正交异性钢桥面板疲劳细节优化

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1、正交异性钢桥面板疲劳细节优化：作为早期公路钢桁梁桥破损桥面板更新的主要选择，正交异性钢桥面板已得到应用。为了适应近年来日益增长和加重的车辆轮载，需要对钢桥面板进行疲劳细节的优化。本文采用MonteCarlo方法模拟50年的疲劳荷载作用，借助三维有限元模型获得两种闭口肋的疲劳细节影响面，运用经典的雨流计数法研究其疲劳损伤度。结果表明相同尺寸下，U形截面常见疲劳细节的受力优于V形截面，疲劳寿命大于V形截面。　　关键词：栓焊桁梁桥；钢桥面板；疲劳细节优化；闭口肋　　Abstract:astheearlyhighagethemain

2、selectionpanelupdate,orthotropicsteelbridgepanelhasbeenapplied.Inordertomeettheincreasinginrecentyearsandaggravationofthevehicleization.Inthisarticle,themethodof50yearsofsimulationMonteCarlofatigueload,ensionalfiniteelementmodelfortethodtostudythefatiguedegree.Ther

3、esultsshoesize,UshapesectionofthedetailofthestressfatiguemonbetterthanVsection,fatiguelifethanVsection.　　Keyization;Silentrib　　　　　　：U448.36：A：　　　　引言　　正交异性钢桥面板结构复杂，存在大量焊接构造，制造施工要求较高，疲劳问题显著，在车轮荷载长期反复作用下，焊缝易开裂。本文根据正交异性钢桥面板中闭口纵肋常用的两种截面形式：U形截面、V形截面，选取四个横梁间距建立正交异性钢桥面板局部有

4、限元模型，计算单轮荷载作用下常见疲劳细节的影响面，用雨流法进行疲劳损伤度计算，对两种不同截面形式的闭口纵肋进行对比分析。　　　　由于历史局限性，我国早期公路栓焊桁梁桥的设计荷载等级普遍较低，其桥面系构造为钢纵横梁其上叠加预制砼桥面板，由于使用分布数量较少的刚性剪力键固定，纵横梁与混凝土板之间的叠合作用较弱。　　近十几年来，大部分栓焊钢桁梁桥所通行的车辆载重及流量均远超原设计水平，而且桥梁结构深受各种形式病害的侵扰，主要表现在桥面板破损导致的钢结构锈蚀、纵横梁不当连接导致的疲劳裂纹等。　　（1）桥面板的破损导致防水失效，雨水及

5、垃圾聚集形成恶劣的锈蚀环境，使得下承式桁梁的H型下弦、纵横梁、人行托架根部及下平联节点处遭受严重的锈蚀。图1给出了因桥面板破损渗漏水严重形成纵横梁恶劣的锈蚀环境。　　（2）栓焊桁梁桥的钢结构裂纹主要由疲劳产生，且疲劳裂纹多发生在桥面系纵横梁连接处的连接角钢和纵梁腹板切口处，原因有两方面：一方面，纵梁在横梁处断开，并采用柔性的角钢连接，纵梁间不设置鱼形板，假定此处仅传递竖向剪力。然而，纵梁栓接接头总是存在一些抵抗力矩，梁端转动使连接角钢发生了畸变。因此连接角钢较容易撕裂；另一方面，工字形截面的纵梁与横梁连接时，上端的翼缘被切除

6、以避让横梁翼缘，这样大大减小了纵梁的截面模量，这部分纵梁的抗弯能力被显著削弱，出现很大的应力幅，造成纵梁腹板切口处出现裂纹。　　栓焊钢桁梁桥的主桁、联结系和桥面系组成了近似箱形截面的空间受力分布特性，具备较强的承载潜力，其更新加固工程主要包括两方面：砼桥面板的更换与钢结构的除锈涂装维修。鉴于正交异性钢桥面板具有重量轻、强度高、安装迅速、可根除现有钢桁梁桥病害的细节构造等优势，在桁梁桥桥面板更新加固中成为强有力的推荐方案。　　本文介绍了正交异性钢桥面板在某桁梁桥桥面板更新加固中的应用与相关的问题。通过建立三维有限元模型，并结合

7、实桥试验，考察了钢桥面板与原纵横梁的协同工作状况。不同加载工况的对比分析表明更新的钢桥面板与原纵横梁叠合作用明显，增强了结构刚度，降低了纵横梁结构的应力，有效增强了既有桥梁的承载能力。　　钢桥面板疲劳分析流程　　正交异性钢桥面板的疲劳特性主要体现在，其疲劳细节分析流程如图1所示。　　　　　　疲劳细节及分级　　钢桥面板容易开裂的部位主要是焊接连接点，即钢桥面板各部件连接处的焊缝。当然也有因应力集中导致易开裂的部位，如横梁腹板的开孔处。结合国外文献中已经报道的疲劳裂纹位置，绘制了典型的闭口纵肋正交异性钢桥面板易于产生疲劳裂纹的关

8、键部位。本文选取计算的疲劳细节如表1所示。　　　　　　疲劳性能分析　　有限元模型　　局部有限元模型纵桥向取四个横梁间距，相邻横梁间距2米，横桥向共计15个纵肋，相邻纵肋间距0.6米，总宽度9.5米。纵肋、横梁采用shell63单元，桥面铺装采用solid64单元。将跨中横梁与最外侧两个横梁