公铁两用桥公路钢横梁裂纹分析与加固

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1、公铁两用桥公路钢横梁裂纹分析与加固摘要钢梁由于疲劳产生的裂纹经常发生,但是它的受力分析比较复杂。本文根据九江长江大桥公路钢横梁腹板产生裂纹进行受力变形分析，并对钢横梁腹板产生了裂纹如何处理进行了方案比选，可供钢结构研究分析人员参考之用。关键词钢横梁裂纹分析加固一、概况九江长江大桥是一座公铁两用桥，公路按汽—20级，挂—100设计，桥面宽14米，外加两侧各2米宽人行道。铁路按中—活载设计，双线P60无缝线路，正桥钢梁主桁中心宽12米。正桥全长1806米，上层是公路面，下层为铁路面。正桥钢梁共11孔，连续梁形式，每三孔为一联，最后二孔为一联。公路面行车道板与钢梁联

2、结形式请见图一。8一、裂纹产生原因分析该桥自1971年12月动工修建，由于国民经济建设进行调整，中途停顿一段时间。后来在三省二部一委共同出资情况下先修通公路桥面，93年公路通车，94年铁路通车。96年9月1日铁路正式投入运营。公铁两用桥投入正式运营初期未发现钢梁有裂纹。当时公路每昼夜通过车辆为2000辆左右，到了2004年每昼夜通过车辆已达到5000辆。2004年5月开始发现第8孔第12节的公路钢横梁的加劲肋下端的腹板出现裂纹。马上采取定人定时观察，并对其它横梁进行检查，相继发现有多处裂纹，因此，决定对全桥钢横梁进行清洗检查。至2004年12月共发现27处类似

3、裂纹,裂纹最长达80mm，平均60mm。并将检查情况向铁路、公路主管部门进行汇报。对所发现的裂纹进行了钻止裂孔处理。这些裂纹到底是什么原因产生的呢？我们曾多次在现场进行观察、分析，认为有以下原因引起裂纹的产生：1、8结构设计时对车辆通过伸缩缝时钢横梁受变形影响考虑不够。在公路面，当汽车车轮行驶到伸缩缝时，使得公路横梁反复侧扭，引起加劲肋下端的腹板作拉、压受力，从而使腹板产生疲劳出现裂纹。具体变形状况见图二。当公路行车道板上的汽车前轮行驶到纵梁的端头时，造成支座单边受力，至使横梁向左侧斜，由于加劲肋与横梁上翼缘形成刚性结构，横梁下翼缘附近也是刚性的，横梁加劲肋下

4、端成了应力集中点，右侧腹板表面受拉，左侧腹板表面受压，当车轮子越过伸缩缝压到右侧纵梁，支座又是单边受力，横梁向右侧斜，这时，右侧腹板表面受压，左侧腹板表面受拉。当汽车后轮通过时，结构也是同样变形。因此，加劲肋下端的腹板是长期承受反复应力作用而产生的疲劳开裂。公路行车道板下的钢纵梁是一根9m×4=36m连续梁，从目前观察，所有的裂纹都产生在纵梁的端头伸缩处，其他连续位置都未产生裂纹。说明设计时对纵梁端头直接搁置在横梁的支座上的设计是欠妥的。82、从裂纹所在的位置相对应的纵梁上翼缘的位置观察，填充的砂浆大部分压溃，公路行车道板与钢纵梁之间都有间隙，说明由于公路行车

5、道板与钢纵梁之间的空隙，至使汽车通过时产生更大的跳跃与冲击，造成钢横梁更大侧斜，加剧了腹板裂纹的产生。一、加固方案比选以上原因分析之后如何处理呢？我们认为可以从以下几个方面入手：第一、从公路面通过的荷载进行控制。由于近几年汽车超载现象比比皆是，大吨位的超载汽车加大对伸缩缝的冲击，如从这方面进行控制，可以减缓裂纹的产生。第二、对公路面伸缩缝结构进行改造，使通过的车辆对钢纵梁冲击减少。第三、对公路钢纵梁端头处理改变现有设计方式，使车辆通过时，将一端的荷载能传递到另一根纵梁端头，至使横梁变形缩小。第四、对公路钢横梁进行加固处理，使钢横梁继续使用。现就第四种对公路钢横

6、梁进行加固处理的方案进行专门论述。针对钢横梁加固曾有人提出过两种加固方案：1、钢横梁加劲胁下部进行切割、打磨、缩短长度，使应力集中点上移，离钢横梁腹板的中性轴更近一些，这样更趋柔性。另外，在裂纹部位的腹板两面各贴一块钢板，再用高强度螺栓拧紧加固，请见图三。8我认为这种加固，虽然将加劲肋应力集中点上移了，但由于加了两块钢板，使腹板下翼缘附近变得更加刚性，这样矛盾点更加集中在加劲肋下端与加强板的上端之间，应力更加集中，不但末改善受力状况，反而使受力更加不合理，矛盾更加集中突出。2、另一种加固方案是在加劲肋两边各贴一块钢板，用高强度螺栓紧固，加强钢板下端顶住钢横梁的

7、下翼缘，使加劲肋的力直接传递到下翼缘上，腹板不再承受反复拉压应力。请见图四。我们认为以上这种加固方案，虽然把腹板产生裂纹的矛盾解决了，但产生了新的问题，就是加强钢板把横梁支座上的力直接传到下翼缘，下翼缘可能产生变形、开裂，如下翼缘强度较强，则会对下翼缘的联接板产生反复应力，联接板可能产生问题。83、我们提出一种加固处理方案。首先，我们分析出裂纹产生的原因是由于横梁上方支座单边受力，使得横梁侧斜，而横梁上翼缘与加劲肋又形成刚性体，这样，加劲肋下方承受反复应力。又由于下翼缘附近刚性比较强，那么反复应力作用点就在加劲肋下端头。所以，我们如果把加劲肋下端切掉一段，使它

8、离开下翼缘，符合规范80—100mm的