在以往的正交异性桥面板的病害调查中,U肋和横隔板的焊接部分(切口)的裂缝占比将近40%,如下图中的②。
在欧洲规范3中解释了,U类和横隔板处疲劳问题产生的原因。
①加劲肋的扭转变形引起的剪切力、扭矩和应力导致在加劲肋和横梁腹板间的角焊缝处产生应力。
②由加劲肋偏转引起的加劲肋转动导致在腹板处产生弯曲应力。泊松效应导致加劲肋的横向变形被限制在横梁的腹板处。
③横梁腹板处的平面应力和应变,会导致在顶箱孔边缘处产生集中应力以及在加劲肋上产生变形。
我们先来看下欧洲规范,针对公路桥和铁路桥给出了不同的切口样式。
▲欧洲规范中,铁路桥的切口样式,我国的大胜关长江大桥采用了此孔型,
很多铁路桥都是采用这种切口
美国AASHTO规范中给出的样式,与欧规的公路切口相比,纵肋和切口边缘的净距要比欧规的小(20mm<欧规25mm),切口自由边的圆弧半径都要比欧规小(顶20mm<欧规25mm,25<欧规73mm)。我国的南京三桥采用该孔型。
规定开口的高度,在U肋高度的1/3h以上,这是为了缓和受轮载作用时,由于横隔板(横肋板)的焊接部分约束U肋的弯曲变形而产生的应力。
日本示方书的切口如下,与欧规相比,切口的高度要小(300-22575<欧规100和美国的100),纵肋和切口边缘的净距要比欧规的小(20mm<欧规25mm),我国的苏通长江大桥采用了此种孔型。下面这种孔型,在我国的虎门大桥和西堠门大桥上得到了应用。在港珠澳大桥项目中,科研人员对上述各种孔型进行了细致的分析,重点孔型对开孔自由边处的主拉应力、U肋与横隔板链接焊缝端部的主拉应力这两个指标的影响。可以看出,欧洲铁路规范的孔型,不论是自由边的主拉应力还是U肋与横隔板焊缝端部的应力都最小,是受力上最为合理的方案。其缺点在于,不宜控制和保证板件的加工质量。对比欧公路孔型、美国AASHTO孔型和日本的孔型发现,切口自由边的半径越大,开孔处的应力越小。推荐大家阅读港珠澳大桥技术丛书之一的《钢桥面板抗疲劳关键技术》,可以帮助加深对正交异性钢桥面板的理解。近年来我国建造了大量的正交异性钢桥面板,15版本的公路钢桥规范出台至今也已经过去了将近10年。U类下侧的切口细节设计对抗疲劳性能特别重要,但我国钢桥规范中并没有给出建议的U肋下侧切口的构造细节,很多设计院都是参照欧美日的标准进行设计。你们设计的钢桥都是采用哪个国家的切口样式,欢迎留言讨论。