正交异性桥面板 - 图文(3)

2019-08-01 23:08

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全。

裂缝产生的机理:槽形肋的腹板(web of the trough)支撑着桥面板,桥面板实际上就是一个多支撑的梁,一般支撑间距300mm,在局部车轮作用下引起车轮位置肋间桥面板变形,临近桥面板反方向变形,这些变形使得U肋的腹板发生弯曲。

由于纵肋截面的刚度有限,因此纵肋是弹性支撑而不是刚性支撑桥面板,支撑的弹簧刚度取决于横梁的间距,这一弹性特性导致轮载下桥面产生较大的变形,腹板的弯曲使得桥面与纵肋间的焊缝产生应力,这一应力是桥面板产生裂纹的根源。

焊缝的裂纹除了受铺装层的影响外,最主要的因素受桥面与纵肋间焊缝形式的影响,裂缝的起源在纵肋腹板内侧与桥面板间的间隙(Kolstein,1996),另外全熔透焊缝要比单面角焊缝的疲劳性能要好。 2) 纵肋拼接接点的疲劳裂缝

图4.1-11为纵肋拼接接点的疲劳裂缝,这类裂缝通常发生在桥面下纵肋的的横向拼接焊缝中,或衬垫的焊缝位置。裂缝一般起源于焊根,不会对桥面板的安全构成直接威胁,这类裂缝在正交异性钢桥面板中比较常见,多为焊接质量不好引起的。

衬垫裂缝肋壁裂缝

图4.1-11 纵肋的对接焊接裂缝

裂缝产生的机理:此类裂缝产生的原因主要是车轮荷载下,拼接处焊缝由于纵肋的弯曲产生较大的应力,加衬垫焊接时,不完全焊透易引起裂缝初始缺陷,使得焊缝处应力集中程度严重,裂源便产生在这些应力集中的地方。裂缝增长的速度主要依赖于纵肋对接焊缝的质量。

图4.1-12为纵肋拼接连接的可见裂缝,在裂缝的初始阶段,肉眼是很难看见的,图中白线标示的一面为重车道车轮荷载正下方。

图4.1-12 纵肋的拼接连接的可见裂缝

3) 肋与横梁连接处的疲劳裂缝

肋与横梁连接处有几种不同的连接形式,早期纵肋不通过横梁,或连续通过横梁,二者均为与横梁连接一起,横梁没有切孔(cut-off),这是疲劳裂缝发生在U肋拐角处的焊接连接处,如图4.1-13(a)。目前常用的连接形式为纵肋连续通过横梁,在横梁上开通过孔(cope holes),减少应力集中,但是疲劳裂缝多出现在横梁切孔的边缘,和纵肋与横梁焊接连接处,如图4.1-13(b)。

(a)U肋连续通过横梁并与横梁全焊

(b)U肋连续通过横梁,横梁上有切孔 图4.1-13 纵肋与横梁连接疲劳裂缝

裂缝产生的机理:在早期带有闭合加劲肋设计的桥面板中,肋与横梁是采用角焊缝对接焊接,裂缝常常出现在焊缝处,后来研究表明,角焊缝的疲劳强度低,在车轮

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荷载作用下,易发生疲劳裂缝。为增加连接的疲劳强度,采用了全熔透焊缝,但是由于横梁的刚度较大,纵肋弯曲时焊缝易成为疲劳裂缝的裂源。

后来为了提高连接的强度,采用纵肋连续通过横梁的焊接连接方式,在横梁上开与纵肋密贴的切孔,采用围焊的形式。虽然这种连接形式的抗弯疲劳强度有所提高,但是在实际工程中不常用,因为要求纵肋的外形和横梁开口的加工精度较高。特别应该注意的是加劲肋的扭转效应,刚性较大的横梁可以引起较大应力集中。试验测试表明,V形肋U肋更适合这种连接方式。

从左向右依次为:密贴型,椭圆切孔,圆形切孔(Haibach 切孔 1983)

图4.1-14 纵肋通过横梁的三种连接方式

更为合适的解决方式,在横梁上纵肋正下方开切孔(cope hole),切孔的形状一般为椭圆的或梯形的,见图4.1-14,1983年Haibach和Plasil的对切孔的研究结果表明,U肋下方采用大直径,和U肋连接处采用两个小直径圆的切孔形状是合理的。 4) 纵肋与桥面板和横梁交叉连接处的疲劳裂缝

当纵肋连续的通过横梁时,纵肋腹板、横梁腹板和桥面板相交处的连接是难点,在纵肋的内部桥面板是没有支撑的,在车轮荷载作用下,连接节点处沿桥横向会产生较大的应力集中,这一典型节点的疲劳特性以前没有引起重视。荷兰在维修Caland 桥时进行了足尺寸疲劳测试,试验的结果表明,桥面板在横梁和纵肋交点处的应力?yII比横梁间跨中的应力?yI要大两倍多。见图4.1-15。

a-试验加载

b-测试应力比较

图4.1-15 桥面板顶部的应力测试

为防止纵肋内的桥面板发生变形,在焊接前,将一块板放在U肋内,目前国内外的一些桥梁中采用了这一施工方式,称为“K板”。采用这一板的主要目的是防止此处的桥面板由于弯曲开裂。

图4.1-16 U肋内的衬板

世界各地均发现了此类连接处的桥面裂缝,图4.1-17为荷兰的Van Brienenoord 桥桥面裂缝示意和实际裂缝照片。裂缝起源于该连接处焊缝焊根,裂缝击穿桥面板沿纵肋方向扩展,因为裂缝起源于U肋内部,桥面板下方,常规的肉眼检查中是不能检查到的。产生裂纹后,会使肋上的桥面板挠度增大,必需及时在桥面开V型坡口后进行对接焊修补。

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图4.1-17 实际桥面板裂缝(照片为荷兰的Van Brienenoord 桥)

5) 横梁或纵梁腹板与桥面板连接疲劳裂缝

除了纵肋与桥面板连接外,桥面板还有其他两种连接形式,一种是桥面板和横梁的焊接连接,一个是桥面板和纵梁的焊接连接,见图4.1-18。横梁一般与桥面板采用双面角焊缝相连,纵梁与桥面板连接多见于箱梁结构中,一般也采用双面角焊缝与桥面板相连,几何形式上与横梁连接相似,但是在车轮荷载下的应力影响线有很大差别。

图4.1-18 横梁或纵梁腹板与桥面板连接

横梁和桥面板连接处的应力:1990年Cuninghame对横梁和桥面板连接进行了劲力试验,得出了连接附近桥面板和横梁腹板的应力影响线,见图4.1-19。


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