（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

正交异性桥面板存在结构疲劳的问题

张 韬

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

随着桥梁建设的快速发展，正交异性桥面板得到了较为广泛地应用。由于焊接工艺缺陷，施工质量等因素，正交异性桥面板在运营时间不长的情况下产生了疲劳裂纹，严重影响了桥梁的安全性和耐久性。本文着重介绍了正交异性桥面板结构疲劳，箱梁局部应力集中的概念，研究现状以及相关研究方法。

正交异性桥面板；结构疲劳；箱梁；局部；应力集中

1 引言

正交异性钢桥面板由面板、纵肋、横肋组成，三者互相垂直，共同承受车轮荷载[1]。这种结构在纵向和横向都具有很大的刚度，且在互相垂直的两个方向上有所不同，因而构造上也具有各向异性的特点。随着桥梁的不断发展，正交异性桥面板凭借其承载能力大，自重轻，施工周期短等优点，在大、中跨径桥梁中得到广泛的应用[2]。

荷载不断作用在结构构件的过程中，结构的材料性能会逐渐恶化、承载能力逐渐散失，我们把这种现象定义为疲劳。结构构件在长期的外荷载作用下，其应力集中的区域将产生裂纹或加快裂纹扩展的速度，这种裂纹将直接减少构件的有效承载面积；当荷载作用达到一定次数时，这类裂纹引发结构或构件的突然破坏，我们称之为“疲劳破坏”。

疲劳是结构构件的裂纹从产生到发展再到破坏的过程，从结受力分析的角度来说，疲劳破坏过程起源于材料初始缺陷处或最大拉应力处（也称之为疲劳源），随着交变应力的作用，疲劳源由微观裂纹逐渐发展为宏观裂纹，直至构件断裂。对于疲劳破坏，疲劳源处的应力往往低于材料的抗拉强度甚至屈服强度。

正交异性桥面板不仅直接承受车轮荷载的反复作用，且作为主梁的一部分共同参与受力，从而造成局部承受应力循环次数过多，加之焊接缺陷、应力集中影响，使钢桥面板极易产生疲劳裂纹[3]。

2 研究现状

20世纪50年代德国开发了一种桥面结构，即正交异性桥面板，具有材料利用率高、适用范围广、承载能力大、行车舒适性佳、结构高度低、施工周期短等特点。自钢桥面板诞生起，德国工程师致力于寻求更好的钢桥面板结构，通过不断地改进桥面板的结构构造以求承载能力更大，用钢量更小，缓解二战后建筑钢材紧缺的困境，在世界各国得到广泛应用。到目前为止，北美、日本、欧洲分别建成了100、250、1000余座正交异性板桥。我国自20世纪70年代开始研究正交异性板，起步较晚，目前建成超过30座正交异性板桥梁[4]。

疲劳破坏是一种脆性破坏，一旦发生就会引起巨大的破坏，正交异性桥面板最突出的缺点是容易疲劳开裂，最早报道的是英国Seven桥，该桥于1966年建成，但在1971年和1977年发现了3种焊接细节疲劳开裂。德国的Haseltal桥和Sinntal桥同样在投入使用后不久就出现了疲劳裂纹，此外，法国，美国，荷兰等过也都发现了钢桥面板疲劳开了事例，我国许多桥梁的钢桥面板中也出现了疲劳裂纹[5]。

3 讨论

3.1正交异形板结构疲劳

经过调查研究，绝大多数疲劳裂纹集中出现在焊缝位置；桥面板开裂后，维修工作十分困难，维修费用高，且维修后很难有效地抑制桥面板继续开裂。正交异性板出线疲劳裂纹的机理比较复杂，主要有以下几点：（1）交通量每年逐渐增大，重载车辆所占比例较高且超载严重；（2）焊接细节的应力影响线较短，在车轮反复作用下，造成多次应力循环；（3）桥面板构造中，次应力分布复杂，应力集中严重，远远超过了抗疲劳强度[6]；（4）大多数现场施工的焊接质量不易保证；（5）面板和横梁的交接处连接复杂，几何突变严重，应力从交点中心向外扩散，面板的横向应力比纵向应力大，导致桥面板容易出现疲劳裂缝。

4 结语

正交异性板钢箱梁桥具有抗扭刚度大，传力性能好，整体性能高的特点，在现代桥梁中得到广泛的应用，但提高正交异性桥面板的抗疲劳性能仍有巨大的研究价值。，过归纳分析，本文认为：（1）我国桥梁建设迫切需要一套完善的正交异性钢桥面板设计规范，规范应当指出正交异性桥面板设计时相关的设计参数、构造细节、制造工艺流程，还应当包含相关的研究成果和工程实践经验；（2）超重车、交通量、桥面板焊接质量和构造细节是影响桥面板疲劳寿命的关键因素；（3）加强断面纵肋正交异性桥面板构造细节的研究。

[1]赵欣欣.正交异性桥面板设计参数和构造细节的疲劳研究进展 [J].Steel Construction.2010(8),Vol.25,No.136.

[2]陶永亮，张俊平，黄海云.新型正交异性桥面板疲劳性能分析 [J].广州大学学报，2013,12（6）.

[3]朱劲松，郭耀华.正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展机理及数值模拟研究 [J].振动与冲击，2014,33（14）.

[4]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2013：283.

[5]何杨昆.正交异性桥面板疲劳试验模型的数值分析 [D].硕士学位论文.西南交通大学,2013年5月.

[6]张允士，李法雄，熊峰,等.正交异性刚桥面板疲劳裂纹成因分析及控制 [J].公路交通科技，2013,30（8）

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