焊接钢桥结构细节疲劳裂纹成因和解决对策.pdf

铁 道 建 筑 l8 RailwayEngineering 文章编号 ：1003—1995(2011)04—0018—04 焊接钢桥结构细节疲劳裂纹成因及解决对策 郭春华 ，任伟平 (1．绍兴市曹娥江袍江大桥建设工程指挥部 ，浙江 绍兴 311800；2．西南交通大学 ，成都 610031) 摘要 ：各种连接细节处不断出现的疲劳开裂是桥梁钢结构所面临的主要 问题之 一。在对焊接钢桥疲 劳 破坏特点及主要影响因素进行分析总结的基础上 ，结合我国钢桥所面临的疲劳问题现状 ，对十类典型结 构细节的疲劳破坏机理及特征进行 了研 究，总结出较大初始缺陷和小间隙处面外变形是导致 实桥焊接 细节发生疲劳破坏的两类最主要 因素。最后 ，提 出了防范焊接钢桥疲劳破坏的对策。 关键词：桥梁工程 疲劳破坏 分析研究 典型细节 破坏机理 中图分类号 ：U441 ．4 文献标识码 ：B 随着运营车辆总重和交通量的不断增加 ，桥梁钢 结构所面临的疲劳问题正变得 日趋严重。特别是 20 世纪 60年代以来 ，许多钢桥出现了各种形式的疲劳裂 纹 ，因疲劳断裂而酿成的灾难性事故也时有发生。根 据美国土木工程学会疲劳与断裂分委会的调查结果 ， 80％ ～90％的钢结构破坏均和疲劳有关 ，疲劳已成为 桥梁钢结构失效的主要形式之一。对我国来说 ，近些 年来各类形式钢桥数量正不断增加 ，一方面需要确保 大量新建钢桥构件 的疲劳设计强度满足要求 ，另一方 图 1 外层盖板端部疲劳裂纹 面急需对大量正在运营的既有钢桥的剩余疲劳寿命做 出正确判断，并对存在疲劳问题 的构件采取及时有效 1．2 平纵联节点板与主梁的连接 的方案进行修复。为更好解决这些 问题 ，就需要对焊 平纵联与主梁连接处的节点板通常需焊连到主梁 接钢桥结构细节疲劳裂纹的产生机理及解决对策进行 的翼缘 (连在翼缘侧边或搭在翼缘上面)或腹板上。 大量实例和试验研究表明，平纵联节点板连接焊缝端 研究。 部的疲劳强度相 当低，基本接近于各国规范疲劳强度 1 焊接钢桥易疲劳破坏 的典型细节 分级的最低等级 ，稍有不甚此细节极易产生疲劳开裂 破坏 。美国已有多座钢桥发现此类疲劳开裂破坏 (见 1．1 工形钢梁盖板端部连接 对局部焊有外层盖板的工形钢梁而言 ，无论盖板 图2)，如美国的LafayetteStreet桥、Hoan桥等 。 端部有无横向焊缝，还是改变盖板端部的几何形状 ，盖 板端部细节处的疲劳强度均很低 。大量实例和试 验研究表明，在车辆荷载作用下该细节极易产生疲劳 开裂破坏 ，且疲劳裂纹一般均萌生在盖板末端与翼缘 的连接角焊缝焊趾处。20世纪 70～80年代 ，世 界上 有多座钢板梁桥均出现 了此类疲劳裂纹 (图 1)，比较 典型的有 美 国的 Yellow MillPond桥，澳 大 利 亚 的 King’s桥 ¨ ，以及我国的京包铁路上的关沙河桥等。 图2 主梁腹板上平纵联节点板焊缝处的疲劳破坏 1．3 钢板梁横梁 (或横联)连接板端部连接 收稿 日期 ：2010—11—02；修 回日期 ：2011一O1—10 20世纪 80年代前国内外的钢桥设计规范只允许 作者简介 ：郭春华 (1968一 )，男 ，浙江嵊州人 ，高级工程师 。 2011年第 4期 焊接钢桥结构细节疲劳裂纹成因及解决对策 l9 横梁 (或横联)连接板端部与受