大型公路钢箱梁正变异性桥面板工地接头的

摄大型公路钢箱棵梁正变异性桥弱面板

区工地接头的研赤究

少一、前言

闭大型公路钢箱气梁正交异性桥仅面板工地接头渗即箱梁节段之歌间的连接，过暗去均采用全焊爱或高强度螺栓论连接。各国实工桥运营经验表追明，这两种连震接方式各有不琴足。全焊连接前时挑，舰U榜形肋嵌补段对戏接焊和肋角角绵接焊均处于仰难焊位置施焊，稿而仰焊工作条氧件恶劣，施工允周期较长，仰谎焊焊接质量比关俯焊难以保证偿，经过一段时示间运营后在这障些焊接处容易避产生疲劳裂纹板。采用高强度贩螺栓连接时（徒桥面板、纵芬向担U硬形助），桥面醋铺装层因栓接苦接头而受到削陆弱，给销装工扫艺和质量控制枕带来很大难度帖，铺装层容易牢产生裂纹、剥艺离等病害，而峡且螺栓用量大悔，造价高。基秒于以上原因，撞最近出现了一誉种新的连接方钢式，即桥面板酒用焊接（陶瓷嗽衬垫单面焊双馅面成型工艺）汗，管U迁形肋采用高强舒度螺栓连接。存日本已将此方刮案作为首选方垄案纳入设计规鄙范。该方案克

利服了全焊连接丽和全部栓接的酸各自缺点，可赤以说这是目前钟最先进的连接件方式。南京长指江第二大桥南唯汊桥在我国首参次采用这种连豪接方式，因为饭是第一次采用慌，需通过模型膏试验和有限元聪分析来验证其蚊连接刚度、局孕部应力和疲劳艰性能。本文对那正变异性桥面执板工地接头构洁造细节的演变夏进行了综述，抽并对该接头的尘足尺试件进行滚了试验研究和娃有限元分析。

腿二、钢桥面板湿工地接头构造婚细节的演变

姥1裙.帽钢桥面板的构级造细节

爸对于大跨度悬罚索桥和斜拉桥团，钢箱梁自重锐约屡为以P和C棍箱梁自重阁的狼1/王5损～拳1/6.寇5户。正交异性钢生板结构桥面板迫的自重约为钢崖筋混凝土桥面进板或预制预应遍力混凝土桥面祖板自重宅的全1/估2萄～费1/玩3城。所以，受自寸重影响很大的赴大跨度桥梁，屈正交异性板铜辛箱梁是非常有搅利的结构形式娘。通常，在钢茄桥面板上铺装涨沥青混凝土铺猾装层，其主要卧作用是保护钢汤桥面板和有利初于车辆的走行联性。近代正交恭异性钢桥面板党的构造细节如阅图回所示，由染钢面板纵助和职横肋组成，且榆互相垂直。钢影面板厚度一般苹为溉12mm妇，纵肋通常衡为圾U换形肋或球扁钢置肋或板式助笼，此U薪形肋板厚一般吃为屯6mm昆或吐帖8mm扣，横梁间距一饮般架为伶3.胜4晚～朋4.5m赚，两横梁之间恐设一横肋。

据制造时，全桥苗分成若干节段宜在工厂组拼，弦吊装后在桥上福进行节段间的纯工地连接。通芳常所有纵向角割焊缝（纵向肋框和纵隔板等）谈贯通，横隔板格与纵向焊缝、图纵肋下翼缘相绞交处切割成弧聋形缺口与其避慌开。

哨2量．正交异性钢似桥面板的疲劳奴及其工地接头钳构造细节的改肥进

艇钢桥面板作为秧主梁的上翼缘窜，同时又直接绳承受车辆的轮桂载作用。如上哭所述，钢桥面争板是由面板、喂纵肋和横助三简种薄板件焊接泳而成，在焊缝属交叉处设弧形垂缺口，其构造餐细节很复杂。奏当车辆通过时惊，轮载在各部边件上产生的应丢力，以及在各渐部件交叉处产恐生的局部应力直和变形也非常司复杂，所以钢似桥面板的疲劳乱问题是设计考俱虑的重点之一乒。图自气196事6锋年英堆国出Sever愁n晚桥（悬索桥）针采用扁平钢箱本梁以来，钢桥投面板陆续出现酸许多疲劳裂纹赏，主要产生的伯部位有纵助与妇面板之间的肋友角焊缝、纵横框肋交叉的弧形晃缺口处族，德U界形肋钢衬垫板生对接焊缝处等旗（详见止图注2界），其中梁段状之间钢桥面板躁工地接头是抗驴疲劳最薄弱的站部位。

礼由于钢桥面板灯不可能更换，劣产生裂纹后修水补又比较困难执，打5辩0思年来．通过一其系列的试验研巷究和有限元分膜析，以及实践俗经验总结，对分钢桥面板构造呜细节的设计和举焊接不断进行尺了改进，使得急钢桥面呼板产生裂纹的耽概率大大减少面。这里仅介绍脖钢桥面板工地盘接头构造细节奋设计的演变，部如葱图府3棵所示，毒图后3口（跌a雀）为过去采用仁的纵向肋焊接枕对接和高强度序螺栓对接，准图竖3铸（疼b亭）为改进后的徒构造细节，即救面板对接采用是陶瓷衬垫单面奏焊双面成型工咱艺奋，拖U盘形肋采用高强煎度螺栓对接拼菠接。

揉改进后的构造宣细节既克服了牢工地接头纵匹向乐U治形肋嵌补段的宏仰焊对接，从库而改善了疲劳漏性能，又避免伐了面板栓接拼薪接对桥面铺装惧层的不利影响代。这种构造细富节顽在稳199慢9柿年建成的日本首来岛大桥、明毙石海峡大桥（嚼悬索桥）和多面多罗大桥（斜厉拉桥）中得到妥应用。

怠三、试件设计漂和制造

侮根据《美国公聋路桥梁设计规颂范》歉（安199侄4羽年版），用于闸计算正交异性静钢桥面板刚度牙和恒载引起的虑弯曲效应时，墓与纵肋共同作捉用的钢桥面板痛的有效宽度取扭纵肋间距。钢脑箱梁工地接头帜处桥面板采用宵单面焊双面成惩型焊接工艺，容面板内侧需贴与陶瓷衬垫，因稳此焊缝下面锋的咐U布形肋侧壁须开缘缺口以便衬垫供通过。缺口宽膀度过小不便于陆施工，宽度过勾大易导致附近爆局部应力增加挣。日本的钢箱练梁桥在此种构惜造细节设计中讯采用的缺口宽削度为们75mm目和菜120mm三。

犁两个足尺试件弦模拟南京长江蓄第二大桥南汊咱桥的设计图，恒取一可个堤U嚷形肋单元，跨始长础3750mm疾（实桥横隔板交间距），桥面外板辫宽培铁600mm众，偿厚弓锦14mm侦，榴猾U提形肋尺寸怨为页疑184mm卧*猾8mm涉*坑300mm干，圆弧缺口宽富度分为两种，酷试烟件萝Ⅰ洞为邀50mm业，试丘件凑Ⅱ淘为屡100mm亚。

循试件材质胞为荷16Mn鸣q丘，屈服强度瘦为老395MP纺a申，拉伸强度洪为酿540MP帜a边。试件的制造狗严格按照《南柳京长江第二大笑桥南汊桥钢箱件梁制造规则》俭的有关内容进添行，试件在工删厂制造完成后悠，经外观检查柏、超声波探伤掘和高强度螺栓验检查，全部合转格。

每四、试验概况

罗1扛.劲加载方案

运我国《公路桥悟梁设计通用规珠范》弊（俘JTJ021锅-8壶9蝇）规定汽创车铅-艰超铜2闻0叮级荷载养中矛550k寨N姻的重车后轴重义力撤为齿2*140k脉N蚕，后轮着地面拼积为蓄宽但*翁长搂=念600mm赵*抛200mm铺。本试验中加霜载点的接触面骑积参考该规范赤选定，考虑试茧件为单肋，故会将本试验的加孝载宽度折减为延400mm农，即介于单轮岁与双轮宽度之激间。试验中以蹄一块畅宽诞*献长浴*她厚鸽=码420mm董*贵200mm舟*宁12mm扔的钢板模拟桥降面铺装层，以议宽毫*夹长宽*魔厚脱=塞400mm当*膛300mm缓*捆50mm壮的橡胶块模拟忘车轮进行加载男，如要图做4巨所示，试验机决为凤MTS300诞k精N娘电液伺服试验亦机，加载频率籍为磁30拿0俗次沟／样mi并n浩。

赛2绩.释测点布置

异为研究缺口附砖近面板上的应龟力分布情况，敌在缺口附近面凭板上密集布置删测点，其中面歼板焊缝附近匠的貌1丹2应个测点贴双向贼应变片测量纵亦、根双向应力欢。除了缺口附胶近布置测点外耐，在试件跨中悲及与试件焊栓餐接头对称的位干置，也相应地店布置了测点，损如飘图靠5析所示。

女为了研究试件葛及缺口部位的铸竖向刚度，在婆试件的跨中、林焊栓接头部位库、对称于焊栓他接头的部位、脾以及试件两端耐都安装了位移专计，如幕图险4聚所示。

倘3龄.恰静载试验

材两个试件都作死静载试验。静悟载试验分两种概加载方案，一庙种是在焊栓接秤头处加载（如蜜图眯4鸽所示），另一绸种是在跨中加揪载。根据有限垒元计算，当试端件跨中作坡用信140k搏N术的荷载时，试灿件最大应力处嘱（跨挪中侨U健形肋下表面）膛的应力达到设根计容许应市力灌200MP啦a室，试验中考虑歉到较实际受力图情况更不利的递状态，将最大香静载加随到集175k宾N恰，为实际轴重涝力请的燃2.镜5把倍，使试件的刘最大计算应力牧达到钢材流动即极限碍的寻7释5伞％。加载等级珠分四级和五级暑。

酷4绞.民疲劳试验

爱选取试味件廉Ⅰ预进行疲劳试验纯，疲劳试验加前载位置为焊栓货接头处，荷载索范似围矮4白0劝～席90k寇N敢，循环次数顺为未20益0糟万次。根据有嫂限元计算，试去件跨中平加猛4Ok饺N凉荷载时，试件粮跨脆中侧究U啄形肋下表面的傍最大应力与桥相梁恒载作用下崇产生的最大应芝力相当，当胖加捆90k休N啊荷载时，其最诊大应力与桥梁涉恒载、活载共童同作用下产生斤的最大应力相层当，故选取以碧上疲劳试验加锦载范围。

鲜五、试验结果否分析

啊1令.晌竖向挠度

杠实测各测点在竞不同荷载等级傻下的竖向挠度盘如奸图辞6林所示。从毛图遗6逐可以得出以下梳结论：

丘（托1锤）各测点的挠糕度与作用荷载脉的大小基本上封呈线性关系。

耍（膨2两）实测值与计穷算值基本接近惑，表明实测值碌基本可信。

落（应3像）在跨中作用抹荷载时，有限督元计算结果显螺示，焊栓接头诉处的挠度比对呀称于焊栓接头盏的部位的挠度袖稍小，这是由滴于焊栓接头部愁位限U津形肋的两侧腹为板上通过高强收度螺栓连接各迫外夹了两块拼模接板，这相当膛于辣将候U嗽形助每侧局部师的腹板厚度增秤加了两倍，而腿且可以与面板秒上的焊接接头六共同工作，从制而增加了焊栓缺接头部位的刚妻度，尽管该部括位叠U充形肋下面开了牲一个施工进手够孔，但并不影节响试件局部的遵刚度。

塞（皇4毒）同样在焊栓苹接头处加载时扇，试柿件杆Ⅰ廊接头处和跨中裁部位的挠度比盼试绝件链Ⅱ布对应部位的挠拘度稍大，这与理高强度螺栓的奸拧紧程度有关遵。但是从有限昂元计算结果可胆以看出，两个非试件对应部位携的挠度完全一投致，这说明缺委口的大小对试刷件的刚度没有颂影响。

嘉2五.慈局部应力

剧试浪件漠Ⅱ鸟跨中下翼缘实蓬测应力和计算免应力如雪图顾7伙所示，两个试溜件膨在姓80k适N残（为公路桥梁民设计通用规范槐规定最大轮载胃的攀1.1疯4使倍）荷载作用丧下部分测点的耻实例应力如表慌回所示。从实周测结果可以得童出以下结论：

希（炎1巴）实例应力基勿本上随着荷载难的增加而呈线接性增加，而且其基本上与计算泡值相吻合。

绍（较2润）在外加荷载骗作用下，两个崇试件的大多数能对称测点的实断测应力基本对菊称。

低（队3素）当在焊栓接雅头处加载时，盒将两个试件的拿实例应力进行负比较，就会发古现副：丹①菌试敢件僵I次U鸦形助圆弧缺口塔附近面板上的朽横向应力比试章件叛Ⅱ刑大，但数值较稼小，在其他测窜点，两个试件施面板上的实测告横向应力基本幼上一致，在试缘件中心线与焊竟栓接头中心线眠的交点附近，烂两个试件面板恐上的横向应力网都较大，但也河不超过设计容锻许应力控；茶②唇试矿件裙Ⅱ颂焊栓接头附近辉面板上的纵向阁应力比试叉件遥I收大，在其他测察点，两个试件按的实测纵向应体力基本上一致众；设③米试陕件概I叮U读形肋圆弧缺口欣附近的应力比梨试烟件静Ⅱ皱大，但数值均齿较小。这表明衫圆弧缺口的大桶小对试件应力丘的影响仅限根于困U脑形肋圆弧缺口观附近，而抗且软U家形肋圆弧缺口槽宽度姨为眠5钱0棍～述100mm娃都是安全的。

肌（华4惨）当在跨中加好载时，在所有先的测点，两个补试件的应力都倘差不多，而且仰数值很小，与闸焊栓接头处对见称部位的纵向共应力和横向应嫁力也与焊栓接喂头处对应点的吩纵向应力和横灾向应力基本一底致。

芽3净.忍疲劳强度

昂在下限挡为乖40k闪N收、上限柿为拘90k钩N赌（分别为实际栗轴重力身的幼5悲7判％蚀和滤1.2她3尤倍）的疲劳试壶验荷载作用下傅，经土过拼20区0债万次后，试痒件闸I捧各部位的挠度陵与疲劳试验前因基本上没有差窑别，这说明疲师劳对试件的刚榆度几乎没有影悉响。通哲过躬2扑0节倍放大镜目测罗检查，没有发朝现裂纹，再次董经过分级静载劈试验，结果表译明，各测点的未应力大小及其军与荷载的线性已关系同疲劳前喜一样。可以认迷为，大型公路核钢箱梁正交异哄性桥面板结构废采用焊栓连接父后，其抗疲劳恢性能很好。

榜六、有限元分纳析

定1腰.锐计算模型

局计算采栗用迷4辅节点板单元，岗假定焊栓接头评处的拼接板惨与浸U革型助之间不产杜生滑动，即作脱为整体共同工崭作，不考虑桥添面铺装层的影伞响。

前我国《公路桥吹涵设计通用规殃范》帮（碌JTJ021衬-8扎9暂）规定的汽是车找-嚼超干2忘0抱级荷载重车的企后轴重力尽为燕2*140k氧N稿即每对车轮的埋重力潮为臂70k漆N糟。假设一对轮东载湖为咐70k插N凡的车轮作用在烦试佩件丈I限和试姨件淡Ⅱ暖的焊栓接头附民近，两个车轮疗之间的距离及扎触地面积如缘图爬8邻所示。本文分耽别计算了两种厘轮载位置，一著种是对称轮载拨，另一种是偏耳心轮载。每种永轮载从车轮边孤缘靠要近罩U闪型肋圆弧缺口笛开始，到车轮兆正好离开圆弧鸽缺口结束，分犹为多种工况。执轮载位置如壶图笨8触所示。

辞2探.诊计算结果分析

悼（赢l都）在两种轮载蚀作用下，圆弧淡缺口处的变形着分别如键图听9粪（跌a砌）和控图阀9资（熟b熊）所示。从图淘中可以看出，坑在冲U华型肋与面板的千连接处陕，免U隶型助产生向外睁的面外变形。

范（鸡2抛）面板下表面针焊栓接头线上凭的纵向应力如钻图乔1进0助所示。从图中昌可以看出，在含两种轮载作用抖下，试肢件番Ⅱ巨的纵向应力比商试誉件惜I携的大，但应力拆的数值都较小而，在对称轮载框作用下，试爸件描I雕和试欲件党Ⅱ技的纵向应力最研大值分别卷为外14.6M眯P圈a我和充20.5M孔P幸a芦，在偏心轮载忌作用下，试煎件航I律和试地件卵Ⅱ救的纵向应力最超大值分别先为搁25.6MP宏a膊和之30.9MP酬a没。除了在焊栓慈接头中心线痕与蚀U制型肋的交线附祖近有差别外，咬两个试件纵向桑应力分布的规追律大体一致。

棒（铜3牧）对称轮载和胶偏心轮载作用摩下两个试件面燥板下表面焊栓恨接头中心线上殊的主应力分布顶分别如袜图遭1秧1师和孝图碌1甩2惭所示。却图咸1券1饥和蹦图负1揭2够中的共同特点谈是，当轮载靠辅近和离开圆弧暑缺口时，最大斯主应力基本上金相同，当轮载鞭离开圆弧缺口团时，最小主应蔑力比靠近圆弧牛缺口时稍大；谦当两种轮载正侍好压在圆弧缺投口上面时，两夫个试件的最大蜡主应力达到极苍值，且数值基娇本上相同，在愚对称轮载作用闲下，试闪件棍I逐和试蝴件虑Ⅱ首的最大主应力没分别梁为洲47.3M胸P破a觉和舰42.2M由P速a消，在偏心轮载傻作用下，试折件乎I牵和试峰件趋Ⅱ辅的最大主应力约分别冬为傲71.6M京P受a便和维71.7M付P镰a资，但是在焊栓债接头中心线的私横向对应点上昌，试所件盈I遭的最小主应力像比试连件霞Ⅱ隆的小，例如，絮当动y达＝害150mm搭时，在对称轮唤载作用下，试迹件掀I拢和试误件怨Ⅱ滤的最小主应力固分别迈为餐-37.4M饶P饺a怪和逆-13.7M麻P证a畏，在偏心轮载崇作用下，试绢件间I缎和试安件爷Ⅱ盐的最小主应力派分别资为磨-28.8M待P扬a窜和庆-7.7MP积a取。智图摧1苍1忆和珠图匙1抹2滥中不同的是，宁在偏心轮载作误用下，两个试费件的最大主应芒力比在对称轮茧载作用下的大总，最小主应力抓比在对称轮载卸作用下的小。

帮（拜4输）两个试件在鸣两种轮载作用区下辱图招8姻中化的陆A季，客B解，子C雅三点的最大应驾力随轮载位置各变化而变化的目曲线如轻图秧1越3桥所示。从图中州可以得出以下蚁结论：

纪a岸．从余图场1陈3律（熊a矛）和虾图撤1朗3亿（凤b勿）可以看出，勒当轮载经过圆桨弧缺口时曲，箭A标点的主应力以鱼正为主，且对途两个试件主应颠力的影响趋势犯相同，两个试苦件的最大主应距力曲线几乎重写合。

佣b窗．从技图休1帽3软（习c顾）和疤图缝1忘3狼（亮d穷）可以看出，六轮载位置对两胶个试件的主应钟力的影响趋势萄正好相反，即少当轮载经过圆听弧缺口时，试回件低I妈的主应