我国钢桥面板疲劳裂纹及维修管理

我国钢桥面板板疲劳裂纹及及维修管理前言我国钢桥面板板应用历程我国钢桥面板板疲劳裂纹举举例钢桥面板设计计，制造，安安装和维修管管理中应反思思的问题目录前言言从上世纪90年代末至今，，我国在不到到20年的时期内建建成了上百座座钢桥面板大大跨度钢桥，，应用于悬索索桥、斜拉桥桥的扁平钢箱箱梁和钢桁梁梁，以及钢拱拱桥，连续钢钢箱梁桥等，，涉及公路桥桥、铁路桥、、公铁两用桥桥。这一建设设速度、数量量、规模是世世界上任何国国家、任何地地区在如此短短的时期内都都是无法相比比的。然而，我国钢钢桥面板疲劳劳裂纹也是非非常严重的，，呈现普遍性性、早发性、、多发性、再再现性等特点点。国外早期期（上世纪50年代~70年代）建设桥桥梁中出现了了裂纹类型，，我国出现了了，国外没有有的裂纹类型型，我国也出出现了。1.前言另外，国外钢钢桥面板应用用初期，曾产产生了大量的的裂纹，后经经持续不断的的研究——改改进——实桥桥检验，至上上世纪80年末，已基本本上走出了疲疲劳裂纹的阴阴影。我国钢钢桥面板的应应用约滞后国国外30~40年，理应吸取取国外的教训训和研究成果果，走一条更更便捷的路，，然而，我国国建设的许多多大型桥梁，，虽然也投入专项资资金进行了研研究和结构设计的的改变，却都重现了国外外早期桥梁的的状态，甚至至更严重。1.前言透过上述现象象（或许我看看得过于严重重些），值得得我们认真思思考以下问题题：（1）如何站在世世界巨人肩上上，踏下心来来认真研究先先进国家走过过的历程，避避开别人走过过的弯路和失失败的教训，，虚心吸取成成功的经验，，走一条自己己的健康发展展之路。（2）认清钢桥面面板（正交异异性板）的结结构特征、受受力行为（变变形、应变））、疲劳特点点（多数为面面外变形引发发的疲劳裂纹纹）等方面与与钢主梁/主桁的区别，，以及目前我我们在钢桥面面板的设计、、制造、架设设、维修管理理方面陷入的的误区。1.前言2.钢桥面板应用用历程2.1前期应用（1960年~1980年代）（1）1960年代建成的成成都——昆明明铁路（单线线），位于山山区，因工期期紧迫，全线线开工，部分分小跨度桥梁梁要求预架，，又受当时运运输条件制约约（现开公路路、汽车载重重量5t、8t），为此，建建设了若干孔孔32m的栓焊桁梁，，钢桥面板兼兼做道砟槽板板。这是我国首次次应用钢正交交异性板作为为铁路桥面板板，纵肋为板板式肋，进行行了正交异性性板计算理论论、全桥静力力试验、防腐腐蚀方案等方方面的研究，，至今仍在使使用，但钢桥桥面板腐蚀较较严重。（2）1970年代，先后建建成了32m铁路钢箱梁，，3×64m连续钢箱梁研研究。1976年建成了3×64m斜腿刚构单线线铁路桥，钢钢桥面板箱梁梁，板式肋，，道砟桥面，，至今仍在使使用。1980年代初，完成成了跨度144m钢桁梁正交异异性桥面板双双线铁路桥的的研究和设计计，因故未建建。（3）1980年代建成马房房北江公路桥桥，跨长64m的钢箱梁，钢钢桥面板纵肋肋为L型，现仍在运运营，但裂纹纹较严重。1987年建成了东营营黄河公路桥桥，钢箱梁斜斜拉桥，纵向向U肋，裂裂纹较较严重重。2.钢桥面面板应应用历历程2.2近期应应用（1990年以后后）1996年至今今建成成了许许多大大跨度度悬索索桥和和斜拉拉桥，，加劲劲梁大大部分分为扁扁平钢钢箱梁梁，少少部分分为钢钢桁梁梁。随随后钢钢桥面面板陆陆续用用于大大跨度度钢拱拱桥、、连续续钢箱箱梁桥桥、钢钢桁梁梁桥。。涉及及公路路桥、、公铁铁两用用桥、、铁路路桥。。纵向向肋皆皆为U型肋肋，，这这些些新新建建桥桥普普遍遍产产生生了了较较严严重重的的疲疲劳劳裂裂纹纹和和桥桥面面铺铺装装层层的的病病害害。后后建建桥桥梁梁虽虽有有不不同同的的努努力力和和改改变变，，但但疲疲劳劳裂裂纹纹并并没没有有收收敛敛的的趋趋势势。。对对于于已已产产生生裂裂纹纹的的桥桥梁梁，，也也进进行行了了加加固固，，由由于于加加固固设设计计和和施施工工不不当当，，又又产产生生了了新新的的裂裂纹纹。。3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.1某悬悬索索桥桥照片片1裂纹纹裂裂透透面面板板3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.1某悬悬索索桥桥照片片2U肋与与面面板板角角焊焊缝缝（（现现场场仰仰焊焊））裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.1某悬悬索索桥桥照片片3U肋与与面面板板角角焊焊缝缝裂裂纹纹（（裂裂透透面面板板，，漏漏水水））3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.1某悬悬索索桥桥照片片4U肋与与面面板板嵌嵌补补段段对接接焊缝缝裂裂纹纹（（挖挖补补后后产产生生新新裂裂纹纹））3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.1某悬悬索索桥桥照片片5横肋肋弧弧形形切切口口处处源源于于焊焊趾趾处处裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.1某悬悬索索桥桥照片片6横肋肋弧弧形形切切口口处处源源于于母材材焰切切缺缺欠欠处处裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.1某悬悬索索桥桥照片片7.1横肋肋与与面面板板角角焊焊缝缝（（仰仰焊焊））裂裂纹纹照片片7.2横肋肋与与纵向向U肋角焊焊缝缝（（立焊））裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.2某悬悬索索桥桥照片片8裂纹纹裂裂透透面面板板3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.2某悬悬索索桥桥照片片10U肋现现场场接接头头源源于于钢钢衬衬垫垫板板对对接接焊焊处处裂裂纹纹照片片9U肋现现场场接接头头源源于于U肋与与面面板板角角焊焊缝缝（（仰仰焊焊））处处裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.2XX桥（（悬悬索索桥桥，，1999年通通车车））照片片11U肋嵌嵌补补段段钢钢衬衬垫垫板板对对接接焊焊裂裂纹纹及及与与面面板板角角焊焊缝缝裂裂纹纹照片片12U肋嵌嵌补补段段钢钢衬衬垫垫板板对对接接焊焊裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.2某悬悬索索桥桥照片片13U肋嵌嵌补补段段外外观观及及钢钢衬衬垫垫板板对对接接焊焊裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.3某悬悬索索桥桥照片片14U肋嵌嵌补补段段钢钢衬衬垫垫板板对对接接焊焊裂裂纹纹照片片15U肋与与面面板板角角焊焊缝缝源源于于焊焊跟跟裂裂纹纹，，已已裂裂至至焊焊缝缝表表面面3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.3某悬悬索索桥桥照片片16U肋与与面面板板角角焊焊缝缝源源于于焊焊跟跟裂裂纹纹照片片17横肋肋与与面面板板角角焊焊缝缝（（仰仰焊焊））处处裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.3某悬悬索索桥桥照片片18纵隔隔板板中中断断处处沿沿焊焊缝缝端端部部处处裂裂纹纹（裂裂纹纹裂裂透透上上翼翼缘缘板板厚厚，，漏漏水水））照片片19纵隔隔板板中中断断处处沿沿焊焊缝缝端端部部处处裂裂纹纹（裂裂纹纹向向下下翼翼缘缘板板厚厚方方向向扩扩展展））3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.4某斜斜拉拉桥桥照片片20桁式式纵纵隔隔板板外外貌貌照片片21桁式式纵纵隔隔板板钢钢管管与与插插入入式式节节点点板板焊接接处处裂裂纹纹3.我国国钢钢桥桥面面板板疲疲劳劳裂裂纹纹举举例例3.4某斜斜拉拉桥桥照片22桁式纵纵隔板板与实实腹式式纵隔隔板连连接处处，实实腹纵纵隔板板与横隔隔板连连接一一侧，，焊缝缝处裂裂纹3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.4某斜拉拉桥照片23裂纹同同照片片223.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.4某斜拉拉桥照片24裂纹同同图21（另一一桥梁梁）3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.5某斜拉拉桥照片25面板纵纵向对对接焊焊缝过过焊孔孔处，，源于于横肋肋与面面板角角焊缝缝端部部焊趾趾处裂裂纹照片26桥面吊吊机与与面板板连接接处栓栓孔漏漏水3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.5某斜拉拉桥照片27横肋与与纵肋肋交叉叉部位位源于弧弧形切切口处处裂纹纹照片28横肋与与纵肋肋交叉叉部位位源于弧弧形切切口处处裂纹纹3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.6某悬索索桥照片29横肋与与纵肋肋交叉叉部位位源于于弧形形切口口处裂裂纹（（弧形形切口口形状状和尺尺寸设设置不不当））3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.7某悬索索桥照片30横肋与与竖向向加劲劲肋连连接焊焊缝处处裂纹纹（支支座位位置、、细节节设计计和焊焊接施施工不不当））3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.7某悬索索桥照片31竖肋与与横肋肋连接接焊缝缝处裂裂纹（（支座座位置置、细细节设设计和和焊接接施工工不当当）3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.7某悬索索桥照片32水平加加劲肋肋连接接焊缝缝处裂裂纹（（支座座位置置、细细节设设计和和焊接接施工工不当当）3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.7某悬索索桥照片33加劲肋肋连接接焊缝缝处裂裂纹（（支座座位置置、细细节设设计和和焊接接施工工不当当）3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.8某斜拉拉桥照片34桥面板板U肋与横横隔板板焊缝缝连接接弧形切口处裂裂纹（弧弧形切切口形形状、、尺寸寸设计计不当当）3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.8某斜拉拉桥照片35桥面板板U肋与横横隔板板角焊焊缝弧形切切口处处裂纹纹（焊焊接施施工严严重不不良））3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.8某斜拉拉桥照片36桥面板板U肋与横横隔板板弧形切切口处处裂纹纹（弧弧形切切口细细节设设计、、加工工和焊焊接不不良））3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.9某斜拉拉桥照片37桥面板U肋与横横隔板板角焊缝缝连接接弧形形切口口处裂裂纹（（构造造细节节设计计不当当）3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.9某斜拉拉桥照片38桁架纵纵梁斜斜撑与与水平杆杆之间的的角焊焊缝处裂纹纹（构构造细细节设设计不不当））3.我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹举举例3.9某斜拉拉桥照片39底板U肋与横横隔板板连接焊缝弧形切切口处处裂纹纹（构构造细细节设设计不不当，，加工工焊接接不良良）目前我我国钢钢桥面面板疲疲劳裂裂纹的的普遍遍性、、严重重性，，后续续新建建桥梁梁疲劳劳裂纹纹发生生率仍仍未看看到收收敛趋趋势，，迫使使我们们面对对以下下二项项课题题：新建桥桥梁如如何设设计和和制造造，避避免产产生疲疲劳裂裂纹。。已发生生疲劳劳裂纹纹的运运营桥桥梁如如何维维修加加固，，恢复复其健健全度度。在谋求求解决决这二二大课课题之之前，，首先先应认认识钢钢桥面面板（（正交交异性性板））与钢钢主梁梁在结结构特特征、、受力力行为为、疲疲劳裂裂纹的的特点点等方方面的区别；；并借鉴先先进国国家的的研究究———改进进———实桥桥应用用检验验的经经验。。然后后认真真研究究我国国钢桥桥面板板在设设计、、制造造、维维修管管理存存在的的问题题，走我国国自己己的钢钢桥面面板钢钢桥建建设之之路。。4.钢桥面面板设设计、、制造造、安安装和和维修修管理理中应应反思思的问问题（1）单纯纯增加加面板板厚度度12mm→14mm→16mm→18mm→20mm（2）单纯纯增加加纵向向U肋抗弯弯刚度度300x8x280(mm)300x8x300(mm)300x(8~10)x280(mm)增设小小纵梁梁（3）单纯纯减小小横肋肋/横隔板板间距距4m→3.75mm→3.0mm→2.5m取消主主梁腹腹板，，采用用实腹腹板横横梁（4）面板板厚度度、U肋刚度度、横横肋间间距三三者匹匹配设设计不不当。。（5）面板板、U肋、横横肋三三者之之间连连接的的构造造细节节设计计不当当。4.钢桥面面板设设计、、制造造、安安装和和维修修管理理中应应反思思的问问题4.1钢桥面面板设设计问问题（6）不当当的横横肋/横隔板板上的的弧形形切口口形状状和尺尺寸，，面板板处过过大的的过焊焊孔尺尺寸。。（7）任意意改变变钢桥桥面板板传力力途径径的典典型事事例某双层层承载载的钢钢桁梁梁单面面索斜斜拉桥桥，斜斜拉索索吊在在上层层钢桥桥面板板中央央的纵纵梁上上。某5塔斜拉拉桥，，6跨连续续钢箱箱梁，，在中中跨跨跨中最最大正正弯矩矩区设设置纵纵向伸伸缩装装置，，伸缩缩小纵纵梁由由钢桥桥面板板承力力。某索支支撑桥桥钢箱箱梁，，梁端端塔区区设纵纵隔板板，其其余区区域不不设，，造成成传力力中断断，面面板裂裂纹。。一些索索支承承桥钢钢箱梁梁，无无主梁梁腹板板，仅仅有横横隔板板，即即非索索支承承处也也都是是实腹腹板横横隔板板。4.钢桥面面板设设计、、制造造、安安装和和维修修管理理中应应反思思的问问题（8）避免免钢箱箱梁制制造单单元、、架设设单元元的不不合理理分割割即应避避免组组装钢钢箱梁梁时产产生连连接偏偏心而而引起起次弯弯矩；；应避避免仰仰焊；；应避避免箱箱梁节节段现现场接接头设设置在在最大大正弯弯矩区区或最最大负负弯矩矩区。。将横隔隔板分分解成成上、、下横横肋和和腹板板，上上、下下横肋肋划分分给上上、下下板单单元件件，从从而避避免了了仰焊焊。4.钢桥面面板设设计、、制造造、安安装和和维修修管理理中应应反思思的问问题（1）钢桥桥面板板疲劳劳设计计方法法与主主梁的的区别别基于钢钢桥面面板的的结构构特征征、受受力行行为、、疲劳劳裂纹纹特点点与主主梁/主桁的不同同，应采用用不同的疲疲劳设计方方法：钢主梁/主桁是主应应力引起的的疲劳，应应以采用构构造细节疲疲劳应力（（断面名义义应力）等等级设计法法为主，构构造细节疲疲劳抗力设设计法为补补充。钢桥面板是是面外变形形在焊接连连接约束处处产生的次次弯曲应力力集中而引引发的裂纹纹，应采用用构造细节节抗疲劳设设计法，并并选用疲劳劳抗力较高高的构造细细节，不能能硬套构件件名义应力力的疲劳检检算方法。。（2）避免用强强度概念来来代替疲劳劳设计。4.钢桥面板设设计、制造造、安装和和维修管理理中应反思思的问题4.2关于钢桥面面板的疲劳劳设计4.钢桥面板设设计、制造造、安装和和维修管理理中应反思思的问题4.3关于钢桥面面板制造钢桥面板的的制造质量量（几何精精度和焊接接质量）与与疲劳抗力力密切相关关。钢桥面面板的制造造质量又必必须与钢箱箱梁制造结结合一起考考虑。（1）钢箱梁制制造质量应应实施生产产全过程控控制，包括括正确的施施工方案，从下料、组组装和定位位焊、焊接接施工、焊焊接变形控控制、检验验等几何尺寸精精度的全过过程控制，，使各钢梁节节段端口几几何精度（（包括各纵向U肋对接）控控制在统一一的容许误误差范围内内，避免连连接偏心产产生次弯矩矩。（2）提高焊工工的技能水水平，确保保组装定位位焊