图5 横肋开口与纵肋连接处疲劳裂纹
Eurocode3指出，此处产生疲劳裂纹主要是由于正交异性桥面板在轮载作用下，一方面纵肋产生变形和下挠，既在纵肋和横梁腹板的连接角焊缝处产生应力，又在横梁腹板处产生弯曲应力；另一方面横梁腹板可能在弧形开口边缘和纵肋变形处产生应力集中。基于以上认识，中国铁道科学研究院（以下简称“铁科院”）张玉玲课题组提出U肋与横隔板尺寸的合理匹配、恰当的弧形切口尺寸、良好的切口几何形状和表面状态是保证此处疲劳性能的关键要素。紧接着该课题组的陶晓燕基于有限元模型分析，对该构造进行了相关优化，得出该构造的合理形式，并建立了肋厚与横隔板弧形缺口尺寸之间的关系。意大利的Donato Abruzzese和Antonio Grimaldi研究表明，弧形缺口形状对开口边缘的应力分布产生重大影响，但是对横隔板、面板和纵肋的竖直和纵向位移影响较小。比利时的Corneel Delesie和Philippe Van Bogaert提出一种用于计算横隔板开口连接处应力的分析方法，为设计提供了重要参考依据。2008年Jun-Hyeok Chol和Dohwan Kim评估了纵肋与横梁接头处的应力特征和疲劳裂纹行为，分析了采用止裂孔修复裂纹的效果。并对纵肋和横梁接头处进行足尺试验，通过静力和疲劳试验观察该处的疲劳强度和裂纹的扩展。最后将测得的应力分布与有限元结果进行对比分析。试验结果表明，疲劳裂纹起源于纵肋与横梁连接接头的焊趾处和纵肋与面板连接处，并且建议采用止裂孔的方法阻止接头处的疲劳裂纹扩展。为避免该处疲劳裂纹的萌生，各国在试验研究的基础上规定了横肋腹板弧形缺口的构造细节。
铁科院方兴在博士论文中对比了日本道路规范规定的弧形缺口尺寸和欧洲规范规定的最小弧形缺口尺寸，如图6所示。可以看出，两规范给出的弧形缺口差别很小。由此可见，关于横肋弧形缺口设计尺寸问题，两国的认识基本相同。
图6 日本规范给出的弧形缺口细节及其与欧洲规范的对比
3.3 钢桥面板的现场横向拼接
由于工厂制造长度的限制，钢桥面板在架设现场需要进行横向拼接。欧洲和日本规范都明确推荐面板采用陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺焊接，纵向加劲肋采用高强度螺栓连接。Eurocode3进一步规定横向连接处应该设在纵肋的反弯点附近（位于离横梁0.2l处，l为纵肋的跨度）。与全焊接接头相比，该方案有效避免了U肋嵌补段处的疲劳裂纹；与全栓接相比，桥面铺装层可我国从南京长江二桥开始采用这一连接方式，铁科院曾志斌[9]等在南京长江二桥的相关研究中，通过试验发现，该接头的U形肋圆弧缺口不论是采用50mm还是100mm 都能满足使用要求。他建议在不影响工地施焊时粘贴陶瓷衬垫的情况下，U肋圆弧缺口最好取为50mm。铁科院史永吉[9]综合考虑多种因素，提出此处U肋圆弧缺口最好不大于70mm。虽然全焊接技术是钢桥的发展方向，但是在焊接质量不能很好保证的情
况下，钢桥面板的横向连接还是应采用栓焊混合接头，尽量避免使用嵌补段构造。
结论
1）面板厚度一般选取14～16mm，采用50mm厚的环氧沥青铺装层时，Eurocode3规定a/t≤25，结合我国国情，推荐采用a/t＝21.4。纵肋刚度与横肋间距要合理匹配，可适当增加横隔板厚度至12mm。
2）随着经济的发展和全寿命设计理念的应用，大断面纵肋的桥面板最终会替代传统的正交异性桥面板，我国应在参考其他国家研究成果的基础上进行试验，加深大断面纵肋正交异性桥面板构造细节方面的研究，尽快达到该领域发展的前沿水平。
3）纵肋与面板的连接焊缝应在确保75%熔透深度的基础上，增加面板厚度至16mm，以防止此处根部裂纹出现。
4）纵肋与横肋弧形缺口尺寸要综合考虑横隔板厚度、纵肋刚度等因素，并且弧形缺口制造工艺要求较高，在制造过程中要尽量避免人为缺陷（造成应力集中）。欧洲和日本在这方面已经取得比较成熟的成果，值得我国借鉴。
5）虽然全焊接技术是钢桥的发展方向，但在焊接质量不能很好保证的情况下，钢桥面板的横向连接还是应采用栓焊混合接头，U 肋圆弧缺口最好不大于70mm，尽量避免使用嵌补段构造。
参考文献
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