正交异性钢桥面板疲劳性能的影响分析

正交异性桥面板目录第 4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究 ..................................................................... .. 2 4.1 绪论 ..................................................................... (2)4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况 ..................................................................... (2)4.1.2 正交异性钢桥面板的疲劳细节 ..................................................................... ............... 9 4.2 虎门大桥疲劳裂纹现状及成因 ..................................................................... .. (18)4.2.1 虎门大桥疲劳裂纹现状 ..................................................................... .. (18)4.2.2 虎门大桥疲劳裂纹的成因分析 ..................................................................... ............. 22 4.3 正交异性钢桥面板局部应力分析 ..................................................................... .. (28)4.3.1 有限元分析模型 ..................................................................... . (28)4.3.2 单轮荷载作用下桥面板应力分布 ..................................................................... (30)4.3.3 跨中加载时横隔板处应力分析 ..................................................................... . (33)4.3.4 轮压荷载接触面积的影响分析 ..................................................................... . (33)4.3.5 双轴作用下桥面板应力分布...................................................................... .. (34)4.3.6 结论 ..................................................................... ................................................... 35 4.4 正交异性钢桥面疲劳裂纹加固方法研究 ..................................................................... (36)4.4.1 桥面疲劳裂缝的位置和形式 ..................................................................... . (36)4.4.2桥面疲劳裂纹加固的方法...................................................................... .. (37)4.4.3实际加固案例 ..................................................................... .. (39)4.4.4结论 ..................................................................... .................................................... 43 4.5 正交异性钢桥面板构造细节疲劳强度的研究 ..................................................................... .. (44)4.5.1 概述 ..................................................................... (44)4.5.2 焊接连接的疲劳评估 ..................................................................... (45)5.5.3 欧洲规范3有关疲劳强度规定 ..................................................................... . (47)4.5.4 肋板与桥面板的焊接连接的疲劳试验研究 (52)4.5.5 肋板与桥面板的焊接连接的试验数据统计分析 (61)4.5.6 结论 ..................................................................... ................................................... 65 4.6 小结 ..................................................................... .. (65)参考文献 ..................................................................... . (66)第 4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究 4.1 绪论4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况由于二战以后，德国钢材短缺，为节省材料，德国工程师建桥时采用了正交异性钢桥面板。

目录第4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究 (2)4.1 绪论 (2)4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况 (2)4.1.2 正交异性钢桥面板的疲劳细节 (9)4.2 虎门大桥疲劳裂纹现状及成因 (18)4.2.1 虎门大桥疲劳裂纹现状 (18)4.2.2 虎门大桥疲劳裂纹的成因分析 (22)4.3 正交异性钢桥面板局部应力分析 (28)4.3.1 有限元分析模型 (28)4.3.2 单轮荷载作用下桥面板应力分布 (30)4.3.3 跨中加载时横隔板处应力分析 (33)4.3.4 轮压荷载接触面积的影响分析 (33)4.3.5 双轴作用下桥面板应力分布 (34)4.3.6 结论 (35)4.4 正交异性钢桥面疲劳裂纹加固方法研究 (36)4.4.1 桥面疲劳裂缝的位置和形式 (36)4.4.2桥面疲劳裂纹加固的方法 (37)4.4.3实际加固案例 (39)4.4.4结论 (43)4.5 正交异性钢桥面板构造细节疲劳强度的研究 (44)4.5.1 概述 (44)4.5.2 焊接连接的疲劳评估 (45)5.5.3 欧洲规范3有关疲劳强度规定 (47)4.5.4 肋板与桥面板的焊接连接的疲劳试验研究 (52)4.5.5 肋板与桥面板的焊接连接的试验数据统计分析 (61)4.5.6 结论 (65)4.6 小结 (65)参考文献 (66)第 4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究4.1 绪论4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况由于二战以后，德国钢材短缺，为节省材料，德国工程师建桥时采用了正交异性钢桥面板。

早在1934年，Leonhardt教授就对此类桥面板进行了试验，并开发了相关的计算分析方法。

正交异性钢桥面板采用钢板下设纵横肋，上设铺装层作为桥面，纵肋有开口和闭口两种形式，如图4.1-1所示。

正交异性钢桥面板在现代钢桥中被广泛应用。

图4.1-1 正交异性钢桥面板示意1) 正交异性钢桥面板的优点：正交异性钢桥面板具有：(1) 自重轻，（2）可作为主梁的一部分参与共同受力；(3) 极限承载力大；（3）适用范围广等优点。

河南建材201812021年第4期[6]WANG J,TSE N C F,CHAN J Y C.Wi-Fi based occu-pancy detection in a complex indoor space under discon-tinuous wireless communication:A robust filtering based on event-triggered updating.Building and Environment,2019,151:228-239.[7]TARZIA S P,DICK R P,DINDA P A,et al.Sonar-basedmeasurement of user presence and attention[C]∥Proceed-ings of International Conference on UbiquitousComputing.Florida,2009:89-92.[8]CHEN Z,ZHU Q,MASOOD M,et al.EnvironmentalSensors based Occupancy Estimation in Buildings via IH-MM-MLR.2017,17(5):13-21.[9]CANDANEDO L M,FELDHEIM V.Accurate occupancydetection of an office room from light,temperature,humidity and CO2measurements using statistical learning models.En-ergy and Buildings,2016,112:28-39.[10]KLEIMINGER W,BECKEL C,SATTKE T,et al.Occu-pancy etection from electricty consumtion data[C]∥Pro-ceedings of the5th ACM Workshop on Embedded Systems for Energy-Efficient Buildings.Italy,ACM,2013:1-8.浅谈正交异性钢桥面板的发展王玉娇1韩阿慧21甘肃省公路航空旅游投资集团有限公司（730030）2西安长安大学工程设计研究院有限公司（710061）摘要:正交异性钢桥面板在国内外大中跨度的现代钢桥中已得到广泛应用。

第11卷第12期中国水运V ol.12N o.112011年12月Chi na W at er Trans port D ecem ber 2011收稿日期：2011-09-25作者简介：王华毅（1987-），男，福建人，同济大学桥梁工程系硕士研究生，主要从事桥梁工程研究。

吴冲（6），男，福建人，同济大学教授，主要从事桥梁工程研究。

基金项目：国家科技支撑计划项目（B G 5B ，B G 5B 3），浙江省交通运输厅科技计划项目（）拱塔斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳荷载应力幅分析王华毅，吴冲，杨国涛（同济大学桥梁工程系，上海200092）摘要：以杭州市之江大桥为例，分别采用杆系与板壳子结构相结合的全桥模型和节段板壳有限元模型，对拱塔斜拉桥钢桥面板典型构造细节疲劳荷载应力幅进行分析。

计算结果表明，第一体系受力对正交异性板某些构造细节应力幅影响不大，采用节段板壳有限元模型得到的第二、第三体系受力的应力幅与全桥模型较为接近，可用于拱塔斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳荷载应力幅分析。

关键词：拱塔斜拉桥；正交异性钢桥面板；有限元模型；疲劳；荷载效应；应力幅中图分类号：U 441文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）12-0182-03一、引言正交异性板有开口和闭口加劲肋两种结构形式，闭口肋正交异性板由于抗弯抗扭刚度大、用钢量少，在大跨度桥梁中得到广泛采用。

但是近年来国内外出现了许多U 肋钢桥面板的疲劳病害，使钢桥面板的使用寿命不能满足桥梁设计使用年限的要求。

根据调查U 肋正交异性板的典型疲劳病害可归纳为5种类型：①为顶板与U 肋焊缝处的顶板纵向裂纹；②为U 肋与顶板焊缝的纵向裂缝；③为U 肋下缘对接焊缝的裂缝；④为U 肋上端过焊孔处U 肋的裂纹；⑤为U 肋下端过焊孔处横隔板裂缝[1]；如图1所示。

图1钢桥面板疲劳病害示意图由于钢桥面板的病害主要是发生在局部，疲劳荷载应力幅分析必须考虑轮载作用下局部荷载效应的影响。

正交异性钢桥面板顶板纵向疲劳开裂有限元分析朱丽【摘要】本文研究了钢箱梁正交异性桥面板顶板,分析了正交异性钢桥面板顶板与U型纵肋连接处的受力特征.车轮荷载在顶板处产生较大的局部面外弯曲应力,而焊接部位有初始损伤,且存在较大的应力集中,因此顶板纵肋连接处易出现纵向疲劳开裂.因此,使用ABAQUS有限元软件建立正交异性钢桥面板的整体数值计算模型,并分析了其受力特征.【期刊名称】《河南科技》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】2页(P132-133)【关键词】正交异性钢桥面板;疲劳开裂;有限元【作者】朱丽【作者单位】广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心,广东广州 510030【正文语种】中文【中图分类】U441.4正交异性钢桥面板直接承受车轮荷载的作用，具有较短的影响线，且焊接连接较多，存在焊接残余应力和应力集中，易产生疲劳开裂。

正交异性钢桥面板的疲劳开裂会引起铺装病害，影响行车的舒适度和安全性。

如果放任疲劳裂缝发展，则可能危及结构的安全［1］。

顶板的开裂有两种形式，一种是从焊根处萌生，另一种是从焊趾处萌生。

本文采用有限元的方式分析正交异性钢桥面板顶板纵肋连接处的应力［2］。

具体地，以某桥钢箱梁正交异性桥面板顶板为研究对象，钢主梁采用Q345QD钢材，纵肋为U型肋，面板厚度16mm，U型肋厚8mm，高300mm，顶板处宽300mm，U型肋之间中心间距600mm。

1 有限元应力分析1.1 有限元模型使用ABAQUS有限元软件建立顶板模型，如图1所示。

采用4节点减缩积分单元，模型网格最小尺寸为25mm×25mm，设在中间位置；其余部位的网格尺寸适当放大，以减小模型，加快计算速度。

考虑纵向未建模部分对顶板的约束作用，顶板纵向边缘约束竖向位移。

横隔板两端约束竖向和横桥向的位移，以及绕竖向和绕纵桥向的扭转约束。

节段两端的顶板约束纵桥向的位移，以及绕横桥向和绕竖向的扭转约束。

图1 正交异性钢桥面板有限元模型荷载采用公路Ⅰ级车辆荷载标准值，考虑冲击系数为0.05。

基于名义应力的城市钢桥面板疲劳寿命分析*摘要：正交异性钢桥面板承受着车辆动荷载的反复作用，容易造成疲劳累计损伤，出现钢桥面板的疲劳开裂现象。

为研究某城市桥梁钢桥面板的疲劳寿命，建立钢桥面板三维有限元模型，选取钢桥面板4种典型的疲劳细节，确定最不利加载方式，并根据实测得到的城市车辆荷载频值谱，计算相应的应力历程和应力谱，从而评估各个疲劳细节的疲劳寿命。

结果表明：在城市车辆荷载频值谱作用下，某城市钢桥4种疲劳细节的最大应力幅值均小于常幅疲劳极限，即钢桥面板具有无限寿命。

关键词：正交异性钢桥面板；城市车辆荷载；疲劳寿命分析；疲劳强度由相互垂直的纵、横向加劲板和桥面顶板焊接而成的正交异性钢桥面板具有轻质、高强、施工快等优点，已广泛应用于大中跨度的现代公路钢桥中［1］。

20世纪后期为满足我国城市发展的需求，正交异性钢桥面板得到了迅猛的发展。

然而由于承受着车辆动载的反复作用而造成的疲劳累积损伤，钢桥面板易出现疲劳开裂现象，这种现象已在英国、德国、法国等钢桥面板应用较早国家的许多实桥中出现［2］。

因此，在钢桥面板设计过程中需要重视疲劳分析所涉及到的钢桥面板结构分析、应力计算、疲劳强度、车辆荷载谱等问题［3］。

由于城市桥梁的疲劳荷载与公路桥梁的疲劳荷载有较大不同，本文对城市钢桥面板在车辆荷载作用下的疲劳寿命进行了研究，为城市钢桥疲劳分析提供参考。

1 城市桥梁疲劳荷载从已有的文献看，童乐为［4］、陈惟珍［5］和王春生［6］等对上海市进行了城市道路桥梁疲劳荷载的研究，华南理工大学的王荣辉［7］对广州市进行了城市道路桥梁疲劳荷载的研究。

虽然我国城市道路桥梁疲劳荷载的研究取得了一些成就，但是相对公路疲劳荷载谱，城市道路桥梁疲劳荷载的研究还是比较缓慢。

在2012年期间，通过对某城市钢桥的交通量、车辆轴重、车辆轴距等参数的调查和统计分析，得出相应的车辆荷载频值谱。

进一步根据等效疲劳损伤原理将其简化为由6辆疲劳荷载模型组成的具有实用性的车辆荷载频值谱，如表1所示。