郭 合 維

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

1 鋼箱梁橋面板構造

1.1 鋼橋面板的構造

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，而正交異性鋼板結構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構形式發(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行鋪裝，使其形成單獨的層面，從而對鋼橋面板起到保護作用，同時也為車輛的走行性提供了方便。當前，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)。在對其進行制造的過程中，將整個橋進行等分處理，并在工廠對其進行組裝，在組裝完成后將其吊裝在橋上，進行節(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造的改進

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置出弧形缺口，所以鋼橋面板的構造細節(jié)具有著一定的復雜性。當車輛行駛的過程中，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雜的局部應力和變形產(chǎn)生，由此在設計鋼橋面板的過程中就要對疲勞問題進行考慮。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。

在對鋼橋面板構造細節(jié)進行設計以及對焊接進行改造的過程中，能夠在一定程度上降低鋼橋面板產(chǎn)生裂紋的概率，經(jīng)過改進后的鋼橋面板構造細節(jié)，能夠對陶瓷襯墊單面焊雙面成型工藝進行采用，針對U形肋而言，則對高強度螺栓對接拼接進行了采用。在對鋼橋面板構造細節(jié)進行改進后，對工地接頭縱向U形肋助嵌補段的仰焊對接所具有的弊端進行了有效的克服，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 試件的設計、制造及試驗概況

2.1 試件的設計和制造

針對試件而言，其能夠對正交異性鋼橋面板以及恒載所引發(fā)的彎曲效應進行計算，同時還能夠對鋼橋面板的有效寬度以及縱肋間距進行較為準確的計算。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，從而使得焊縫下面的U形肋側壁在實現(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力。日本在對鋼箱梁橋的構造細節(jié)進行設計時，對寬度為75 mm和寬度為120 mm的缺口進行了采用。

2.2 試驗概況

1)加載方案。在實驗的過程中將我國JTJ 021—89公路橋梁設計通用規(guī)范中的相關規(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力分布情況進行研究，就需要在缺口周圍面板上對測點進行布置，并保證所布置的測點具有一定的密集性，其中，在面板焊縫周圍設置12個測點，在跨件和試件焊栓接頭對稱的區(qū)域設置測點。

3)疲勞試驗。在對試件進行疲勞試驗的過程中，對試件1進行選取，然后在焊栓接頭處對其進行疲勞試驗，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)出的最大應力和橋梁恒載作用下所表現(xiàn)出的最大應力幾近相同；而在將其加到90 kN時，所涉及到的最大應力和橋梁恒載作用下以及活載共同作用下所表現(xiàn)出的最大應力幾近相同，因此將其作為疲勞試驗的加載范圍。

3 試驗結果的分析

3.1 豎向撓度

對各個測點在不同荷載等級下所表現(xiàn)出來的豎向撓度進行測試后，能夠得出下述結論：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形肋的兩側腹板在實現(xiàn)高強度的螺栓連接后，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 疲勞強度

當將其下限設置為40 kN，上限設置為90 kN時，對試件進行了疲勞強度的測試，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，這就從側面反映出了疲勞強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行觀察后，發(fā)現(xiàn)其并沒有產(chǎn)生裂紋；接著對其進行分級靜載試驗后，能夠得出各個測點所表現(xiàn)出的應力大小和荷載的線性關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構在對焊栓連接進行運用后，能夠取得較為顯著的抗疲勞性能。

3.3 局部應力

在對試驗結果進行分析后，能夠得出：第一，當有外加荷載對試件進行作用時，兩個試件的對側測點同實測應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)出的實測應力進行對比，能夠發(fā)現(xiàn)試件1的橫向應力同試件2的橫向應力相比，其數(shù)值相對較小，而對于其他測點而言，試件1和試件2的實測橫向應力具有一致性；第三，進行跨中荷載的過程中，兩個試件測點所表現(xiàn)出的應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力以及橫向應力能夠和焊栓接頭處對稱部分的縱向應力以及橫向應力保持高度的一致性；第四，試驗過程中所表現(xiàn)出的應力，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形肋在兩側肋板實現(xiàn)摩擦型高強度螺栓拼接的技術進行采用后，在對其進行了相關的試驗后，能夠得出U形肋圓弧缺口的寬度為50 mm，100 mm，同時這兩種構造細節(jié)所表現(xiàn)出的連接剛度具有一定可靠性，實測的局部應力也能夠小于設計的容許應力，所涉及到的疲勞強度也符合相關要求，所以，上述兩種構造細節(jié)均能滿足相關的使用性能。