橋梁橫隔板及橋面板設(shè)計(jì)優(yōu)化

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、橫隔板

橋梁運(yùn)營中勢必會(huì)出現(xiàn)車輛荷載的偏載現(xiàn)象，而在主梁之間設(shè)置橫隔板可以有效地使各片主梁以不同程度地受力來承擔(dān)荷載，并且隨著車輛荷載的偏載位置不同，各片主梁承擔(dān)的荷載也不盡相同。橫隔板的存在又使得橋梁在橫向形成整體，以承受橫向荷載。

(一)橫隔板現(xiàn)狀及問題

設(shè)置橫隔板的同時(shí)也會(huì)增加主梁的自重，這是必須考慮的。楊英武等[1]認(rèn)為對(duì)于箱形截面主梁增設(shè)中橫隔板后必須考慮跨中撓度的增加量。對(duì)于T形截面主梁，現(xiàn)行設(shè)計(jì)中常將中橫隔板設(shè)計(jì)為中部挖孔掏空的形式，而用于減重。

對(duì)于橫隔板的施工，整塊的橫隔板無論現(xiàn)澆還是預(yù)制拼裝其施工便利遠(yuǎn)高于中部開孔的橫隔板。而且但在荷載橫向分布的計(jì)算中，常常采用剛性橫梁法—將橫隔板看作剛性無窮大的梁進(jìn)行計(jì)算。并且這種計(jì)算方法得到的荷載橫向分布系數(shù)對(duì)于邊梁來說偏大，對(duì)于中梁來說偏小。

(二)橫隔板設(shè)計(jì)優(yōu)化

查閱資料：鋼結(jié)構(gòu)的容重為7.85kg/m3，而鋼筋混凝土的容重取24-26kg/m3。根據(jù)杜婕[2]文中所述，對(duì)于20-40m簡支T梁來說，為了達(dá)到鋼筋混凝土橫隔板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)橫隔板只需要相應(yīng)鋼筋混凝土橫隔板重量的四分之一，這樣則大大減輕了橫隔板的自身重量，保證橋梁整體剛度。

箱形截面的主梁橫隔板常設(shè)置在箱形截面內(nèi)部。彭亞軍[3]對(duì)箱梁中的橫隔板應(yīng)力進(jìn)行了水化熱、混凝土收縮徐變分析。得出橫隔板的存在會(huì)對(duì)熱量的發(fā)散起阻礙作用，形成內(nèi)外溫度差，對(duì)結(jié)構(gòu)受力不利，而鋼結(jié)構(gòu)橫隔板則不會(huì)存在阻礙熱量散發(fā)及收縮徐變問題。

二、正交異性鋼橋面板

正交異性鋼橋面板因其自重輕、承載能力大、施工速度快、周期短等優(yōu)點(diǎn)，在大、中跨徑橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用，但卻因其自身構(gòu)造特點(diǎn)，使得橋面板直接承受車輛荷載的不斷反復(fù)作用，且應(yīng)力影響線較短，當(dāng)車輛經(jīng)過時(shí)會(huì)引起數(shù)次的應(yīng)力循環(huán)。

(一)正交異性鋼橋面板問題

正交異性鋼橋面板出現(xiàn)疲勞裂紋的主要原因分為車輛荷載的反復(fù)作用和自身構(gòu)造問題。根據(jù)曾志斌[4]所述疲勞裂紋分為荷載引起的開裂和面外變形引起的開裂。

(二)正交異性鋼橋面板優(yōu)化

為了使U肋的傳力途徑順暢而在橫隔板處開孔，讓U肋連續(xù)穿過橫隔板，卻造成了在U肋與橫隔板的連接處的疲勞裂紋，同時(shí)也在U肋與面板之間的肋角焊縫、縱橫肋交叉的弧形缺口處、U肋鋼襯墊板對(duì)接焊縫處等產(chǎn)生了疲勞裂紋。且U肋和橫隔板焊接處的應(yīng)力集中現(xiàn)象是由于當(dāng)車輛荷載等外荷載作用在橫隔板和U肋焊接處周圍時(shí)所產(chǎn)生的橫隔板的面內(nèi)彎曲。

Williams J Bocchieri[5]在對(duì)Williamsburg Bridge 進(jìn)行橋面板更換時(shí)，通過在與橫隔板連接處的U肋內(nèi)部設(shè)置了小橫隔板進(jìn)行橋面板的抗疲勞試驗(yàn)，有效地降低了橫隔板與U肋焊接處產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得鋼橋面板整體應(yīng)力得以改善。根據(jù)王問筆[6]對(duì)該模型分析，在橫隔板連接處的U肋內(nèi)部加上小橫隔板后，橫隔板相當(dāng)于空腹梁的受力形式，橫隔板的面內(nèi)應(yīng)力將由U肋來承擔(dān)，故造成了U肋上的產(chǎn)生較大的面外應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象。焊接小橫隔板后，橫隔板以實(shí)腹式梁的受力形式，橫隔板應(yīng)力大，U肋應(yīng)力降低，應(yīng)力集中現(xiàn)象減少。從而通過改變正交異性鋼橋面板內(nèi)部橫隔板與U肋的應(yīng)力分布，減少了其疲勞裂紋的產(chǎn)生。

正交異性鋼橋面板之所以存在是因?yàn)槠湓跍p輕重量方面優(yōu)越于鋼筋混凝土橋面板。那么在現(xiàn)有的正交異性鋼橋面板上鋪設(shè)混凝土層或者新型混凝土，同時(shí)將U肋的高度和布置間距加大，將兩種設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，使新型混凝土層與正交異性鋼橋面板兩者之間形成組合體系，從而增強(qiáng)整體剛度，來達(dá)到共同受力，改善正交異性橋面板的應(yīng)力分布。