正交异性桥面板设计参数和构造细节的疲劳研究进展_赵欣欣

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ｏｉｎｔＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｆａｔｉｕｅｏｆｏｒｔｈｏｔｒｏｉｃｄｅｃｋｈａｓａｌｗａｓｂｅｅｎｔｈｅｋｅａｎｄｔｈｅｈｏｔｓｏｔｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｒｉｄｅｓ．ｐｇｐｙｙｐｇ，ｒｏｒｅｓｓＴｈｅｒｅｗｅｒｅｍｕｃｈａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄ．Ｕｎｔｉｌｎｏｗｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｔａｉｌｓｏｆｏｒｔｈｏｔｒｏｉｃｄｅｃｋｈａｖｅｐｇｐ，ｒｏｒｅｓｓｌａｒｅｌｌｏｔｓｏｆｎｅｗｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｗｅｒｅｒｅｏｒｔｅｄ．Ｔｈｉｓｉｓｓｕｅｔｒｉｅｓｔｏｍａｋｅａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｉｎｃｈａｎｅｄｐｇｇｙｐｇｅａｒｓａｒａｍｅｔｅｒｆａｔｉｕｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｏｒｔｈｏｔｒｏｉｃｄｅｃｋｉｎｔｈｅｌａｓｔｔｅｎｏｎｔｈｅｄｅｓｉｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｔａｉｌｓ．ｙｐｇｐｇ：；；；ａｒａｍｅｔｅｒｓＫＥＹＷＯＲＤＳｏｒｔｈｏｔｒｏｉｃｄｅｃｋｆａｔｉｕｅｄｅｓｉｎｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｔａｉｌｓｐｐｇｇ
１
科研开发
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Ｓ该桥１ｅｖｅｎ桥，９６６年建成通车后，分别于１９７１年和１９７７年发现了３种焊接
［１］面板厚度ｔ计算：则，ｌｏｅｅｌ公式１ｐｐｄ可由Ｋ
（（）ｔ０．００４ａ）１ｐ）ｄ ≥ （槡式中：ａ为开口截面纵肋间距或闭口截面纵肋腹板。最大间距，ｍｍ；ｋＰａｐ为轮载面压力，同时各国规范根据各自的车辆荷载及桥面铺装为保证钢桥面板的施工性和耐久性，对面板层情况，
［２］、厚度作了不同规定。表１列出了ＥｕｒｏｃFra Baidu bibliotekｏｄｅ３１［［１３］１４］ＡＡＳＨＴＯ和日本道路规范中的相关规定。
３
在国内，２０００年以前建造的正交异性板多采用今天这些桥梁的铺装层几乎都存１２ｍｍ厚的面板，在一定问题。自从２００１年建成的南京二桥采用１４上面铺装５桥面０ｍｍ厚环氧沥青之后，ｍｍ面板，铺装层很少出现问题。在采用５０ｍｍ厚的环氧沥／，青铺装层时，Ｅｕｒｏｃｏｄｅ３推荐ａｔ５ＭａｎＣｈｕｎ－ｇｄ ≤２２
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各国学者在此领域取得桥梁建设中的关键和热点，了一系列研究成果。例如，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
３］。德国的Ｈ细节的疲劳裂纹［ａｓｅｌｔａｌ和Ｓｉｎｎｔａｌ桥投入使用后不久，钢桥面板也都出现了疲劳裂纹。
［４］表１Ｅｕｒｏｃｏｄｅ３、ＡＡＳＨＴＯ和日本道路规范１
中关于面板厚度规定
规范名称
１２］Ｅｕｒｏｃｏｄｅ３［（２００６年）
桥面板厚度ｔｄ规定车行道范围内：当沥青铺装层厚度不小于７０ｍｍ时，ｔ４ｄ ≥１当沥青铺装层厚度不小于４ｍｍ；０ｍｍ时，ｔ１６ｄ≥ ／，推荐ａ ≤３ｍｍ；ａ和ｔａｔ５００ｍｍｄ的比值：ｄ ≤２人行道范围内或人行桥中：／ｔ０ｍｍ，ａｔ０，且ａ ≤ ６００ｍｍｄ ≥１ｄ ≤４面板的厚度不得小于１４ｍｍ或ａ×４％
（，，）ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲａｉｌｗａＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｏｆＲａｉｌｗａＳｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｉｎ１０００８１，Ｃｈｉｎａｙｙｙｊｇ
采用开口肋形式的钢桥面板的疲劳性能进行了较为
１０］。这些早期的研究成果为日后的进系统的分析［
正交异性桥一步研究奠定了坚实基础。时至今日，面板的结构形式较当初已经发生很大变化，大量新的研究成果相继涌现。本文从正交异性桥面板的设计参数和构造细节入手，对近１０年来正交异性桥面板的疲劳研究进展进行综述分析。２正交异性桥面板设计参数的疲劳研究２．１面板面板的最小厚度一般取决于其在轮载作用下的允许变形，为保证桥面铺装层不产生裂纹，纵肋之间面板的竖向挠曲变形不大于０．４ｍｍ。基于上述原
２］。面板桥梁［
我国正交异性钢桥面板的研究和应用起步较晚，直到２才建成第一座钢桥面板０世纪７０年代初， — — 潼关黄河铁路桥。改革开放以来，桥— 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（图１等。
，类活载）且ｔ２ｍｍｄ ≥１人行道范围内：，且ｔＡ类活载）ｔ．０２５×ａ（２ｍｍｄ ≥０ｄ ≥１
［１５］／而国内由于考虑超载问题，Ｔａｎｔ４，ｇ推荐ａｄ ≤２
／近来新建的一些工程多是采用ａ例如西ｔ１．４，ｄ＝２这样的匹堠门公路桥等。从目前的使用情况来看，配能够满足耐久性要求。２．２纵肋正交异性钢桥面板纵肋的截面形式是由早期的开口截面逐渐演变成如今的闭口截面。开口截面纵肋虽然具有形状简单、与横肋及面板的连接构造简单、工厂制造及现场连接比较容易等优点，但每根纵单位面积所肋与桥面板的连接需要两条角接焊缝，用焊缝长度较长，而且其抗扭和抗弯刚度较小，要求布置有较密的横肋，经济性较差。因此，在２０世纪６０年代后逐渐在车行道范围内改用闭口截面纵肋。闭口截面纵肋与开口截面纵肋相比，具有焊接工作量小，抗弯抗扭刚度大，压屈强度较高等优点。目前正交异性钢桥面板中应用最多的为梯形截面纵肋（。Ｕ型肋）典型的梯形截面纵肋如图２所示。截面尺寸的确定主要考虑生产工艺和刚度（抗扭和抗弯）两方面的因对于屈服强度σ 素。在生产工艺方面，４５ＭＰａ的ｓ ≤３钢材，Ｕ型肋通常采用冷弯成型。为避免冷弯塑性变
１概述第二次世界大战后，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 — —正交异性钢桥面板。它由面板、桥面结构形式 — 纵肋和横肋组成，三者互相垂直，通过焊缝连接成一极限承载力大、施工周期体共同工作。它以自重轻、
ＮＥＷＡＤＶＡＮＣＥＯＦＤＥＳＩＧＮＰＡＲＡＭＥＴＥＲＡＮＤＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤＥＴＡＩＬＳＯＦＯＲＴＨＯＴＲＯＰＩＣＤＥＣＫ
ＺｈａｏＸｉｎｘｉｎｉｕＸｉａｏｕａｎｈａｎＹｕｌｉｎＬｇｇＺｇｇ
１］，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
］４－９。１究［同济大学童乐为在博士论文中对９９５年，
１３］ＡＡＳＨＴＯ［（２００４年）
］车行道范围内：１４日本道路规范［；（Ａ类活载）Ｂ．０３７× ａ（ｔ．０３７５× ａ（ｄ ≥０ｄ ≥０２００２年）ｔ
），ＶＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１０（８ｏｌ．２５，Ｎｏ．１３６
）。２００８ＢＡＧ０７Ｂ０４＊国家科技支撑计划项目（第一作者：赵欣欣，男，博士研究生。１９８１年出生，：Ｅｍａｉｌｚｈａｏｘｉｎｘｉｎａｉｌｓ．ｃｏｍ．ｃｎ＠ｒ收稿日期：２０１０－０４－２８ａ－正在制造的板单元；ｂ－正在架梁的南京大胜关长江大桥图１南京大胜关长江大桥
赵欣欣，等：正交异性桥面板设计参数和构造细节的疲劳研究进展
正交异性桥面板设计参数和构造细节的疲劳研究进展＊
赵欣欣刘晓光张玉玲
（）中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京１０００８１摘要：正交异性桥面板的疲劳问题一直是桥梁建设中的关键和热点问题，各国学者在此领域取得了一系列研究正交异性桥面板的结构形式较当初已经发生很大变化，大量新的研究成果相继涌现。从正交异成果。时至今日，性桥面板的设计参数和构造细节入手，对近１０年来正交异性桥面板的疲劳研究进展进行综述分析。关键词：正交异性桥面板；疲劳；设计参数；构造细节