公铁两用桥公路钢横梁裂纹分析与加固.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除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结形式请见图一。二、 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、 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9m4=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。2、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。三、 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。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。3、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，使它离开下翼缘，符合规范80100mm的距离（原先只有40mm），并把加劲肋下端打磨成园弧形，请见图五。经过这样处理，使反复应力不是集中在一点上，而是形成一种次应力缓和区，使得腹板变形有一个柔性段。这样，就使上、下刚性集中作用点容易产生裂纹的矛盾被消除。经过以上处理后，对已产生的裂纹进行观察，如裂纹不再扩展，再对裂纹及止裂孔进行封闭加固处理。我们建议采用如下封闭加固方法：（1） 每处裂纹加工2个钢柱，钢柱的大小按止裂孔的尺寸，钢柱正好可以将止裂孔挤塞密贴。另外，其中一个钢柱钻一道注浆孔，请见图六。（2） 对裂纹周围的防腐漆清除干净，露出钢横梁本体，用松香水对裂纹周围及止裂孔进行清除干净。（3） 选用武汉大筑建筑科技有限公司的“粘钢胶”（请见铁道建筑技术2003-3期介绍）。先将有压浆孔的钢柱刷上粘钢胶，有压浆出口的一侧不刷粘钢胶，以免堵塞压浆孔；将钢柱安塞进止裂孔中，然后在裂纹表面、止裂孔与钢柱之间涂刷粘钢胶。（4） 选用合适的注射器和针头，将针头截短，配一个橡胶垫。待钢柱粘结达一定强度后，先用注射器在压浆孔内试风，检查另一侧止裂孔有否通风。然后，在注射器内吸入粘钢胶对裂纹进行压浆