德国钢桥面板的发展

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（1）
式中，e—纵肋跨度，t—面板厚度。
另外，钢桥面板是桥面铺装层的基础，且随着重载货车重量的增加，要求 钢桥面板具有足够的抗弯刚度，从而面板厚度变化如下： 1950年~1976年：面板厚度t≥10mm； 1976年~2003年：面板厚度t≥12mm； 2003年以后：DIN——Fachbericht103“Steel Bridge”规范和Eurocode 3 Part2 （EN1993-2）规范规定：面板厚度t≥14、16mm。
德国曾尝试用过多种钢桥面板结构形式，实桥验证表明，不同的结构在经济性 和耐久性方面有很大差别，经过不断的摸索、研究、试用，使钢桥面板结构逐步趋 于合理化，期间改进的主要构造细节如下： 面板厚度 纵向肋的断面及跨度 纵肋与面板间的焊接连接 纵肋与横肋间的焊接连接
2.钢桥面板应用的发展
2.3 面板厚度
三角型肋
U型肋
Y型肋
梯形肋
梯形肋
（横肋无弧形切口）（横肋设弧形切口）
2.钢桥面板应用的发展
2.4 纵肋断面形式及其跨度
图2.4为几种闭口肋的型式。由于U肋冷压成型技术的改进，提高了纵向 肋的抗扭刚度，改善了结构局部的受力性能，从1970年代至今梯形肋（现称 U型肋）已占据了支配地位，并形成了标准形式，纳入设计规范。
另一重要改进是：由横肋贯通、纵肋断开，改为横肋上设弧形切口让纵 肋贯通。
裂纹修复—正交异性板结构的加固及改造
1.前言
德国于上世纪30年代开始研究钢正交异性板（steel orthotropic plate） 用于钢桥的桥面板，取代过去的混凝土桥面板。以利于减轻自重，延伸跨长，谋 求经济性。二次大战后，为了尽快修复被破坏的大量桥梁，钢桥面板被广泛应用 于连续钢板梁和连续钢箱梁桥。但是，初期建设的钢桥，钢桥面板疲劳裂纹非常 严重，经过很长一段时期的摸索、研究和实桥运营检验，逐步完善了正交异性板 的分析理论，在构造细节设计（如面板厚度、纵向肋断面选型、横肋间距以及三 者的匹配性和连接等）、制造工艺、疲劳损伤评估和修复等方面积累了许多经验， 使疲劳损伤逐步趋于收敛，取得了较优的经济性和抗疲劳耐久性，极大地促进了 钢桥梁板技术的发展。很快钢桥面板技术被世界各国引进、推广。
钢桥面板疲劳损伤系列讲座之一
德国钢桥面板的发展
史永吉
中国铁道科学研究院 2014年7月
目录
1. 前言 2. 钢桥面板的发展
应用历程—结构演变—面板、纵肋、横肋三者的匹配性及连接
3. 交通荷载的演变
重载车辆流量的发展—设计荷载的演变
4. 疲劳损伤及其评估
钢桥面板疲劳损类别—疲劳损伤评估
5. 疲劳损伤的修复
跨度（横肋间距）
0.9m~2.65m
应用年份
1947年~1973年
L或倒T肋 板肋
1.17m~2.46m 1.5 m~2.5m
1948年~1957年 1955年~1966年
V型肋
2.3 m~3.0m
1961年~1963年
Y型肋
2.24 m~4.0m
1957年~1963年
倒梯形肋
1.88m~5.0m
1954年~至今
图2.2 德国Kurpfalz桥
很快，钢桥面板被欧洲各国、日本、美国、中国引进，并推广到全世界。1966 年英国建成的Severn桥，主跨988m悬索桥，第一次采用抗风稳定较优经济性较好的 带翼扁平钢箱梁。从此，钢桥面板被推广到大跨度悬索桥和斜拉桥的加劲梁中，打 破了美国早期（19世纪末~20世纪中）大跨度悬索桥均采用钢桁梁的历史。
2.钢桥面板应用的发展
2.4 纵肋断面形式及其跨度 Nhomakorabea德国钢桥面板纵肋断面形式的应用历程及其跨度（横肋间距）的演变如表 2.1所示。由表2.1可知，在1960年代以前，德国大多数钢桥都采用开口肋，1960 年代以后，大多数钢桥都采用闭口肋。
纵肋断面 球扁钢肋
表2.1 纵肋断面形式、跨度及应用年代
断面图
2.钢桥面板应用的发展
2.2 德国钢桥面板的结构演变
钢桥面板是正交异性板（orthotropic plate）结构，由面板、纵肋、横肋组成， 三者互为垂直，焊接连成一体而共同工作。它既作为桥面板直接承受交通荷载，又 作为主梁翼缘的一部分参与共同工作。在均布荷载或集中荷载作用下有很大的静力 极限承载能力，但在汽车轮载作用下产生局部“鼓曲”状变形，由此引起面板、纵 肋、横肋的面外变形，并在焊接约束处产生次弯曲应力集中，加之，严厉的疲劳环 境，易引起疲劳裂纹。
另外，随着交通运量（重载货车流量和轴重）的增长，交通设计荷载也 在不断修改，1952年为BK60级，1983年为BK60/30级，2003年为LM1级，2013年为 LMM级。新建桥梁可按新的设计荷载设计，但是大量的已建桥梁，包括已产生的 疲劳损伤的桥梁，如何进行加固改造，使其适应新的设计荷载，也是必须考虑的 问题。
7mm
410mm
7mm
7mm
图2.1 德国Feldcoeg桥钢桥面板
2.钢桥面板应用的发展
2.1 发展概要
二次大战末期，德国主要桥梁几乎全被战争摧毁，战后为了尽快发展国民经济， 首先需要恢复交通运输，从而建成了许多经济性较优的钢桥面板连续梁桥。1950年 建成的Kurpfalz桥，三跨连续钢板梁，跨长56.1m+74.8m+56.1m，见图2.2。用钢量 390Kg/m2，与原地老桥（1940年建成，二战时被摧毁）用钢量585Kg/m2相比，经济 性显而易见。此后，钢桥面板被广泛应用于连续钢板梁、钢箱梁、钢桁梁、钢拱梁。
本文概要地介绍了德国钢桥面板的发展、交通设计荷载的变化、构造细 节的改进、疲劳损伤及其评估和修复。
2.钢桥面板应用的发展
2.1 发展概要
上世纪30年代德国首先应用钢桥面板来代替混凝土桥面板，1934 年建成了第一座钢桥面板连续板梁桥——Feldcoeg桥，跨长 8.0m+2×12.5m+8.0m，桥面板结构如图2.1所示。
钢桥面板来源于船舶的甲板，至今英文仍习惯称钢桥面板为“deck”。基 于船舶甲板的经济性，初始阶段钢桥面板纵肋大多数情况下采用开口肋，为了 减少焊接工作量，降低成本，总想延伸纵肋跨长，但又因产生过大的局部挠曲 而引发疲劳裂纹，于是引入公式（1）规定了肋跨与面板厚度之比的限值，至 今该限值仍然是有效的。