 抗裂性：正交异性钢桥面板的纵向钢筋可以有效地控制和限制裂缝的发展，减少维护工作的需求。
4. 耐磨性：超高性能混凝土具有优良的耐磨性能，减少桥面的磨损和维护成本。
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正交异性轻型组合桥面新体系
51
钢-UHPC轻型组合梁
钢-UHPC轻型组合梁由钢梁+UHPC桥面板组成
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
52
钢-UHPC轻型组合梁
自重仅为传统钢-混凝土组合梁的60%左右； 基本无开裂风险
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
53
钢-UHPC轻型组合梁
RHPC铺装（荷兰）
2016/5/9
SFRC铺装（日本）
12
正交异性轻型组合桥面新体系
钢桥的难题
但实践表明，由于混凝土抗拉强度低，收缩、局部应力大，混凝土 层易出现开裂现象。
照片来自： Jun Murakoshi,Naoki Yanadori. Research on Steel Fiber Reinforced Concrete Pavement on Orthotropic Steel Deck[A].Proceeding of The 2nd International Orthotropic Bridge Conference [C].2008.
应用于湖南南洞庭湖大桥
(主跨450m斜拉桥)
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
54
湖南省南-益高速公路胜天大桥
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
55
南洞庭湖大桥
原方案：传统钢-混凝土组合梁，桥面板平均厚31cm
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
56
纵向现浇缝A 南洞庭湖大桥
2016茅以升基金会学术交流（北京）
正交异性轻型组合桥面新体系
研发与应用
邵旭东
2016年5月
一. 关于UHPC
超高性能混凝土UHPC
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
2土 ， 简 称 UHPC(Ultra-High Performance Concrete) ， 也称作 活性粉末混凝 土RPC (Reactive Powder Concrete)，是过去三
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
20
工程应用
实桥施工
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
21
焊接桥面短栓钉
钢筋网及焊钉
桥面现浇50mm厚STC层
2016/5/9
STC桥面高温蒸汽养生
22
正交异性轻型组合桥面新体系
荷载试验检测报告 工程应用
第三方检测报告
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
日本横滨港湾大桥SFRC钢桥面铺装开裂
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
13
超高性能轻型组合桥面
综合解决钢桥面疲劳裂纹和铺装易损坏的桥面新体系：
铺装层 (6~40mm) STC 层 (35~60mm) 栓钉和钢筋
钢面板
轻型组合桥面 基于UHPC，研发成功专用于钢桥面的超高韧性混凝土（STC）材料， 克服了收缩、开裂、疲劳、薄层组合等一系列难题。
夏天： 钢桥面70℃ 沥青软化+ 重载碾压 冬天： 沥青硬化， 弹模增10倍 高应力状 态 沥青铺装 内部损伤 （车辙） 雨水侵入
加速 损坏
细微裂纹
属高温、重载、雨水耦合效应，但从未做过耦合试验！
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
10
钢桥的难题
正交异性钢桥面早期开裂的原因：
1.疲劳应力幅过大；
正交异性轻型组合桥面新体系 38
天津海河大桥
钢筋网
2016/5/9
浇筑STC
正交异性轻型组合桥面新体系 39
天津海河大桥
STC 蒸汽养护
2016/5/9
STC 未见开裂
40
正交异性轻型组合桥面新体系
天津海河大桥
海河大桥经本次 STC加固后，今后 维护费用将极低， 正交异性钢桥面开 裂年限至少推迟20
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
33
应用于佛陈大桥 （跨径112.8m钢连续梁）
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
34
广东佛山佛陈大桥
焊接栓钉
2016/5/9
绑扎钢筋
STC浇筑、振捣
35
正交异性轻型组合桥面新体系
广东佛山佛陈大桥
STC高温蒸汽养护
2016/5/9
养护结束
铺筑铺装层 2014年底竣工
应力幅
15
疲劳属局部受力问题，与桥型和跨径无关！
12.3 10.9 11.0 9.1 10.0
STC层拉应力幅（MPa）
10
5
0
马房大桥 佛陈大桥 海河大桥 礐石大桥 洞庭湖二桥 (1480m) (64m) (112.8m) (310m) (518m)
跨径
正交异性轻型组合桥面新体系
2016/5/9
48
700
纵向现浇缝 B
140 80
边箱梁
200 250 180 250
中腹
1260
13390
新方案：钢-UHPC组合梁，桥面板平均厚14cm 主梁自重690kg/平方米(比原设计减38%)
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
57
UHPC城市高架桥梁
—实现轻型化、快速架设、降低建筑高度
2016/5/9
预制UHPC“π” 形梁， 梁高与跨径之比约1/20； 单榀3m宽，跨径30m梁自 钢-UHPC“π” 形组合梁， 梁高与跨径之比约1/25； 单榀3m宽，跨径30m 梁自 重约 50t ， 每平米 5500 元。
23
荷载试验检测报告 工程应用
国家级权威检测机构：铁科院检测中心分别于2011 年、2012和2014年对马房桥做了3次加载检测。结论： 未见STC开裂破损的现象； STC完成后，钢构件应力明显下降，相对于原铺装状 态，应力降低幅度达 80%～92%，三次检测性能不变。
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
正交异性轻型组合桥面新体系
58
全预制快速架设 UHPC 梁式桥结构
研发了两种轻型UHPC华夫板“π”形梁结构
类型一： 预制UHPCπ形梁
类型二： 钢- UHPCπ形组合梁
整片π形梁预制，现场仅浇筑纵缝
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
59
类型二：钢-UHPC“π” 形组合梁
2016/5/9
弹性模量（GPa）
徐变系数 氯离子扩散系数（m2/s） 电阻率（kW·cm）
2016/5/9
40~60
0.2~0.3 >1× 10-11 1133
30~40
1.4~2.5 <0.01 ×10-11 96 (C80)
约1.2倍
约15%
1/100
约12倍
4
正交异性轻型组合桥面新体系
一. 关于UHPC
UHPC
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
14
轻型组合桥面新理念
超高性能轻型组合桥面
传统钢桥面
组合桥面
钢—STC轻型组合桥面优点：
（1）提高桥面局部刚度40倍以上，延长正交异性钢桥面抗 疲劳寿命超3倍。 （2）钢桥面铺装的难题不复存在。
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
15
六年以来，完成了300余个相关试验
STC 加固竣工，重车交通量大
2016/5/9
年。
41
正交异性轻型组合桥面新体系
洞庭湖二大桥
洞庭湖二大桥（施工中）
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
42
洞庭湖二大桥
桥型布置： 主桥悬索桥：（1480+453.6）m双塔双跨钢桁梁悬索桥
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
43
洞庭湖二大桥
组合桥面研究成果受到国际桥梁界高度关注，发表的论文
已连续4个月位于ASCE阅读榜之首（每日更新）
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
49
其它基于UHPC的桥梁结构研发
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
50
钢-UHPC轻型组合梁
—解决传统组合梁自重过大，易开裂的难题
2016/5/9
16mm厚钢桥面+沥青铺装(常规方案)： 正交异性钢桥面应力幅：76~161MPa 12mm厚钢桥面+50mmSTC(新方案)： 正交异性钢桥面应力幅：16~67MPa
(按国际焊接学会的标准，此应力幅将永不开裂）
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
47
关键技术
STC的疲劳应力幅是否与跨径大小有关？
设计目标：
做100年不开裂的桥面
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
44
洞庭湖二大桥
板桁结合型加劲梁 桁高9.0m，宽35.4m
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
45
洞庭湖二大桥
钢结构疲劳模型足尺试验
2016/5/9
横隔板应变测试
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正交异性轻型组合桥面新体系
洞庭湖二大桥
采用钢-UHPC轻型组合桥面的效果：
24
工程应用
除STC方案外，马房大桥桥面铺装翻修 （2010年-2011年）还采用了其他4种方案。
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
25
工程应用
运营4年后…
2016/5/9
正交异性轻型组合桥面新体系
26
工程应用
1-9跨
第1-9跨橡胶沥青 坑槽、开裂、钢板外露