14叶华文——钢桥疲劳开裂问题分析与对策研究

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1、钢桥疲劳开裂问题及对策分析叶华文西南交通大学土木工程学院桥梁系Email:hbha2000@163.com大纲Ø钢桥疲劳断裂事故Ø钢桥疲劳断裂原因分析Ø疲劳断裂对策分析Ø典型钢桥疲劳加固分析Ø结语与展望近年来西南交大桥梁系钢桥疲劳研究工作研究内容工程背景重庆菜园坝大桥和横梁与整体节点连接朝天门大桥、坝陵河大桥南京长江二桥和三桥、湛江海湾大桥、索梁锚固安庆铁路长江大桥、广东东沙大桥重庆东水门大桥，正交异形钢桥面板千厮门大桥钢管桁架节点焊接工艺刘家峡大桥、忠县长江及疲劳性能大桥铁路钢管混凝土结构典北盘江大桥型焊接节点拉索腐蚀疲劳研究宜宾小南门桥桥梁全

2、寿命周期生生设计和施工老老工作性能退化病病不能满足设计要求（加固维修）死死破坏钢桥疲劳开裂现状随着经济飞速发展，运营车辆总重和交通量的不断增加，桥梁钢结构所面临的疲劳问题正变的日趋严重。特别是上严重。特别是上世纪世纪6060年代以来，许多钢桥都出现了各种形式的疲劳裂纹，因疲劳断裂而酿成的灾难性事故也时有发生。根据美国土木工程学会疲劳与断裂分委会的调查结果，8080～～9090％的钢结构破坏均和疲劳有关，疲劳已成为桥梁钢结构失效的主要形式之一。疲劳破坏主要表现为：vv拉索腐蚀疲劳vv钢板梁腹板开裂vv纵横梁体系开裂vv其他开裂宜宾小南门桥主跨240

3、米中承式拱桥，1990年年1111月建成通车，2001年年1111月因吊杆严重锈蚀断裂，造成部分桥面跨塌。攀枝花金沙江大桥2012年年12月月14日日，，通车通车17年的金沙江大桥上上、、下游下游77号吊杆下端传力锚具系统失效，，横梁脱落坠江；横梁脱落坠江；77号吊杆上锚头的锚杯罩变形罩变形，，且锚头座砼开裂有破损现象且锚头座砼开裂有破损现象。。拱桥吊杆事故广州海印大桥1988年年底建成，1995年年55月月2525日发生了99号索腐蚀断裂事故。为了防止事故的进一步发生，被迫进行全桥换索工程，耗资资2000万元，工期半年。斜拉索腐蚀实例纵横梁体系

4、开裂实例1：广州虎门大桥----钢箱梁正交异性桥面板疲劳开裂主跨888m，国内第一座现代悬索桥，2004年2月发现纵横焊缝交叉处疲劳裂纹约40cm，服役6.5年。2：京沪铁路泺口黄河大桥—-纵横梁连接疲劳开裂主跨164.7m铁路桁梁，已服役90余年，2000年对桥面系纵横梁作剩余寿命评估认定承载寿命不足后，全部更换为新桥面系。2004年元月发现纵横梁连接角钢疲劳裂纹已达500mm为梁高的5/8，服役仅3年。纵横梁体系开裂实例纵横梁体系开裂实例纵横梁体系开裂实例老旧桥梁的“治疗”望望现场观察闻闻桥梁工作有无异响问问询问设计施工和运营情况切切测试治治

5、采取加固措施回回监测钢桥疲劳开裂原因分析结构疲劳损伤：Ø缺陷（焊接缺陷和加工缺陷）Ø腐蚀（应力腐蚀和其他腐蚀）Ø残余应力（焊接和冷加工）Ø初始变形（加工、运输和安装）钢桥疲劳开裂原因分析车辆超载Ø载重量大大超过设计值Ø车流量几何级数增加（经济发展）钢桥疲劳开裂对策分析控制结构疲劳损伤：Ø控制初始缺陷（缺陷）Ø做好防腐工作（腐蚀）Ø栓接钢板（残余应力）Ø提高强度和刚度（初始变形）钢桥疲劳开裂对策分析限制车辆超载Ø限制过桥车重量Ø分车道行驶典型钢桥疲劳加固分析1.连续焊接钢板梁桥腹板加固建于1972年的美国联邦公路I-895桥是横向由7根焊接钢板梁组

6、成的四跨钢桥，2003年3月发现两个主梁腹板开裂：一个在横联连接板处；另一个在横联附近加劲肋处。1.连续焊接钢板梁桥腹板加固1.连续焊接钢板梁桥腹板加固主梁腹板裂纹顶端主梁腹板裂纹1.连续焊接钢板梁桥腹板加固主梁腹板裂纹顶端主梁腹板裂纹底端横联构件的横向力、腹板不平整和横向加劲肋焊接过程都会在无加劲的腹板间隙区产生很高的局部应力。1.连续焊接钢板梁桥腹板加固开裂原因：横联构件的横向力、腹板不平整和横向加劲肋焊接过程都会在无加劲的腹板间隙区产生很高的局部应力。1.连续焊接钢板梁桥腹板加固分析采取加固措施：增大腹板间隙区高度，栓接钢板加固腹板。2.正

7、交异性钢桥面加固分析采取加固措施：控制初始裂纹，减小局部荷载2.正交异性钢桥面加固分析2.正交异性钢桥面加固分析2.正交异性钢桥面加固分析2.正交异性钢桥面加固分析2.正交异性钢桥面加固分析加固关键点：新旧连接构造的有效性和耐久性，不增加自重。2.正交异性钢桥面加固分析英国Severn桥加固3.拉索防腐研究1）直径5mm高强钢丝腐蚀疲劳研究研究表明，越深越尖锐的腐蚀坑，疲劳强度越低。3.拉索防腐研究直径5mm平行钢丝防腐方法序号防护方法A-1没有防护A-2在表层钢丝涂以80μm环氧树脂漆A-3在表层钢丝涂上50μm富锌漆A-4用含抑制剂的油涂在表

8、层钢丝并填充缆索内部A-5涂环氧树脂漆在表层钢丝并填充缆索内部A-6表层钢丝涂1mm厚锌膏A-7缆索内部除湿到相对湿度45%3.拉索防腐