制作工艺对正交异性钢桥面板焊缝接头抗疲劳性能的影响

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1、34世界桥梁2011年第6期制作工艺对正交异性钢桥面板焊缝接头抗疲劳性能的影响编译尹红。严正贤(1．中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034；2．武汉桥梁建筑工程监理有限公司，湖北武汉430034)摘要：美国正交异性钢桥面板常规的制作方法是u肋和桥面板之间采用8O的部分熔透坡口焊，这种制作方法很难避免u肋薄板过熔的现象；同时，在桥面板制作过程中往往采用焊后加热矫正(有时焊前反变形)的办法来满足桥面板的平面要求。为了研究焊缝过熔现象和焊接变形控制措施对U肋与桥面板间焊缝接头的抗疲劳性能的影响，对6件2跨正交异性桥面板进行了足尺模型试验，制作

2、的试件焊缝部分过熔，部分没有过熔，并且进行了焊后加热矫正处理，3件进行了焊前反变形。为了模拟车辆荷载作用的效果，对每件试件进行800万次循环加载试验。试验结果表明：6条裂纹是从U肋外侧的焊趾处开始扩展；只有1条裂纹是从U肋内侧焊根开始扩展，且是在8O的部分熔透和100熔透的过渡部位，但没有裂纹穿透板厚；2件采取反变形措施的试件在部分熔透焊缝处没有出现裂纹，说明反变形措施对焊缝接头的抗疲劳性能有利。关键词：钢桥面板；模型试验；焊接；疲劳；裂纹中图分类号：U443．32；U445．583文献标志码：A文章编号：1671—7767(2O11)06—003

3、4—041前言熔透率(75或更少)对U肋与桥面板间部分熔透正交异性钢桥面板体系具有重量小、便于施工、焊缝接头性能影响的研究，结果表明，增加熔透率能承载能力大等优点，被广泛应用于大、中跨度桥梁结使焊缝根部应力减少，从而提高抗疲劳性能。构中。减少结构恒载对于大跨度桥梁来说尤为重美国桥梁设计规范(AASHTOLRFD2004)要要，因此采用正交异性钢桥面板的桥梁实现了一些求在U肋与桥面板之间的坡口焊中采用80的熔新的跨度纪录。但是，尽管正交异性钢桥面板具有透率(我国也采用8O熔透)。但在工程实践中，U重量小等优良的结构特性，也出现过因循环应力高肋的熔透量

4、很难控制，实际焊缝尺寸随许多参数的和焊接不合理共同作用引起的疲劳问题，如出现疲变化而改变，包括u肋的板厚、焊接工艺、装配公劳裂纹，其发生部位主要是横隔板在U肋的工艺孔差、坡口尺寸等；并且因为U肋板材较薄(一般为8处(有些包含过焊孑L)及U肋与桥面板之间的焊缝ram)，焊缝的过熔很难避免。这种U肋焊缝背面处。焊接在桥面板上的纵向加劲肋有开口肋和U(焊缝根部)的探伤和返修都无法进行，从焊缝根部肋2种形式，带有U肋的桥面板因为重量轻、焊缝开始并向面板扩展的疲劳裂纹在早期几乎不可能用少被优先选用。但是，带有U肋桥面板的几何形状肉眼检查出来。使其容易产生因车

5、轮荷载引起的局部二次变形(见图桥面板制作时还会出现较严重的焊接变形，为1)，使得u肋与桥面板的焊缝接头更容易产生裂纹。满足桥面板的平面要求，加热矫正是常用的方法。2006年研究人员采用有限元模型进行了焊缝为减少加热矫正的工作量，往往采用焊前反变形措施。为了评估焊缝过熔现象和变形控制措施对U肋与桥面板之间的部分熔透焊缝接头抗疲劳性能的影响，特进行了试验研究。2试验过程2．1桥面板制作图1U肋与桥面板焊缝接头处的局部变形6件长10m、宽3m的桥面板足尺模型试件收稿日期：2010—11—23编译者简介：尹红(1967一)，女，工程师，2009年毕业于武汉

6、理工大学土木工程专业(E—mail：314906482@qq．com)。制作工艺对正交异性钢桥面板焊缝接头抗疲劳性能的影响尹红，严正贤35(见图2)由专业厂采用ASTM345级钢材制作。每桥面板顶面使用轨道火焰烘枪沿U肋与桥面板焊块桥面板都是由4条厚8mm的U肋和1块厚16缝方向进行加热反变形，加热温度约230℃，烘枪的mm的面板组成。桥面板由3块等间距的横隔板加运行速度为280mm／min。如果需要减小纵向变劲组成1个连续2跨单元，横隔板厚16mm。在横形，这种焊后加热矫正的方法也可用在其它部位。隔板处的U肋内部都装有1块厚8mm的加劲板焊前反变

7、形措施包括在桥面板下面设置胎架、用夹(见图3)。具将面板两侧向下压，以及在面板中心加压(见图4)。焊前反变形量根据3件有反变形的试件焊接变’‘量l一l形量来决定，根据所测得的焊后变形量，有反变形的桥面板也可采用加热矫正来满足平面要求(即在纵向每10m长度允许5mm高低差，在横向每3m长(a)平面度允许3mm高低差)。盱二二二{I=二(b)立面单位；∞图2模型试件加劲板∞坫0m图4焊前反变形措施单位：埘n桥面板和U肋因焊接产生的变形可用激光tracker系统来测量。沿桥面板的宽度布9列测点，图3横隔板切割局部细节沿长度布18行测点，即每件试件总共布1

8、62个测U肋与桥面板间的部分熔透焊缝情况分为3种点。所测得的6件试件变形见图5。试件6是第1形式：①80部分熔透坡口焊，焊