郭 合 維

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 鋼箱梁橋面板構(gòu)造

1.1 鋼橋面板的構(gòu)造

針對有著較大跨度的懸索橋和斜拉橋而言，鋼箱梁的自重占到了箱梁自重的1/5～1/6.5，而正交異性鋼板結(jié)構(gòu)橋面板的自重占到了鋼筋混凝土橋面板自重的1/2～1/3。因此，大跨度的橋梁極易受到其自重的影響，所以正交異性板鋼箱梁這一結(jié)構(gòu)形式發(fā)揮了較為顯著的作用。一般情況下，需要在鋼橋面板上對瀝青混凝土進(jìn)行鋪裝，使其形成單獨的層面，從而對鋼橋面板起到保護(hù)作用，同時也為車輛的走行性提供了方便。當(dāng)前，正交異性鋼橋面板主要是由鋼面板縱肋和鋼面板橫肋組成的，同時二者呈現(xiàn)出相互垂直的狀態(tài)。在對其進(jìn)行制造的過程中，將整個橋進(jìn)行等分處理，并在工廠對其進(jìn)行組裝，在組裝完成后將其吊裝在橋上，進(jìn)行節(jié)段間的工地連接。一般情況下，縱向肋和縱隔板是相互貫通的，而橫隔板和縱向焊縫以及縱肋下翼緣相交處要將其切割成弧形的缺口，并同其分開。

1.2 正交異性鋼橋面板構(gòu)造的改進(jìn)

就鋼橋面板而言，其一方面是主梁的上翼緣，一方面又承載著車輛所帶來的壓力。面板、橫肋以及縱肋三個薄板件在經(jīng)歷焊接后形成了鋼橋面板。同時在焊接的接口處要設(shè)置出弧形缺口，所以鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)節(jié)具有著一定的復(fù)雜性。當(dāng)車輛行駛的過程中，就會對各個部件產(chǎn)生作用力，因而在各個部件的交口處就會有復(fù)雜的局部應(yīng)力和變形產(chǎn)生，由此在設(shè)計鋼橋面板的過程中就要對疲勞問題進(jìn)行考慮。在縱肋以及面板之間的肋角焊接處以及縱橫肋交叉的弧形缺口處會產(chǎn)生疲勞裂紋，而對于疲勞裂紋起到抗衡力最低的環(huán)節(jié)則是梁段之間鋼橋面板工地接頭處。

在對鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計以及對焊接進(jìn)行改造的過程中，能夠在一定程度上降低鋼橋面板產(chǎn)生裂紋的概率，經(jīng)過改進(jìn)后的鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)，能夠?qū)μ沾梢r墊單面焊雙面成型工藝進(jìn)行采用，針對U形肋而言，則對高強(qiáng)度螺栓對接拼接進(jìn)行了采用。在對鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)后，對工地接頭縱向U形肋助嵌補(bǔ)段的仰焊對接所具有的弊端進(jìn)行了有效的克服，對疲勞性能給予了有效的改善，同時也有效的避免了面板栓接拼接對橋面鋪裝層所帶來的消極影響。

2 試件的設(shè)計、制造及試驗概況

2.1 試件的設(shè)計和制造

針對試件而言，其能夠?qū)φ划愋凿摌蛎姘逡约昂爿d所引發(fā)的彎曲效應(yīng)進(jìn)行計算，同時還能夠?qū)︿摌蛎姘宓挠行挾纫约翱v肋間距進(jìn)行較為準(zhǔn)確的計算。鋼箱梁工地接頭處橋面板對單面焊雙面成型的焊接工藝進(jìn)行了選用，這一工藝在實施的過程中需要將陶瓷襯墊貼在鋼橋面板的內(nèi)側(cè)，從而使得焊縫下面的U形肋側(cè)壁在實現(xiàn)開口后有利于襯墊的通過。與此同時，需要注意的是要保證缺口的寬度，如果缺口的寬度相對較小，則會在一定程度上影響施工；如果缺口的寬度相對較大，則會在一定程度上增加附近局部的應(yīng)力。日本在對鋼箱梁橋的構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計時，對寬度為75 mm和寬度為120 mm的缺口進(jìn)行了采用。

2.2 試驗概況

1)加載方案。在實驗的過程中將我國JTJ 021—89公路橋梁設(shè)計通用規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定作為參考依據(jù)，同時考慮到試件屬于單肋，因此在實驗的過程中將加載的寬度設(shè)置為400 mm，使其能夠處于單輪寬度和雙輪寬度之間。在試驗的過程中，將規(guī)格為420 mm×200 mm×12 mm的鋼板用于橋面鋪磚層的模擬，將規(guī)格為400 mm×300 mm×50 mm的橡膠塊用于車輪的模擬，進(jìn)行加載力的實驗。

2)測點布置。要想更好的對缺口周圍面板上的應(yīng)力分布情況進(jìn)行研究，就需要在缺口周圍面板上對測點進(jìn)行布置，并保證所布置的測點具有一定的密集性，其中，在面板焊縫周圍設(shè)置12個測點，在跨件和試件焊栓接頭對稱的區(qū)域設(shè)置測點。

3)疲勞試驗。在對試件進(jìn)行疲勞試驗的過程中，對試件1進(jìn)行選取，然后在焊栓接頭處對其進(jìn)行疲勞試驗，其所涉及到的荷載范圍是40 kN～90 kN，其循環(huán)次數(shù)為200萬次。通過對有限元的計算，能夠得出的是當(dāng)對試件的跨中加40 kN的荷載時，試件的跨中U形肋下表面所表現(xiàn)出的最大應(yīng)力和橋梁恒載作用下所表現(xiàn)出的最大應(yīng)力幾近相同；而在將其加到90 kN時，所涉及到的最大應(yīng)力和橋梁恒載作用下以及活載共同作用下所表現(xiàn)出的最大應(yīng)力幾近相同，因此將其作為疲勞試驗的加載范圍。

3 試驗結(jié)果的分析

3.1 豎向撓度

對各個測點在不同荷載等級下所表現(xiàn)出來的豎向撓度進(jìn)行測試后，能夠得出下述結(jié)論：第一，試驗后所計算得的數(shù)值和計算數(shù)值有著高度的接近性，因此也就證明了實測值具有可信性；第二，在對試件跨中作用荷載的過程中，有限元的計算結(jié)果表明焊栓接頭處的撓度同焊栓接頭部位的撓度相比，要相對較小，究其原因是焊栓接頭部位U形肋的兩側(cè)腹板在實現(xiàn)高強(qiáng)度的螺栓連接后，外夾了兩塊拼接板，這也就提高了其厚度，因此也就在一定程度上增加了焊栓接頭部位的剛度。

3.2 疲勞強(qiáng)度

當(dāng)將其下限設(shè)置為40 kN，上限設(shè)置為90 kN時，對試件進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度的測試，在經(jīng)過200萬次的循環(huán)次數(shù)后，能夠得出試件1各個部位的撓度以及疲勞試驗同之前相比并無較大的差距，這就從側(cè)面反映出了疲勞強(qiáng)度沒有對試件的剛度造成影響。在利用20倍的放大鏡對試件進(jìn)行觀察后，發(fā)現(xiàn)其并沒有產(chǎn)生裂紋；接著對其進(jìn)行分級靜載試驗后，能夠得出各個測點所表現(xiàn)出的應(yīng)力大小和荷載的線性關(guān)系具有著相同的疲勞。由此得出，公路鋼箱梁正交異性橋面板結(jié)構(gòu)在對焊栓連接進(jìn)行運用后，能夠取得較為顯著的抗疲勞性能。

3.3 局部應(yīng)力

在對試驗結(jié)果進(jìn)行分析后，能夠得出：第一，當(dāng)有外加荷載對試件進(jìn)行作用時，兩個試件的對側(cè)測點同實測應(yīng)力具有一定的對稱性；第二，在對焊栓接頭處加荷載的過程中，對兩個試件所表現(xiàn)出的實測應(yīng)力進(jìn)行對比，能夠發(fā)現(xiàn)試件1的橫向應(yīng)力同試件2的橫向應(yīng)力相比，其數(shù)值相對較小，而對于其他測點而言，試件1和試件2的實測橫向應(yīng)力具有一致性；第三，進(jìn)行跨中荷載的過程中，兩個試件測點所表現(xiàn)出的應(yīng)力具有高度的相同性，同時有著較小的數(shù)值，除此之外，焊栓接頭處對稱部位的縱向應(yīng)力以及橫向應(yīng)力能夠和焊栓接頭處對稱部分的縱向應(yīng)力以及橫向應(yīng)力保持高度的一致性；第四，試驗過程中所表現(xiàn)出的應(yīng)力，在荷載增加的同時呈現(xiàn)出線性增加的趨勢，并且和計算值相符合。

4 結(jié)語

正交異性鋼橋面板工地接頭中的面板在對全熔透對接焊以及U形肋在兩側(cè)肋板實現(xiàn)摩擦型高強(qiáng)度螺栓拼接的技術(shù)進(jìn)行采用后，在對其進(jìn)行了相關(guān)的試驗后，能夠得出U形肋圓弧缺口的寬度為50 mm，100 mm，同時這兩種構(gòu)造細(xì)節(jié)所表現(xiàn)出的連接剛度具有一定可靠性，實測的局部應(yīng)力也能夠小于設(shè)計的容許應(yīng)力，所涉及到的疲勞強(qiáng)度也符合相關(guān)要求，所以，上述兩種構(gòu)造細(xì)節(jié)均能滿足相關(guān)的使用性能。