对焊接钢桥结构细节疲劳裂纹成因及解决对策

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1、铁道建筑l8RailwayEngineering文章编号：1003—1995(2011)04—0018—04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(1．绍兴市曹娥江袍江大桥建设工程指挥部，浙江绍兴311800；2．西南交通大学，成都610031)摘要：各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。在对焊接钢桥疲劳破坏特点及主要影响因素进行分析总结的基础上，结合我国钢桥所面临的疲劳问题现状，对十类典型结构细节的疲劳破坏机理及特征进行了研究，总结出较大初始缺陷和小间隙处面外变形是导致实桥焊接细节发生疲劳破坏

2、的两类最主要因素。最后，提出了防范焊接钢桥疲劳破坏的对策。关键词：桥梁工程疲劳破坏分析研究典型细节破坏机理中图分类号：U441．4文献标识码：B随着运营车辆总重和交通量的不断增加，桥梁钢结构所面临的疲劳问题正变得日趋严重。特别是20世纪60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。根据美国土木工程学会疲劳与断裂分委会的调查结果，80％～90％的钢结构破坏均和疲劳有关，疲劳已成为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，一方面需要确保图1外层盖板端部疲劳裂纹大量

3、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出正确判断，并对存在疲劳问题的构件采取及时有效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的方案进行修复。为更好解决这些问题，就需要对焊的翼缘(连在翼缘侧边或搭在翼缘上面)或腹板上。接钢桥结构细节疲劳裂纹的产生机理及解决对策进行大量实例和试验研究表明，平纵联节点板连接焊缝端研究。部的疲劳强度相当低，基本接近于各国规范疲劳强度1焊接钢桥易疲劳破坏的典型细节分级的最低等级，稍有不甚此细节极易产生疲劳开裂破坏。美国已有多座钢桥发

4、现此类疲劳开裂破坏(见1．1工形钢梁盖板端部连接图2)，如美国的LafayetteStreet桥、Hoan桥等。对局部焊有外层盖板的工形钢梁而言，无论盖板端部有无横向焊缝，还是改变盖板端部的几何形状，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，在车辆荷载作用下该细节极易产生疲劳开裂破坏，且疲劳裂纹一般均萌生在盖板末端与翼缘的连接角焊缝焊趾处。20世纪70～80年代，世界上有多座钢板梁桥均出现了此类疲劳裂纹(图1)，比较典型的有美国的YellowMillPond桥，澳大利亚的King’s桥¨，以及我国的京包铁路上的关沙河桥等。

5、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(或横联)连接板端部连接收稿日期：2010—11—02；修回日期：2011一O1—1020世纪80年代前国内外的钢桥设计规范只允许作者简介：郭春华(1968一)，男，浙江嵊州人，高级工程师。2011年第4期焊接钢桥结构细节疲劳裂纹成因及解决对策l9横梁(或横联)连接板端部与受压翼缘焊接，并禁止其例，如我国京山线的北运河桥、京山线的饮马河桥、湘与主梁受拉翼缘焊接，目的是为了避免受拉翼缘产生桂线的浪江桥等。此类疲劳裂纹产生的原因，是由于疲劳裂纹。不幸的是，按此要求进行设计的许多钢板加

6、劲肋的刚度比腹板的面外弯曲刚度大得多，腹板的梁桥的横梁(或横联)连接板端部间隙区却发现了大面外弯曲变形集中发生在加劲肋焊缝端部与受拉翼缘量的疲劳裂纹’j，其原因多为在小间隙区产生的面之间的微小间隙处，即在该小间隙处就产生了小变形外变形而导致，图3为实桥中此类疲劳裂纹的照片。大应变。此类疲劳裂纹的产生位置有两处：一是腹板和翼缘间1．6纵横梁桥面系的梁端连接的角焊缝焊趾处，裂纹形状呈水平状；二是腹板和连接纵横梁桥面系中纵梁与横梁梁端连接处(图5)的板间角焊缝的端部，裂纹形状呈马蹄形。影响线底边长度较短，当每辆(列)车通过时可能会产生多次应力

7、循环，此外还要直接承受车辆荷载的冲击作用，许多实桥运营表明，该连接细节极易出现疲劳破坏图3连接板上端部平面外变形所产生的疲劳裂纹(a1纵横粱等高Co)纵横粱不等高1．4横梁与主梁弦杆(或系杆)间连接横梁与主梁弦杆(或系杆)间连接构造的功能是图5纵梁与横梁的连接将桥面系荷载传递给主梁，其最理想的受力状态是只传递剪力而不传递弯矩，因为梁端弯矩过大可能会引1．7横梁和悬臂托架间连接板起主梁弦杆(或系杆)的扭转，并导致构造设置困难。横梁和悬臂托架间连接板(鱼形板)也是较早发因此，仅在横梁腹板上设置一对连接角钢与主梁弦杆现的面外位移引起疲劳开裂的

8、一种典型细节。特别是(或系杆)相连是国内外的普遍做法。但事实表明，此在我国的铁路桥和欧美的一些公路叠合梁桥中，曾大种连接方法常会导致在两个位置处出现疲劳裂纹：一量出现过此类疲劳裂纹。原因主要是如图6所示的主