新型正交异性钢桥面板关键部位疲劳性能研究.pdf

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1、20世界桥梁2015，43(5)新型正交异性钢桥面板关键部位疲劳性能研究卜一之。王一莹。，崔闻(1．西南交通大学，四川成都610031；2．中铁上海设计院集团有限公司桥隧处，上海200070)摘要：为给正交异性钢桥面板结构型式设计提供参考，以邓文中和KazuyukiMizuguchi给出的新型大纵肋型式为基础，对3种纵肋型式的正交异性板结构模型分别施加横纵向荷载，考察3处疲劳易损细节的应力幅值，以此为主要指标分析各关键易损部位的疲劳性能。研究结果表明：在纵肋一顶板焊缝附近，新型大纵肋结构产生的应力幅偏高，加人内置小隔板可以使此部位的疲劳性能得到改善；而在纵肋～横隔板相交

2、部位，新型大纵肋模型中各考察位置的应力幅值比传统纵肋模型中的要小。新型大纵肋结构可以明显减少焊缝数量，这对降低加工成本，控制疲劳病害是有益的。关键词：正交异性钢桥面板；纵肋；疲劳特性；横隔板；应力幅；疲劳性能中图分类号：U443．32；U441．4文献标志码：A文章编号：1671—7767(2015)05—0020—051引言亮等。以正交异性钢桥面板易损疲劳部位作为应力正交异性钢桥面板由顶板、纵肋、横隔板以两两考察点，将传统纵肋型式与邓文中提出的纵肋型式正交的方式焊接而成，具有自重轻、承载能力大、施进行对比。但上述文献只是对比考察了一种大纵肋工周期短等优点，被广泛应用于

3、大跨度桥梁中E1-4]。型式，且考察的疲劳易损部位有限，因此有必要对其然而，由于正交异性板构造、受力较复杂，焊缝数量进行更详细的分析。多，在车辆轮载的反复作用下极易出现疲劳病害，严本文结合港珠澳大桥正交异性板钢桥所用的重影响了正交异性板钢桥的正常使用寿命口]。300mm纵肋型式，对比分析邓文中和Kazuyuki基于正交异性钢桥面板的受力特点和疲劳破坏Mizuguchi提出的方案，考察各关注部位的名义应机理，近些年国外有学者提出新型大纵肋的结构型力幅，为正交异性钢桥面板结构型式研究提供参考。式。RomanWolchukr5建议将纵肋尺寸增大到450mm×370mm×8mm

4、，顶板厚度不低于18mm，横2工程概况隔板间距可以增大到8m，这样可以较大幅度地减港珠澳大桥是连接香港、珠海和澳门的大型跨少焊缝数量。邓文中L6]以此为基础，给出了相似的海通道，其中的非通航孔桥为连续梁桥，采用传统形建议：在传统纵肋型式的基础上，把桥面顶板加厚，式的正交异性钢桥面板。钢桥面板顶板厚18mm，把纵肋的横向跨度加大、高度加高，进而加大横隔板横隔板厚16mm，纵肋腹板厚8mm，横隔板间距为的间距，其结果是纵肋和横隔板的数目都有所减少。2．5m，纵肋横向跨度为300mm。日本的KazuyukiMizuguchi等_7较详细地描述了已应用于日本木曾川桥(Kisog

5、awaBridge)、揖斐川3传统纵肋型式正交异性板模型试验及有限元分析桥(IbigawaBridge)的新型正交异性钢桥面板，并进3．1疲劳试验模型行了相应的理论计算和疲劳试验。以往的研究表明]，正交异性钢桥面板在轮载近几年，国内有学者对新型大纵肋型式正交异作用下，其荷载效应是局部的，关键部位的应力影响性钢桥面板进行了有益的探索。陈华婷等I8]分别建线较短，因此可以适当控制足尺模型的规模，且可采立传统和新型纵肋型式的正交异性板有限元模型，用单轮加载来模拟车轮荷载。制作的试验模型长8对比分析纵肋一顶板连接焊缝处的疲劳应力，并讨m，宽2．38m，高1．40m，包含5块横隔

6、板和4个纵论了纵肋内置小隔板对此处疲劳细节的影响。陶永肋，纵肋横向跨度为300mm，中间横隔板问距为收稿日期：2015—03—16基金项目：国家科技支撑计划(2011BAG07B03)作者简介：h一之(1961一)，男，教授，1982年毕业于重庆交通大学道桥专业，工学学士，1985年毕业于西南交通大学桥梁专业，工学硕士，1998年毕业于西南交通大学桥梁专业，工学博士(E—mail：yizhibu@163．com)。新型正交异性钢桥面板关键部位疲劳性能研究h一之，王一莹，崔闯23跨度的增大，D1、D2、D3处的应力幅明显变大，模型尺寸的增大是有利的，且模型二更优。三的应力

7、幅最大。这表明对于纵肋一顶板焊缝的疲(3)在纵向各工况下，随着作用位置逐渐远离劳性能，新型大纵肋型式不占优势。主要原因是随横隔板，3种模型中D4、D5、D6的应力幅值均呈现着纵肋横向跨度的增大，顶板产生更大的竖向弯曲出先增大后减小的趋势，当荷载距离横隔板约L／5变形，且顶板和纵肋在相交部位出现较大的扭转变处应力幅出现最大值。而在同一工况下，新型大纵形，这种面外变形产生的次应力使此部位更易产生肋模型中各考察位置的应力幅值比传统纵肋模型中疲劳裂纹。的要小。(3)在纵向工况下，因横隔板跨度增加，大纵肋5．4改进措施模型中纵向影响线更长，荷载作用