某桥索梁锚固区十字接头抗层状撕裂性能研究

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1、某桥索梁锚固区十字接头抗层状撕裂性能研究徐海鹰，王亚飞53某桥索梁锚固区十字接头抗层状撕裂性能研究徐海鹰。王亚飞(中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034)摘要：某桥为中承式推力钢箱拱桥，索梁锚固区十字接头承受z向拉伸，为确认十字接头抗层状撕裂能力，采用有限元法和试验相结合的方法进行研究。计算结果表明：设计荷载下顶板Z向应力远小于材料的屈服应力；试验设计试件的z向应力与实桥基本一致。试验结果表明：Q345qD钢板具有良好的z向性能，断面收缩率大于6O，钢材夹杂物数量非常少(等级为1．0级)；足尺模型静力和疲劳试验下箱梁顶板没有发生层状撕裂现象。该桥

2、设计所选Q345qD钢材具有较高的抗层状撕裂性能。鉴于我国冶金技术的进步，当结构有Z向性能要求时，建议优先研究使用非Z向钢，以获取良好的经济效益。关键词：拱桥；吊索；十字接头；层状撕裂；有限元法；试验；研究中图分类号：U443．38；TU317文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)03—0053—041前言5150kN、内力幅1797kN；其余吊索为21147的平层状撕裂属于冷裂范畴，焊接时焊缝金属由液行钢丝束，各索设计索力和内力幅均差异很小，如相冷却而凝结成固相的同时发生收缩，当收缩使得D11吊索设计索力4350kN、内力幅1056kN。沿

3、板厚方向的拉应力达到一定程度之后，夹杂物与基体金属沿弱结合面脱开而产生开裂，严重时会造{成相邻夹杂物之间基体金属发生晶界断裂、穿晶断裂和韧窝断裂，形成层状撕裂。层状撕裂很难发现，也难以修复，在循环拉应力作用下，单个层状撕裂很一o()o∞一快扩展、聚合，形成一个大裂纹，裂纹继续扩展直至锚拉板固构造结构破坏，整个过程发生时间很短，破坏突然，是一种非常危险的破坏形式。影响层状撕裂的因素有L1]：①钢中夹层上的夹杂物；②钢材基体韧性和延性；③反映层状撕裂危险性的Z因子。为避免焊接结构发生层状撕裂，除了尽量降低卜—0_单位：m钢中的含硫量，采用具有良好抗层状撕裂的钢(

4、特称为“Z向钢”)以外，根据国内、外研究成果l2]，可图1某桥吊索及锚拉板锚固构造示意采取的防范措施有：①改善接头设计；②改进焊接工箱形主纵梁高3m、宽2m，顶、底板厚24mm，艺；③适当的预热、中间退火消除应力，锤击等。腹板厚16mm，材料为Q345qD。主纵梁每隔1个节间设置1道横隔板，在每个吊索处均设置1道横2工程概况隔板，横隔板厚24mm，锚拉板厚50mm。箱梁顶某桥为中承式推力钢箱拱桥，吊索及锚固结构板与锚拉板及横隔板焊接形成十字接头，索力的一系统主要由柔性吊索、连杆、连接套筒、拉杆、哈弗支部分通过该十字接头传递，顶板z向受静力拉力和座和锚拉板构成

5、(见图1)。该桥设3O根吊索，吊索疲劳荷载作用。采用热镀锌高强度平行钢丝束，锚头为冷铸墩头锚。为确定实桥十字接头的抗Z向撕裂能力，选取主跨吊索间距12m，靠近拱脚的2根短吊索(DO适合该接头的材料、坡口形式、焊接工艺等，进行钢索)受力最大，采用28347的平行钢丝束，设计索力材、夹杂物、断面收缩率、Z向性能等方面的材料试收稿日期：2010—08—26作者简介：徐海鹰(1960一)，男，高级工程师，1982年毕业于武汉水运工程学院船舶设计与制造专业，获学士学位(E-mail：583594841@qqcorn)。54世界~rr-at-2011年第3期验，同时进行

6、有限元分析及足尺模型静力、疲劳试验，以进一步地验证。li3试验设计t3．1材料试验用钢板除采用实桥的桥梁用结构钢Q345qD以外，还采用了z向钢Q345qD—Z25进行lI对比试验，所用材料质量均满足国家标准的要求，根据《厚度方向性能钢板)(GB／T5313—1985)规范对(a)Z向窗口试验试件(三维)Z向钢的分级，实桥所采用桥梁用结构钢Q345qD。]『雎板；蛳、的实际化学成分已经达到了Z25钢对化学成分的要求。3．2Z向窗口试验虱Z向窗口试验是一种模拟实际焊接结构的层状撕裂试验。Z向窗口试验设计一般需要考虑索梁锚固区附近顶板、锚拉板和横隔板的厚度、材质

7、、隔离(c)包括焊缝、热影响区和母材的z向拉伸试样(d)钢材z向拉伸试样单位：m层堆焊等因素影响。若进行全组合试验，试件数量、图3z向拉伸试验试样取样设计时间和费用将大大增加。为模拟不同焊接约束度，制作了拘束板厚度为50mm、36mm的试件(见表1)进行试验。图2为Z向窗口试验试件设计示意，焊接过程参照z向窗口试验要求进行。表1Z向窗口试验试件(a)Q345qD—z25(b)Q345qD图4Z向拉伸试验试样(拉伸前)3．4夹杂物测定按照《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》(6B／T10516—2005)的规定，对Q345qD和Q345qD—Z2

8、5两种钢材取样，采用电子显微镜及光学显微镜观测夹杂物