钢桥面板的抗疲劳耐久性

1、1钢桥面板的抗疲劳耐久性钢桥面板的抗疲劳耐久性中国铁道科学研究院中国铁道科学研究院 史永吉史永吉20152015年年1010月月钢桥面板疲劳裂纹系列讲座之四钢桥面板疲劳裂纹系列讲座之四（第二版）（第二版）2提提 纲纲0 前言1 钢桥面板结构特征及疲劳2 钢桥面板的疲劳设计方法3 钢桥面板的结构设计4 钢桥面板构造细节设计5 对钢桥面板制造（焊接）的要求30.0.前言前言 对于大跨度桥梁而言，减轻自重、延伸跨长一直是桥梁工作者努力的目标。显然，“钢桥+钢桥面板”结构是不二的选择。前国际桥协主席伊藤学教授在大跨度桥梁面向21世纪的挑战一书中，就材料和结构形式等作了展望。 另一方面，正交异性钢桥面板

2、用较少的钢材组成的正交异性板结构，虽有很大的静力承载力，但是由于钢桥面板的特殊结构特征、受力行为和严厉的疲劳环境，易产生疲劳裂纹，极大地困扰了其应用。 面对这一两难的课题，各国学者花费了大量的精力和财力，持续不断地进行了探索。自60年前用于桥梁以来，经过一次次研究试验改进实桥服役检验，现已大大改善了钢桥面板的抗疲劳性能。这里不谈这一探索过程，仅就探索结果，即钢桥面板构造细节的疲劳设计方法作一介绍，以供参考。41.1.钢桥面板结构特征及疲劳钢桥面板结构特征及疲劳1.1 1.1 公路钢桥桥面板的类型及特点公路钢桥桥面板的类型及特点类型类型特点特点RCRC桥面板桥面板应用最早，自有公路钢桥起就采用R

3、C桥面板自重大，不利于向大跨度延伸RC桥面板裂纹问题难以解决，维修费高。早期的RC桥面板已逐步更换成钢桥面板和组合桥面板PCPC桥面板桥面板作为改善RC桥面板的裂纹而被采用施工复杂，工期长预应力的效率较低,作用在混凝土板和钢梁上的预应力分配不明确应用实例相对较少钢桥面板（正交异性板）钢桥面板（正交异性板）重量轻，是大跨度钢梁难以取代的桥面结构在匀布荷载或集中荷载作用下有很大的极限承载力在汽车轮载作用下产生“鼓曲”状变形，在焊接约束处产生次弯曲应力集中，易引发疲劳裂纹。对结构、构造细节设计和焊工的技能水平要求较严钢钢混凝土组合桥面板混凝土组合桥面板组合板刚度较大，自重略大于钢桥面板，低于RC桥面

4、板，可有效改善RC桥面板的裂纹近年来应用实例逐渐增多51.2 1.2 钢桥面板的结构特征及传力途径钢桥面板的结构特征及传力途径（1）结构特征及受力行为钢桥面板为正交异性板（Orthotropic Plate）结构，由面板、纵肋和横肋组成，三者互为垂直，焊接成整体而共同工作。在均布荷载或集中荷载作用下有很大的极限承载力，非常适合既可纵向移动、又可横向移动的交通荷载（如汽车荷载）。但是，钢桥面板在纵向和横向的结构性能不同，在轮载作用下是一个影响面受力，产生“鼓曲”状变形，导致面板、纵肋和横肋的面外变形，并在焊接连接约束处产生较大的次应力集中，易引发疲劳裂纹。而主桁/主梁是承受作用在桥面板上的全部荷

5、载，并按影响线加载来计算构件内力和各细节断面名义应力。因此，疲劳设计时，统计作用在钢桥面板上运营荷载谱并精确计算各细节的局部次弯曲应力，建立各细节的疲劳抗力曲线，要比主桁/主梁复杂困难得多。1.1.钢桥面板结构特征及疲劳钢桥面板结构特征及疲劳61.2 1.2 钢桥面板的结构特征及传力途径钢桥面板的结构特征及传力途径（2）功能及传力途径功能：钢桥面板既作为直接承受交通荷载的结构，又作为主梁上翼缘的一部分参与主梁共同工作。传力途径：交通荷载带有纵、横肋的桥面板横梁（横隔板）主梁 支座支座墩台墩台基础基础地基（连续钢梁桥）地基（连续钢梁桥） 吊索、主缆或斜拉索吊索、主缆或斜拉索主塔主塔基础基础地基（

6、索支撑桥梁）地基（索支撑桥梁）1.1.钢桥面板结构特征及疲劳钢桥面板结构特征及疲劳71.3 1.3 钢桥面板的严厉疲劳环境钢桥面板的严厉疲劳环境（1）受力次数多交通规则规定，重载车辆在外侧车道上行驶，每通过一个轮载，在相应构造细节产生一次应力循环，以平均每天5000辆运量为计，100年设计寿命内将发生108次以上应力循环。（2）轮载轴重离散性大由于路面不平整、伸缩缝处路面高差、行车速度不同和超载等因素的影响，轮载轴重离散性较大。日本一项研究报告中，在额定轴重4t的轮轴上安装了测力计，实测1.4108次，经过统计分析，均值为2.28t，标准偏差4.2t，最大值为30.4t。1.1.钢桥面板结构特

7、征及疲劳钢桥面板结构特征及疲劳81.3 1.3 钢桥面板的严厉疲劳环境钢桥面板的严厉疲劳环境 （3）加载位置不固定 汽车轮载既可纵向移动，也可横向移动，对于同一构造细节，不同加载位置在该细节产生的应力幅值有很大差异。从而导致轮载加载的不同位置会引发不同类型的裂纹。 （4）活载应力/恒载应力比值大 钢桥面板是直接承受交通荷载的结构，活载应力l和恒活载应力l+d之比约为50%以上，而主梁构件的l/l+d15%。因此，对于钢桥面板而言，引起疲劳的应力幅较大。 （5）近来大型重载车辆的流量越来越大，轴重有逐渐增大的趋势。1.1.钢桥面板结构特征及疲劳钢桥面板结构特征及疲劳91.4 1.4 钢桥面板的疲

8、劳裂纹钢桥面板的疲劳裂纹至今为止，各国钢桥面板发生的疲劳裂纹类别达17种以上，如图1.1所示，频发的有7种。绝大部分是面外变形受到焊接连接约束而产生次应力集中而引发。图1.1 钢桥面板各种 裂纹的汇总1.1.钢桥面板结构特征及疲劳钢桥面板结构特征及疲劳101.4 1.4 钢桥面板的疲劳裂纹钢桥面板的疲劳裂纹注：面板纵向对接焊缝裂纹； 纵肋现场钢衬垫对接焊缝处裂纹； 纵肋与面板间的角焊缝焊趾处裂纹； 纵肋与面板间的角焊缝焊跟处裂纹； 横肋与面板间角焊缝焊趾处裂纹； 面板与竖向加劲肋角焊缝端部焊趾处裂纹； 面板与竖向加劲肋侧面角焊缝焊趾处裂纹； 面板与角撑板间角焊缝焊趾处裂纹； 横肋与纵肋交叉处，

9、横肋侧焊趾处裂纹； 横肋与纵肋交叉处，弧形缺口母材处裂纹； 11纵肋与横肋角焊缝处横肋焊趾处裂纹； 12横肋与角撑角焊缝处裂纹； 13竖向加劲肋与角撑板角焊缝处裂纹； 14端横梁与纵肋角焊缝处裂纹； 15横肋下翼缘与腹板角焊缝端部裂纹； 16横肋下翼缘与竖向加劲肋角焊缝处裂纹； 17箱内横撑节点板处裂纹。1.1.钢桥面板结构特征及疲劳钢桥面板结构特征及疲劳112.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计2.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介（1）疲劳设计方法目前钢桥的疲劳设计方法可分为以下几种：构造细节疲劳应力等级分类法采用疲劳荷载或疲劳荷载谱，计算被评定细节构件断面的名

10、义应力i及相应的应力循环次数ni（即应力谱），依据Miner线性累积损伤定律，求得等效等幅应力eq及ni，然后与给定的等幅容许疲劳抗力曲线N进行比较，最后判别。miiminn1eq)(Miner定律：122.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介判别式：eqf图2.1 疲劳抗力设计曲线该方法有扎实的研究和实桥长期服役验证的基础，是钢桥较成熟的疲劳设计方法。2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计132.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介构造细节设计法结构若存在面外变形的小间隙（gap），由于难以精确计算该处的面外变形及由此产生的次弯曲应力，而且又没有

11、该细节的疲劳设计曲线，则可利用构造细节设计法，确保结构在设计寿命内不产生疲劳裂纹，而不需要进行计算判别。如板梁腹板竖向加劲肋与翼缘之间小间隙（gap）处，若因偏心荷载、横向振动或其他原因产生出腹板的面外变形，易引发疲劳裂纹。后经有效的足尺疲劳试验，建立了该构造细节的规定：gap8tw。经过约40年的实桥检验，证明有足够的抗疲劳耐久性。2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计142.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介该方法已作为方法的补充，列入钢桥疲劳设计规范。twgap竖向加劲肋出腹板面外变形图2.2板梁腹板的小间隙2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计面外变形

12、在小间隙约束处产生的次弯曲应力按下式计算：式中K为修正系数，为面外变形值，tw为腹板厚度，g为小间隙值。152.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介热点应力评定法对于管结构，主管与支管趾部焊接处易产生疲劳裂纹。疲劳试验表明，若用主管断面的名义应力对所有试验结果进行统计分析，各数据无线性相关性，不能建立疲劳曲线；若用趾部热点应力进行统计分析，各数据有很好的线性相关性，从而建立了管管接头的疲劳抗力曲线。热点应力的计算方法有FEM法和5点实测应力外推法。该方法已纳入海洋平台等管结构的疲劳设计规范。图2.3 管管接头2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计图2.4 管结构疲劳设

13、计曲线162.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介断裂力学评定法该方法针对服役的结构，若已发现裂纹（包括制造时漏检的裂纹），并已探明裂纹的形状和尺寸，则可应用裂纹扩展速率表达式来计算初始裂纹尺寸ai扩展至临界裂纹尺寸ac（即断裂）时的寿命，亦即剩余寿命，以便掌握修复加固或更换的时期。裂纹扩展速率：裂纹尖端应力强度因子：2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计172.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介通过积分求得裂纹扩展寿命：式中a为裂纹深度，Np为裂纹扩展寿命，C、n为材料常数，K为裂纹尖端应力强度因子，Kth为应力强度因子门槛值，为应力幅，F1、

14、F2、F3、F4、F5为应力集中、裂纹形状、表面裂纹、有限板厚和有限板宽、偏心等因素的修正系数。该方法虽已在少量工程中应用，但要求对裂纹的探测精度高，计算较复杂，推广有难度。2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计182.1 2.1 钢桥的疲劳设计方法简介钢桥的疲劳设计方法简介全寿命计算评估法在循环荷载作用下，疲劳裂纹由应力集中区萌生、扩展，直至断裂。将超过屈服应力的应力集中区视为塑性区，属于应变疲劳（低周次疲劳），从而将塑性区疲劳断裂的寿命定义为裂纹萌生寿命（Ni），后续的裂纹扩展至断裂定义为裂纹扩展寿命（Np），则全寿命表达式为：NT= Ni + Np该方法有较强的理论基础，但要对所有

15、构造细节建立全寿命估算的表达式，尚需进一步的深入研究。目前尚未达到实用程度。2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计192.22.2 不同疲劳设计方法的适用性分析不同疲劳设计方法的适用性分析由前述钢桥面板的结构特征、受力行为、疲劳裂纹类型及其产生的原因,以及各种疲劳设计方法的适用性可知：（1）对于钢桥面板而言，上节所述的方法，即基于构造细节的疲劳应力（构件断面名义应力）等级设计法是不可行的。其一，钢桥面板的绝大部分疲劳裂纹是伴随着结构“鼓曲”状变形迫使面板、纵肋、横肋产生面外变形，受焊接连接约束产生次应力集中而引发的，也难以精确计算裂纹部位的应力谱，而且这不是构件断面的名义应力；其二，也没

16、有这些构造细节的疲劳抗力曲线可供评定。2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计202.22.2 不同疲劳设计方法的适用性分析不同疲劳设计方法的适用性分析（2）方法构造细节疲劳设计法适用钢桥面板中大多数因面外变形在约束处引发的疲劳裂纹，按该方法设计后不需要进行疲劳应力检算，就具备长寿命疲劳抗力，大大简化了疲劳设计，详见第2.3节和第3、4、5章。对于纵向U肋现场对接接头，虽然可用方法进行疲劳应力检算，但是疲劳抗力较低、离散性较大的钢衬垫板对接焊接头改为疲劳抗力较高的摩擦型HTB对接接头，也可免于疲劳应力检算。（3）方法是针对管结构的，钢桥面板的结构特点及受力行为与管结构完全不同，目前尚无这些

17、构造细节的热点应力计算方法和疲劳抗力曲线。（4）方法与评定目标有出入。（5）方法本身尚未达到实用化。2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计212.32.3 钢桥面板的构造细节疲劳设计法钢桥面板的构造细节疲劳设计法（1）近期研究钢桥面板自重轻，具有很高的静力极限承载力，虽然在初期应用时出现了大量的疲劳裂纹，但是对于大跨度桥梁而言，其具有无可替代的优越性。所以长期以来各国花费大量的人力、物力对其进行研究、改进、实桥服役验证，特别是上世纪90年代以来，进行了以下几个方面的研究，为钢桥面板采用构造细节疲劳设计法打下了基础：3D FEM（实体元）分析，如U肋与面板部分熔透角焊缝焊跟处、弧形切口约束

18、处等。对主要构造细节进行足尺模型的疲劳试验，采用实际移动轮载或模拟移动轮载加载。对易发生裂纹的细节不断进行改进，并用于实桥和实桥应力和变形的测量，经受较长期的服役检验，验证实用效果。2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计222.32.3 钢桥面板的构造细节疲劳设计法钢桥面板的构造细节疲劳设计法2.2.钢桥面板的疲劳设计钢桥面板的疲劳设计（2）钢桥面板构造细节疲劳设计要素正是由于对钢桥面板抗疲劳性能的持续不断地、一步步深入的研究改进实桥检验，才使钢桥面板的抗疲劳性能得到逐步改善，也使钢桥面板的构造细节疲劳设计法得到补充和完善。日本已将这些研究成果纳入2002年版公路钢桥疲劳设计指针。钢桥面

19、板构造细节疲劳设计包含以下内容：钢正交异性桥面板的整体结构设计；面板、纵肋、横肋三者之间连接的构造细节设计；对制造加工和焊接的要求。233.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.13.1 钢桥面板的纵、横向分割钢桥面板的纵、横向分割（1）横向分割面板长度应与节段长度相同，分割点宜设在距索支点(0.20.3)D1处（D1为索支点间距），并距横肋(0.20.3)D2（D2为横肋间距），即避开支点最大负弯矩和跨中最大正弯矩，使之位于受力较小的反弯点附近，同时又便于制造和安装。（2）板单元件的纵向分割面板纵向对接焊缝应避开汽车轮载正下方左右各25cm范围内。243.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板

20、的结构设计3.23.2 整体刚度和局部刚度整体刚度和局部刚度（1）计算图式近似分析面板可视为周边弹性固支在纵、横肋的肋脚上。纵肋可视为连续弹性支撑在横肋/横隔板上。横隔板（横梁）可视为弹性固支在主梁上。精确分析依据结构受力变形微分方程编制计算程序，建立计算模型，进行FEM分析。对于易发生疲劳裂纹的焊跟、焊趾、弧形切口等部位采用实体元进行3D FEM分析。253.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.23.2 整体刚度和局部刚度整体刚度和局部刚度（2）整体刚度及局部刚度限制局部刚度和整体刚度的理由减少钢桥面板的变形，降低次应力集中，改善其疲劳性能。钢桥面板作为桥面铺装层的基础，减少其变形，

21、可改善铺装层的裂纹等病害，有利于提高使用寿命。刚度限值图3.1 钢桥面板的刚度(a)整体刚度 (b)局部刚度263.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.33.3 横隔板（横梁）连续性横隔板（横梁）连续性钢桥面板应用初期，考虑到横梁作为把来自桥面板的交通荷载传递给主梁的构件，设计成横梁贯通、纵肋断开的方式，结果很快在连接处产生裂纹，从而改成横梁/横肋的腹板设弧形切口、纵肋及纵肋与面板的角焊缝贯通的方式。(a) 横隔板贯通 (b) 纵肋贯通图3.2 横梁连续性的改进273.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.43.4 纵肋断面形状的演变纵肋断面形状的演变纵肋断面形式如图3.3所示。

22、经过不断地改进、试用，现在已经明确，行车道内的纵肋均采用U形肋，非行车道上可采用板肋或球扁钢肋。 平钢板 偏球头钢板 正球头钢板 等边角钢 T形钢(a)开口纵肋 倒梯形(U肋) 半圆形 三角形 加强三角形 Y形(b)闭口纵肋图3.3 钢桥面板纵肋的断面形式283.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.53.5 面板厚度、纵肋刚度、横肋间距三者共同工作的面板厚度、纵肋刚度、横肋间距三者共同工作的 匹配性匹配性对于钢桥面板的设计，既要用钢量少，且具有较高的静力承载力，又要求互为垂直的面板、纵肋、横肋作为整体而共同工作，并有足够的抗弯刚度，确保其抗疲劳耐久性。因此，三者之间的匹配性十分重要。举

23、例如下：面板厚度面板厚度(mm)(mm)12121414、16161818、1919U U肋断面肋断面(mm)(mm)3202406(日)3202606(日)3002808(德)3202408(日)3202608(日)3002808(德、中)400330842033084403409U U肋中心距肋中心距(mm)(mm)640(日)600(德)640(日)600 (德、中)800840880横肋间距横肋间距(mm)(mm)200025003000375040005000注注现已不用已纳入德日现行规范日本在试用中293.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.63.6 纵肋与端横隔板的连接纵

24、肋与端横隔板的连接端横隔板起着密封箱梁的作用，箱内纵向U肋要传递荷载给端横隔板，箱外板肋要与伸缩缝部件连接。该连接必须严格要求，确保焊接质量。图3.4 纵肋与端横隔板的连接303.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.73.7 关于横隔板（横梁）和横肋间距关于横隔板（横梁）和横肋间距（1）对于连续梁，支点设在墩台上，由于跨度较大，偏心荷载易产生横断面畸变，需设置横隔板并控制间距以防止畸变引起过大的翘曲应力。横隔板之间的横肋是作为支撑纵肋的构件，应根据钢桥面板的面板、纵肋、横肋三者之间的匹配性来确定其间距。（2）对索支撑桥的扁平钢箱梁，吊索/斜拉索是其弹性支点，由于跨度较小，偏载产生断面畸

25、变的影响可忽略不计。考虑钢桥面板的传力途径，横梁（横隔板）设在弹性支点上，横肋应设在横梁之间，其间距依据面板、纵肋、横肋三者共同工作的匹配性来设置。313.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.83.8 关于纵隔板关于纵隔板对于索支撑桥的扁平钢箱梁，虽然横梁（横隔板）跨度（主梁间距）较大，依据传力途径，箱内一般不需要设置纵梁（或称纵隔板），若必须设置纵隔板时，应全长设置，不得中断，特别要避免仅在塔区设置纵隔板，导致纵隔板终端的面板因面外变形受到约束而产生疲劳裂纹。不宜实腹板式或桁架式间隔设置。对于大跨度悬索桥，出于抗风稳定的要求，采用分离式钢箱梁，箱之间采用横梁连接成整体，例如中国西堠门

26、大桥（L=1650m）为两箱、意大利Messina海峡大桥（L=3300m）设计为三箱（待建）。323.3.钢桥面板的结构设计钢桥面板的结构设计3.93.9 关于支撑体系关于支撑体系基于钢桥面板的功能和传力途径，索支撑桥梁的吊索和斜拉索做为弹性支撑和梁端及主塔横梁处的支座，均应设置在主梁腹板上。另外，不设主梁腹板将会产生较大的附加弯矩。334.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计4.14.1 纵向纵向U U肋与面板角焊缝的熔透深度肋与面板角焊缝的熔透深度易从焊跟产生裂纹 焊缝易烧穿肋板 既要确保熔透深， 造成新的裂纹源 又要避免根部熔穿图4.1 纵向U肋与面板角焊缝熔透深度的演变（面板

27、厚度16mm）344.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计4.24.2 纵向纵向U U肋的现场接头肋的现场接头图4.2 纵向U肋现场横向接头的改进 箱梁节段之间的箱梁节段之间的U U肋现场接头数量多，过去采用钢衬垫板对接焊连肋现场接头数量多，过去采用钢衬垫板对接焊连接，该细节疲劳强度较低，且随钢衬垫板与接，该细节疲劳强度较低，且随钢衬垫板与U U肋组装间隙加大俞发肋组装间隙加大俞发降低，成为疲劳裂纹最多的细节之一。后改为摩擦型高强螺栓连接，降低，成为疲劳裂纹最多的细节之一。后改为摩擦型高强螺栓连接，则未发生疲劳裂纹。则未发生疲劳裂纹。354.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计

28、4.34.3 横肋横肋/ /横隔板弧形切口的形状和尺寸横隔板弧形切口的形状和尺寸横肋/横隔板上开弧形切口是让纵肋和纵肋与面板的角焊缝贯通。另外，当轮载作用在横肋之间时，纵肋垂直弯曲带动横肋/横隔板的腹板产生面外弯曲，弧形切口的作用是降低约束刚度、减小次应力集中；但弧形切口使横肋/横隔板成为空腹板梁，当轮载作用在横梁/横肋正上方时，弧形切口尺寸过大，将使弧形切口处产生过大的主应力集中；所以弧形切口形状、尺寸、切割、棱角倒圆、端部围焊质量等对其疲劳性能有重要影响。图4.3介绍了几种常用的弧形切口形状和尺寸。364.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计4.34.3 横肋横肋/ /横隔板弧形切

29、口的形状和尺寸横隔板弧形切口的形状和尺寸 (a)日本 (b)欧洲、中国 (c)大断面U肋图4.3 弧形切口形状及尺寸374.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计4.44.4 过焊孔的设置过焊孔的设置（1）U肋与面板角焊缝的过焊孔图4.4 过焊孔的改进（1）应连续施焊应连续施焊384.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计4.44.4 过焊孔的设置过焊孔的设置（2）面板间纵向对接焊缝处的过焊孔尺寸的改进图4.5 过焊孔的改进（2） 过焊孔尺寸过大，易在焊缝端部焊趾处引发疲劳裂纹，并向面板厚度扩展。所以限制过焊孔尺寸是必要的，仅需设置陶瓷衬垫的尺寸即可。394.4.钢桥面板构造细节设

30、计钢桥面板构造细节设计4.44.4 过焊孔的设置过焊孔的设置（3）节段间面板现场横向对接焊缝处图4.6 现场接头处纵肋过焊孔的改进（3）75现场横向对接焊缝 （陶质衬垫焊）404.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计4.54.5 主梁腹板垂直加劲肋的改进主梁腹板垂直加劲肋的改进图4.7 主梁腹板垂直加劲肋的改进面板垂直加劲肋主梁腹板垂直加劲肋主梁腹板面板5tw注：日本2002年版设计规范为35mm注：垂直加劲肋与面板角焊缝端 均产生裂纹，并穿透面板414.4.钢桥面板构造细节设计钢桥面板构造细节设计4.64.6 横隔板、横肋腹板的连接横隔板、横肋腹板的连接图4.8 横隔板和横肋腹板的连

31、接可采用HTB连接，也可采用焊接。a）高强度螺栓连接 b）全熔透对接焊连接（立焊）75mm75mm425.5.对钢桥面板制造（加工和焊接）的要求对钢桥面板制造（加工和焊接）的要求5.15.1 组装精度组装精度钢正交异性板结构复杂、板较薄、焊缝数量多、过焊孔和弧形切口处窄小、围焊施工难度大、对焊工技能要求高。然而，确保焊接质量对抗疲劳性能的改善具有重要意义。组装精度是确保结构几何尺寸精度和焊接质量的前提。除应满足制造规则要求的组装精度外，还应特别注意：（1）纵向U肋与面板的组装间隙0.5mm，且max1.0mm。435.5.对钢桥面板制造（焊接）的要对钢桥面板制造（焊接）的要求求5.15.1 组

32、装精度组装精度（2）采用衬垫对接焊时，陶瓷衬垫、钢板衬垫与母材之间的组装间隙0.5mm。特别需要注意纵向U肋与端横隔板的钢衬垫板全熔透角焊缝，钢衬垫板与U肋间、衬垫板两个侧边与端横隔板和面板之间的组装间隙均应0.5mm，且max1.0mm。（3）临时码板的设置设置码板的目的码平钢板；控制组装精度和箱梁几何尺寸；减小焊接变形。445.5.对钢桥面板制造（焊接）的要对钢桥面板制造（焊接）的要求求5.15.1 组装精度组装精度码板设置方法图5.1 临时码板的设置底层正式焊道完成后即可撤除临时码板，但不得损伤母材，然后磨平，不得残留缺陷。455.5.对钢桥面板制造（焊接）的要对钢桥面板制造（焊接）的要

33、求求5.25.2 焊接要素焊接要素（1）宜选用小线能量的焊接方法（如气体保护焊），以利于减小焊接变形。（2）原则上不得选用仰姿焊接，以利于改善工人劳动强度，避免焊缝外观、焊跟熔深、咬边等缺陷，进而稳定抗疲劳性能。（3）特殊细节的焊接U肋与面板角焊缝1:4.52=0.5mm4050焊丝说明：组装间隙0.5mm，且max1.0mm；钝边2mm；坡口角度（含自然角度）4050；焊丝与面板夹角（平焊时）1822，且焊丝指向焊跟中心线。图5.2焊丝角度465.5.对钢桥面板制造（焊接）的要对钢桥面板制造（焊接）的要求求5.25.2 焊接要素焊接要素横肋与面板和U肋的角焊缝施焊方向如图5.3所示，由俯姿向

34、立姿再向端部围焊连续施焊。角部不得停、熄弧。要求焊工掌握较高的技能。焊脚尺寸宜7mm。图5.3 施焊方向5.5.对钢桥面板制造（焊接）的要对钢桥面板制造（焊接）的要求求5.25.2 焊接要素焊接要素图5.4弧形切口围焊弧形切口、过焊孔处围焊由横肋两侧向端部围焊，一次完成连续施焊。焊缝端部成型不良时，用圆柱形超硬合金磨头打磨匀顺。485.5.对钢桥面板制造（焊接）的要对钢桥面板制造（焊接）的要求求5.25.2 焊接要素焊接要素（4）焊工技能培训具有资质的焊工应掌握以下运条技能：气体保护焊应掌握以下3种运条方法，根据焊缝的位置、类型、焊道数量，灵活应用运条方法，焊出外观、内部质量合格的焊缝。应掌握

35、在弧形切口、过焊孔等狭窄位置进行围焊，并焊出合格焊缝的技能。应掌握U肋与面板角焊缝熔透深度满足0.75t的施焊技能。图5.5 运条方法直线运条方法摆幅运条方法(三角波、正弦波）摆幅48mm，特殊情况摆幅20mm螺旋运条方法，摆幅412mm495.5.对钢桥面板制造（焊接）的要对钢桥面板制造（焊接）的要求求5.3 5.3 焊接变形控制技术焊接变形控制技术（1）焊接变形控制技术的复杂性焊接时局部加热产生的热循环效应必然使结构产生焊接变形。焊接变形可分为纵、横向收缩变形、角变形和扭转变形（包括翘曲变形）。焊接变形涉及面广、影响因素多（焊接方法、焊缝断面积、施焊顺序、约束条件、构件刚度等）、变形量离散率大。对于由薄板组焊成的钢桥面板，焊缝数量多、呈x、y、z三个方向分布，因