维普资讯 http://www.cqvip.com 二：建筑・规划・设计 ２ＤＤ７年第７ ７期■ 大型公路钢箱梁正交异性桥面板的 可行性试验分析 陈超 【广州公路管理局东郊分局，广东广州５１０６３０） 摘要：大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头即箱梁节段之间的连接，过去均采用全焊或高强度螺栓连接 各国实桥运营经验表明，这两种连 接方式各有不足。所以，随着施工技术的不断进步，钢桥面板工地接头构造细节也再演变， 介绍了大型公路钢箱粱正交异性桥面板工地接头构造细节的 演变，并通过两个足尺试件的静载和疲劳试验．以及有限元分析，证明正交异性桥面板工地接头采用焊栓连接具有足够的刚度、承载力和耐久性 关键词：钢箱梁；正交异性桥面板 工地接头；试验 ｌ钢桥而扳—Ｆ地接头构造细节的演变历程 ４．１３在跨中作用荷载时，有限元汁算结果显示 焊栓接头处的挠度比 １ １钢桥面板的构造细节 对于大跨度悬索桥和斜托桥，钢箱梁自重约 对称于焊栓接头的部位的挠度稍小，这是由于焊栓接头部位ｕ形肋的两侧 为ｌ ｃ箱粱自最的１／５～１／６．５。正交异性钢板结构桥面板的自垂约为钢筋混 腹板上通过高强度螺栓连接各外夹了两块拼接板，这相当于将ｕ形助每侧 凝土桥面板或预制莉监力混凝土桥面板白重的ｌ／２一ｌ／３。所以，受自最影响 局部的腹板厚度增加了两倍，而且町以与面板上的焊接接头共同工作，从 很大的大跨度桥梁， 交异性板铜箱粱是非常有利的结构形式 制造时，全 而增加了焊栓接头部位的刚度，尽管该部位ｕ形肋 面开了一个施 进手 桥分成若干 段在工厂组拼，吊装后在桥上进行ｉ７段间的ｒ地连接通常 ｉＬ，但并不影响试件局部的刚度。 所有纵向角焊缝（纵向肋和纵隔扳等）贯通，横隔板与纵向焊缝、纵肋 翼 ４．１＿４同样在，ＮｔｒＮ￣头处加载时，试件Ｉ接头处和跨中部位的挠度比试 缘相交处切割成弧形缺口与其避开。 件Ⅱ对应部位的挠度稍大，这与高强度螺栓的拧紧程度有关 但是从有限 ｌ２正交异性钢桥面板的疲劳及其工地接头构造细节的改进、钢桥面 元计算结果可以看出，两个试件对应部位的挠度完全一致，这Ｉ兑明缺口的 板作为主粱的上翼缘，同时又直接承受车辆的轮载作用。￣ｔｔｌＪ ｆ述，钢挢面 大／Ｊ，ｘ；Ｊ试件的刚度没有影响。 板是Ｅｈ面板、纵肋和横助三种薄板件焊接而成，在焊缝交义处没弧彤缺ｕ、 ４２局部应力 其构造细节很复杂。当－￣ｔｃＮ通过时，轮载在各部件上产生的腑 ，以及在各 ４２ｌ实剜应力基本上随着荷载的增加而呈线性增加、而且基本上与计 部件交叉处产生的局部应力和变形也非常复杂，所以钢桥面板的疲劳问题 算值相吻合。 是没 考虑的嚣点之一。 ４２２在外加荷载作用下，两个试件的大多数对称测点的实测应力基本 改进后的构造细节既克服了工地接头纵向Ｕ形肋嵌补段的仰焊对接， 对称。 从而改善了疲劳性能，又避免了而板栓接拼接对桥面铺装层的不利影响。 ４．２、３当在焊栓接头处加载时，将两个试件的实例应力进行比较，就会 ２试件没汁和制造 发现： 根姑《美国公路桥梁 ｝ｉｔ规范》，用于计算正交异性钢桥而板刚度和恒 ａ试件Ｉｕ形助圆弧缺口附近而板Ｌ白０瞄向ｆ越力比试件Ⅱ大，但数值较 载引起的弯曲效应时，与纵肋共同作用的钢桥面板的有放宽度取纵肋间 小，在其他测点，两个试件而板上的实测横向应力基本上一致，在试件中心 距。钢箱梁—Ｔ二地接头处桥面板采用单面焊双面成型焊接工艺．面板内侧需 线与焊栓接头中心线的交点附近，两个试件面扳上的横向臆力者ｌ；较大．但 贴陶瓷衬垫、因此焊缝下而的ｕ形肋侧壁须开缺口以便对垫通过 缺ＬＩ宽 也不超过设汁容许应力．Ｉ］．试件Ⅱ焊栓接头附近而扳上的纵向』膏 比试件ｌ 度过小不便于施工，宽度过大易导致附近局部应力增加。 大、在其他测点，两个试件的实测纵向应力基本Ｌ一致 试件川形肋圆弧 ３试验的简要概况分析 缺【ｊ附近的应力比试件Ⅱ大，但数值均较小。这表明 弧缺［１的大小对试 ３．１加载方案。我国《公路桥梁没汁通用规范》（Ｊ１’ＪＯ１１＿８９）觇定汽车一 件应力的影响仅限于ｕ形肋圆弧缺口附近，而目ｕ形肋圆弧缺口宽度为 超２Ｏ级荷载中５５０ｋＮ的重车后轴重力为２ｘｌ４０ｋＮ 后轮着地面积为宽× ５ｏ￣１ｏｏｍｍ都是安全的。 长＝６００ｍｍｘ２ＯＯｍｍ。本试验中加载点的接触面积参考该规范选定，考虑试 ５有限元分析 件为单肋，故将本试验的加载宽度折减为４００ｒａｍ，即介于单轮与双轮宽度 ５．１计算模型。计算采用４节点板单元，假定焊栓接头处的拼接板与ｕ 之间。试验中以一块宽×长ｘＪ￣４２０ｍｍｘ２００ｍｍｘｌ２ｒａｍ的钢板模拟桥面铺 型助之间不产生滑动，即作为整体共同工作，不考虑桥面铺装层的影响。 装层 以宽×｝乏×厚＝４ｏｏｍｍＸ３ｏｏｍｎ Ｏｍｍ的橡胶块模拟车轮进行加载，试 ５２计算结果分析 验机为Ｍ ’１ ’Ｓ３００ｋＮ电液伺服试验机，加载频率为３００ ｔ￣．Ｊｍｉｎ。 ５２１在两种轮载作用下，圆弧缺口处的变形。在ｕ型肋与面板的连接 ３２测点布置。为研究缺口附近面板Ｅ的应力分布情况，在缺口附近面 处，ｕ型助产生向外的面外变形。 板上密集市置测点，其中面板焊缝附近的１２个测点贴双向应变片测量纵、 ５２．２面板下表面焊栓接头线上的纵向膻力。在随种轮载作用Ｆ，试件 根双向应力。除了缺口附近布置测点外，在试件跨中及与试件焊栓接头对 Ⅱ的纵向应力比试件Ｉ的大，但应力的数值都较小．在对称轮载作用下，试 称的位置．也相应地布置了测点。 件Ｉ和试件Ⅱ的纵向应力最大值分别为１４．６ＭＰａ和２０．５ＭＰａ，在偏心轮载 ３－３静载试验。两个试件都作静载试验。静载试验分两种加载方案．一 作用Ｆ，试件Ｉ和试件１１的纵向应力最大值分别为２５．６ＭＰａ和３０．９ＭＰａ。除 种是在焊栓接头处加载，另一种是在跨中加载。根据有限元计算，当试件跨 了在焊栓接头中心线与ｕ型肋的交线附近有差别外，两个试件纵向应力分 中作用１４０ｋＮ的荷载时，试件最大应力处（跨中Ｕ形肋Ｆ表面）的应力达 布的规律大体一致。 到没汁容许应力２００ＭＰａ，试验中考虑到较实际受力情况更不利的状态，将 ５２３对称轮载和偏心轮载作用ＦＮｆｉ＇￣￣件面板下表面焊栓接头中心 最大静载加到１７５ｋＮ．为实际轴重力的２５倍，使试件的最大计算应力达到 线上的主应力分布。共同特点是，当轮载靠近和离开圆弧缺口时，最大主应 钢材流动极限的７５％。加载等级分四级和五级。 力基本上相同，当轮载离开圆弧缺口时，最小主应力比靠近圆弧缺口时稍 ３－４疲劳试验。选取试件Ｉ进行疲劳试验，疲劳试验加载位置为焊栓接 大；当两种轮载正好压在圆弧缺口上面时，两个试件的最大主应力达到极 头处，荷载范周４０－－９０ｋＮ，循环次数为２００万次。根据有限元计算，试件跨 值，且数值基本上相同。 中加４ＯｋＮ荷载时．试件跨中Ｕ形肋下表面的最大应力与桥梁 载作用一Ｆ 正交异性钢桥面板工地接头中面板采用全熔透对接焊、ｕ形肋在两侧 产生的最大应力丰ｆ１当，当加９０ｋＮ荷载时，其最大应力与桥梁恒载、活载共 肋板采用摩擦型高强度螺栓拼接后，通过两个足尺试件的静载和疲劳试验 同作用Ｆ产生的最大应力相当，故选取以上疲劳试验加载范围。 以及有限元分析，结果表明ｕ形肋圆弧缺口宽度分别为５０ｒａｍ和ｌＯＯｍｍ ４试验结果分析 的两种构造细节均有可靠的连接刚度，实测局部应力都小于设计容许应 １竖向挠度。实测各测点在不同荷载等级下的竖向挠度。可以得出以 力，疲劳强度也满足规范要求，因此，两种构造细节都有可靠的工作性能。 下结沦： 在满足施工要求的条件下，建议ｕ形肋圆弧缺口不要过大，实际结构上ｕ ４．１．１各测点的挠度与作用荷载的大小基本上呈线性关系。 形助圆弧缺口宽度为７０ｒａｍ。 ４．１．２实测值与计算值基本接近，表明实测值基本可信。
