淺談?wù)划愋凿摌蛎姘宓陌l(fā)展

王玉嬌 韓阿慧

1甘肅省公路航空旅游投資集團(tuán)有限公司（730030） 2 西安長安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司（710061）

正交異性鋼橋面板是國內(nèi)外鋼橋尤其是大跨度鋼橋采用最多的一種橋面板結(jié)構(gòu)形式，是鋼橋發(fā)展至今的一個(gè)顯著成果。 這種橋面結(jié)構(gòu)有著重量輕、承載力高、適應(yīng)性強(qiáng)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于中、大跨徑橋梁，但是也存在疲勞開裂等限制其發(fā)展的問題。文章對部分國內(nèi)外學(xué)者的研究成果進(jìn)行了介紹，對正交異性鋼橋面板構(gòu)造、受力特點(diǎn)及其容易出現(xiàn)的病害進(jìn)行了闡述。

1 構(gòu)造

正交異性鋼橋面板是由頂板、橫肋、縱肋焊接成的一種橋面板結(jié)構(gòu)，其中縱肋和橫肋相互垂直（如圖1 所示）。頂板直接承受車輛荷載和二期恒載，其厚度根據(jù)不同規(guī)范取值不同。根據(jù)美國規(guī)范[1]，頂板板厚不小于15.8 mm；根據(jù)歐洲規(guī)范[2]，頂板厚度不小于加勁肋腹板間距的1/25；根據(jù)中國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[3]，頂板厚度不小于14 mm。加勁肋可以增強(qiáng)鋼橋面板的剛度，主要起改善局部穩(wěn)定性的作用。

圖1 正交異性鋼橋面板構(gòu)造圖

2 受力性能

正交異性鋼橋面板因其優(yōu)異的力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于大跨徑鋼橋結(jié)構(gòu)中。 國內(nèi)學(xué)者近年來對不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造和形式的正交異性鋼橋面的整體、 局部承載性能等進(jìn)行了大量的研究。

正交異性鋼橋面板在車輛荷載作用下會(huì)產(chǎn)生極大的面外彎矩，林茂盛[4]等通過有限元分析，發(fā)現(xiàn)在正交異性鋼橋面板的板和肋連接處，橋面板應(yīng)力較縱肋應(yīng)力要大，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在橫截面內(nèi)加設(shè)橫隔板可提升結(jié)構(gòu)受力性能；趙立菊[5]進(jìn)行了模型試驗(yàn)和數(shù)值分析，研究結(jié)果表明:帶閉口U 肋的正交異性鋼橋面板和帶開口L 肋的正交異性鋼橋面板，在肋豎向剛度相同的情況下受力性能相近。 李立峰、邵旭東[6-8]對采用閉口加勁板的正交異性鋼板的承載力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，提出了一種綜合考慮材料、幾何非線性和初始幾何缺陷、焊接殘余應(yīng)力等不利影響的計(jì)算理論。 狄謹(jǐn)[9]對大跨度斜拉橋正交異性鋼箱梁加勁板的屈曲性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的理論與試驗(yàn)研究，提出了一種考慮扭轉(zhuǎn)應(yīng)變能和彎曲應(yīng)變能時(shí)各種荷載作用下四邊簡支加勁肋屈曲臨界計(jì)算公式。

3 疲勞問題

正交異性鋼橋面板的疲勞問題是限制其發(fā)展的重要因素。

正交異性鋼橋面板由于自身構(gòu)造復(fù)雜、焊縫較多、反復(fù)承受車輛荷載、應(yīng)力影響線短，再加上焊接工藝的缺陷以及制造過程中的誤差，在頂板與縱肋連接處、縱肋與橫隔板連接處、橫隔板挖孔處等不連續(xù)部位容易出現(xiàn)疲勞裂紋并擴(kuò)展[10]。 王春生等[11-14]對正交異性鋼橋面進(jìn)行了足尺疲勞試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：縱肋與頂板連接處產(chǎn)生向頂板、腹板方向擴(kuò)展的裂紋， 縱肋與橫隔板連接處產(chǎn)生向縱肋腹板、橫隔板方向擴(kuò)展的裂紋，橫隔板挖空細(xì)節(jié)處產(chǎn)生向著與自由邊垂直方向擴(kuò)展的裂紋； 裂紋產(chǎn)生后，其前期發(fā)展速度較慢、后期擴(kuò)展速度快速增大。

4 疲勞病害改善措施

對于正交異性鋼橋面板的疲勞病害問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了針對性研究， 并提出了一些改善措施。

正交異性鋼橋面板的疲勞問題導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)裂紋的萌生及擴(kuò)展，同時(shí)橋面鋪裝出現(xiàn)損壞，大大降低了橋面的使用壽命。有相關(guān)研究表明:出現(xiàn)病害的原因是橋面板局部剛度不足。 針對此問題，國內(nèi)外學(xué)者提出了不同的解決方法:①替換傳統(tǒng)縱肋，改用尺寸更大的大斷面縱肋[15-16]，以增大縱肋間距和縱向剛度，減少焊縫數(shù)量和初始缺陷；②采用混凝土結(jié)構(gòu)層[17]作為鋪裝層，以提高正交異性鋼橋面板的局部剛度； ③在鋪裝層與正交異性鋼橋面板之間增加覆蓋層，以增強(qiáng)橋面板剛度。 覆蓋層大體分為兩種，一種為Yiming Liu[18]等提出的工程膠凝復(fù)合材料，一種為Shiming Chen[19]等提出的超高性能混凝土（UHPC）材料。 通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬對復(fù)合橋面板的疲勞行為和破壞過程進(jìn)行研究分析后發(fā)現(xiàn)，復(fù)合橋面能大幅度降低頂板與橫隔板焊接接頭處、縱肋與橫隔板焊接接頭處的應(yīng)力，大幅提升正交異性鋼橋面板的抗疲勞特性。

5 思考與展望

隨著我國政策的引導(dǎo)及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)橋梁必將成為未來橋梁的主流橋型。正交異性鋼橋面板作為鋼橋中使用最為廣泛的面板結(jié)構(gòu)，其疲勞問題的研究正在穩(wěn)步進(jìn)行并取得了一些成就。 未來，正交異性鋼橋面板必將有更廣闊的應(yīng)用前景。