正交异性钢桥面板疲劳细节优化论文
正交异性钢桥面铺装的问题及对策
中铁大桥科学研究院有限公司
超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
2.2、超高性能混凝土材料性能研究
技术特点 超高性能混凝土在桥梁结构中应用的技术特点
抗压强度和抗拉强度高 结构形式多样化、轻型化、薄壁化 缺陷少、耐久性能好 全寿命周期内成本较低 超高韧性 有利于提高结构的抗震和疲劳性能 工作性能好 施工、养护方便
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龄期
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收缩（10-6）
超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
2.2、超高性能混凝土材料性能研究
收缩
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参照GB/T 50082-2009中第8
1、正交异性板和铺装层病害及原因分析
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超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
1.1、正交异性钢桥面板和铺装层病害
虎门大桥
Байду номын сангаас
江阴长江大桥
苏通长江大桥
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杭州湾大桥
超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
1.1、正交异性钢桥面板和铺装层病害
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正交异性钢桥面板疲劳验算
正交异性钢桥面板疲劳验算
正交异性钢桥面板疲劳验算
国内外已得到广泛应用的正交异性钢桥面板在车辆荷载的作用下容易疲劳开裂,可是目前各国公路桥规还没有其疲劳验算的细则.本文对钢桥疲劳验算所涉及的诸如荷载、结构分析、低应力幅处理、焊接节点的疲劳强度、验算方法等问题进行了探讨,并通过一个实例来加以说明.
作者：童乐为沈祖炎 Tong Lewei Shen Zuyan 作者单位：同济大学刊名：土木工程学报 ISTIC EI PKU 英文刊名： CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL 年，卷(期)：2000 33(3) 分类号：U44 关键词：钢桥面板结构分析焊接节点疲劳强度疲劳验算。
正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究
熔透焊对疲 劳试件 的疲 劳性 能无 改善 ，反而略低 于单 侧熔透 ７ ５ 焊 。对 连接构造试 件 的疲 劳试验 数据进行 ｓ — Ｎ 曲线 回归分析表 明，连接构造可归为铁路桥梁钢结构设计规范 中的 Ⅸ 类构造 ，当破 坏循环次数 为 ２ Ｘ １ ０ 时 ，
正 交 异性钢 桥 面板承 受荷 载作用 时 ，其纵 肋腹 板与 面板 的连接 构造 （ 简 称 为连接 构造 ）会发 生较 大 的面外 变形 。该变 形在 连接 构造处 产生 ３ 个 互相
展 ，又 可能 沿 面板厚度 方 向或纵 肋腹 板厚度 方 向扩
展 （ 如 图 ２所示 ） ，裂 纹会 逐渐 穿透 桥面 的铺装层 ， 严 重威 胁行 车安 全 。
面板厚度配合及制造工艺共 ５ 组４ ８ 个 连接构 造试 件的疲劳试验 ，研 究正交异性钢桥面板 纵肋腹板 与面板连接构 造 的疲 劳性 能及 疲劳设计 ｓ —Ｎ 曲线 。研究结果表明 ：当 １ ２ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 厚 的面板搭 配 ８ ｎ 吼 厚 的纵肋腹板 时 ，试件发 生沿 面板厚度方 向的剪切破坏 ，疲 劳性能较 差 ；当面板 厚度从 １ ４ ｒ 啪 增至 １ ６ ｒ ｍ 时 ，试件 的疲 劳性能 有所提
装夹头与 日本鹭官 士２ ０ ０ ｋ Ｎ液压伺 服疲劳试验机 的作动器相连 ，试验机的加载精度为 ０ ． １ ｋ Ｎ。图 ４ 中的疲劳试件在循环荷载作用下 ，主要承受 以弯曲 应力为主的拉弯混合应力，与实桥连接构造的受力 状态 基本一 致 。
平衡的弯矩。当纵肋腹板的内侧弯矩大于外侧弯矩 时 ，疲 劳裂 纹将 在连 接纵肋 腹 板与 面板 的焊缝 焊趾
基于3d-dic的正交异性钢桥面板横隔板开口处疲劳性能试验研究
ｄｅｃｋ. Ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃａｎ
的横隔板开口部位抗疲劳性能增强ꎬ并且能充分利用材料性能来抵抗疲劳破坏. 但开口部位也出
现了局部屈服现象ꎬ为防止实际应用过程中产生过大的塑性变形ꎬ其结构形式需进一步优化.
关键词: 正交异性钢桥面板ꎻ横隔板ꎻ数字图像相关ꎻ疲劳性能ꎻ局部屈服ꎻ应变场ꎻ位移场
中图分类号: ＴＵ３１７. ３ 文献标志码: Ａ 文章编号: １００１ － ０５０５(２０１９)０６￣１１１６￣０８
( １ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１８００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
( ２ ＣＣＣＣ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８８ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｏｐｅｎｉｎｇｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋｓ ｗａｓ ｓｔｕｄ￣
第 ４９ 卷第 ６ 期
２０１９ 年 １１ 月
东南大学学报( 自然科学版)
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＥＡＳＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ( Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ)
ＤＯＩ:１０. ３９６９ / ｊ. ｉｓｓｎ. １００１ － ０５０５. ２０１９. ０６. ０１４
正交异性钢桥面板制造施工关键技术
正交异性钢桥面板制造施工关键技术摘要：在九江长江大桥（一桥）公路正桥加固改造项目施工过程中，我们针对项目特点，采用焊接反变形控制、纵横梁铣边等工艺方法保证单元件制造精度及效率，总拼施工中采用反拼法施工、主焊缝贴陶瓷衬垫单面焊双面成形工艺、全站仪监测定位制孔方法保证成品质量和栓孔精度。
此项技术研究解决了工厂制造及总拼施工存在的难题，为以后正交异性钢桥面板施工项目提供了参考意义。
关键词：九江长江大桥公路正桥加固改造；制造精度；栓孔精度；总拼方案0引言九江长江大桥加固改造项目是国内首座公铁两用大型桥梁加固改造项目，公路正桥采用正交异性钢桥面板结构，区别于普通桥梁的受力要求，受力复杂，制造精度和质量标准高，给成品梁制造、焊接变形控制、制孔精度以及安装匹配精度都带来了很大的难度。
改造后的正桥主桁结构不变，如何在保证精度质量的情况下，尽快完成本项目制造是本文阐述的主要内容。
1工程概况九江长江大桥是国道G109和京九铁路的重要过江通道，公路正桥改造采用正交异性钢桥面板整体置换公路横梁以上部分，减少恒载重量，消除正桥公路桥面系目前存在的病害，保证公路及铁路运营安全，提高行车舒适性。
正桥位于两桥头堡之间，由四联组成，共11孔钢梁，全长1806.712米。
桥面板采用纵横向分块、整体制造、运输和安装，现场采用栓焊结合的方式连接。
1.跨径布置正桥共11孔，自北向南为：两联3*162M连续钢桁梁，一联180M+216M+180M 用柔性拱加劲的钢桁梁和一联2*126M连续钢桁梁，正桥全长为1806.712M,全桥钢桥面板有200个节间（节间长9M）,共有204片。
图1-2 正桥总体布置/M1.结构形式正交异性钢桥面板整体桥面结构由纵梁、横梁及其加劲的钢桥面板组成，纵横梁为T形梁结构，桥面结构的纵梁布置及纵梁间距与原设计一致。
纵梁孔群须与原设计钢桁梁支座孔群相匹配。
图1-2底面平面图及横断面图2关键施工技术2.1 构件制造精度控制九江长江大桥正交异性钢桥面面板、纵梁10M长，下料切割会有旁弯影响、构件拼焊过程中焊接变形、板面板U肋拼装精度不高都会。
新型镦边U肋正交异性钢桥面板疲劳设计参数研究
新型镦边U肋正交异性钢桥面板疲劳设计参数研究黄懋科;罗雪峰【摘要】传统正交异性钢桥面板疲劳问题突出,为提高其疲劳性能,对传统桥面板的细节设计进行改进,提出新型镦边U肋钢桥面板结构;通过建立基于BP神经网络的多目标优化模型进行该新型疲劳细节的优化设计,最终确定合理的构造细节.研究表明:所提出的新型镦边U肋正交异性钢桥面板,显著降低了顶板与U肋间焊缝的局部应力集中程度,该细节处疲劳性能得到明显改善,从细节优化角度为改善正交异性钢桥面板此处疲劳细节的疲劳性能提供了较好的解决方案,是具有良好发展前景的构造细节.【期刊名称】《四川建筑》【年(卷),期】2017(037)003【总页数】4页(P153-156)【关键词】正交异性钢桥面板;新型镦边U肋;疲劳性能;BP神经网络;多参数优化设计【作者】黄懋科;罗雪峰【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】U441+.4正交异性钢桥面板因为其自重轻、传力整体性好、承载能力大、施工速度快等优点被广泛应用于现代桥梁的设计建造中。
但是正交异性钢桥面板在具有诸多突出优点的同时，构造复杂，焊缝较多，应力集中问题突出，在局部轮载的反复作用下，其疲劳问题十分突出[1-3]，已成为现在桥梁发展的重要制约因素，是当下研究的重点与难点问题。
正交异性钢桥面板顶板与纵肋连接构造及横肋与纵肋连接构造作为正交异性钢桥面板的疲劳病害最为突出的部位，国内外学者对其优化设计进行了大量研究，但仍然存在较高的疲劳开裂风险[4-6]。
发展新型桥面板结构是正交异性钢桥面板疲劳研究的发展趋势和方向，改进传统桥面板的细节设计是解决正交异性钢桥面板疲劳问题的重要途径。
为此引入新型镦边U肋构造细节，以改善顶板与纵肋处的疲劳性能。
此处采用参数化的有限元实体仿真分析，针对新型U肋与面板连接构造各关键疲劳细节的耦合影响，建立基于BP神经网络的多目标优化模型，提出一种多参数、多细节的优化设计方案。
浅谈正交异性钢桥面板的发展
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。
正交异性钢桥面板疲劳性能的局部构造效应
ｏ ｆ ｆ ａ ｉ ｔ ｇ ｕ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｒ ｉ ｂ — ｔ ｏ — ｄ ｅ ｃ ｋ ｗ ｅ ｌ ｄ ｅ ｄ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ｏ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ｓ ．Ｗｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｆ ｌ ｏ ｎ ｇ ｉ ｔ ｕ ｄ ｉ ｎ ａ ｌ
隔板 设 置和纵 肋 厚度 导致 纵肋 对接 焊接 细 节 的疲 劳效 应存 在 显著 差 异． 在 此基 础 上进 一步 研 究 了桁 架 式纵 隔板对 ２类焊 接细 节疲 劳效 应 的影 响 范 围． 对 于 顶板 一 纵 肋焊 接 细 节 ， 影 响 范 围为 以
纵 隔板一 顶板 节 点为 中心 ， 顺、 横 桥 向长度 均 为 ０ ． ６ ｍ 的矩 形分 布 区； 而 对 于纵 肋 对接 焊 接 细 节 ， 影 响范 围为 以纵 隔板 的顺桥 向截 面 为 中心 ， 宽度 为 ０ ． ６ ｍ 的长 带 状分布 区．
（ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆＣ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｅｓ ｒ ｏ ｆＭｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
关键 词 ： 钢 箱梁 ； 正 交异 性钢桥 面板 ； 疲劳 ； 局部 构造 效 应 ； 有 限元模 型 中 图分类 号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． ２ ９ 文献 标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ １ — ０ ５ ０ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ４ ０ ３ － ０ ６
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正交异性钢桥面板疲劳细节优化
摘要：作为早期公路钢桁梁桥破损桥面板更新的主要选择，正交异性钢桥面板已得到应用。
为了适应近年来日益增长和加重的车辆轮载，需要对钢桥面板进行疲劳细节的优化。
本文采用montecarlo方法模拟50年的疲劳荷载作用，借助三维有限元模型获得两种闭口肋的疲劳细节影响面，运用经典的雨流计数法研究其疲劳损伤度。
结果表明相同尺寸下，u形截面常见疲劳细节的受力优于v形截面，疲劳寿命大于v形截面。
关键词：栓焊桁梁桥；钢桥面板；疲劳细节优化；闭口肋
abstract: as the early highway steel truss bridge damage the main selection panel update, orthotropic steel bridge panel has been applied. in order to meet the increasing in recent years and aggravation of the vehicle wheel load, need to steel bridge panel fatigue of the detail of the optimization. in this article, the method of 50 years of simulation montecarlo fatigue load, with the aid of the three dimensional finite element model for two silent ribs fatigue details the extent, using the classical rain flow count method to study the fatigue degree. the results show that under the same size, u shape section of the detail of the stress fatigue common better than v section, fatigue life than v section.
keywords: bolt welding truss; bridge steel plate; fatigue
details optimization; silent rib
中图分类号：u448.36 文献标识码：a文章编号：
引言
正交异性钢桥面板结构复杂，存在大量焊接构造，制造施工要求较高，疲劳问题显著，在车轮荷载长期反复作用下，焊缝易开裂。
本文根据正交异性钢桥面板中闭口纵肋常用的两种截面形式：u形截面、v形截面，选取四个横梁间距建立正交异性钢桥面板局部有限元模型，计算单轮荷载作用下常见疲劳细节的影响面，用雨流法进行疲劳损伤度计算，对两种不同截面形式的闭口纵肋进行对比分析。
由于历史局限性，我国早期公路栓焊桁梁桥的设计荷载等级普遍较低，其桥面系构造为钢纵横梁其上叠加预制砼桥面板，由于使用分布数量较少的刚性剪力键固定，纵横梁与混凝土板之间的叠合作用较弱。
近十几年来，大部分栓焊钢桁梁桥所通行的车辆载重及流量均远超原设计水平，而且桥梁结构深受各种形式病害的侵扰，主要表现在桥面板破损导致的钢结构锈蚀、纵横梁不当连接导致的疲劳裂纹等。
（1）桥面板的破损导致防水失效，雨水及垃圾聚集形成恶劣的锈蚀环境，使得下承式桁梁的h型下弦、纵横梁、人行托架根部及下平联节点处遭受严重的锈蚀。
图 1给出了因桥面板破损渗漏水严
重形成纵横梁恶劣的锈蚀环境。
（2）栓焊桁梁桥的钢结构裂纹主要由疲劳产生，且疲劳裂纹多发生在桥面系纵横梁连接处的连接角钢和纵梁腹板切口处，原因有两方面：一方面，纵梁在横梁处断开，并采用柔性的角钢连接，纵梁间不设置鱼形板，假定此处仅传递竖向剪力。
然而，纵梁栓接接头总是存在一些抵抗力矩，梁端转动使连接角钢发生了畸变。
因此连接角钢较容易撕裂；另一方面，工字形截面的纵梁与横梁连接时，上端的翼缘被切除以避让横梁翼缘，这样大大减小了纵梁的截面模量，这部分纵梁的抗弯能力被显著削弱，出现很大的应力幅，造成纵梁腹板切口处出现裂纹。
栓焊钢桁梁桥的主桁、联结系和桥面系组成了近似箱形截面的空间受力分布特性，具备较强的承载潜力，其更新加固工程主要包括两方面：砼桥面板的更换与钢结构的除锈涂装维修。
鉴于正交异性钢桥面板具有重量轻、强度高、安装迅速、可根除现有钢桁梁桥病害的细节构造等优势，在桁梁桥桥面板更新加固中成为强有力的推荐方案。
本文介绍了正交异性钢桥面板在某桁梁桥桥面板更新加固中的应用与相关的问题。
通过建立三维有限元模型，并结合实桥试验，考察了钢桥面板与原纵横梁的协同工作状况。
不同加载工况的对比分析表明更新的钢桥面板与原纵横梁叠合作用明显，增强了结构刚度，降低了纵横梁结构的应力，有效增强了既有桥梁的承载能力。
钢桥面板疲劳分析流程
正交异性钢桥面板的疲劳特性主要体现在，其疲劳细节分析流程如图 1所示。
疲劳细节及分级
钢桥面板容易开裂的部位主要是焊接连接点，即钢桥面板各部件连接处的焊缝。
当然也有因应力集中导致易开裂的部位，如横梁腹板的开孔处。
结合国外文献中已经报道的疲劳裂纹位置，绘制了典型的闭口纵肋正交异性钢桥面板易于产生疲劳裂纹的关键部位。
本文选取计算的疲劳细节如表 1所示。
疲劳性能分析
有限元模型
局部有限元模型纵桥向取四个横梁间距，相邻横梁间距2米，横桥向共计15个纵肋，相邻纵肋间距0.6米，总宽度9.5米。
纵肋、横梁采用shell63单元，桥面铺装采用solid64单元。
将跨中横梁与最外侧两个横梁下翼缘的平动与转动位移全部约束，为了模拟纵梁对正交异性板真实的支撑作用，将梁单元与正交异性板横梁下翼缘底部位移耦合，使其位移一致。
影响面计算
以轮迹带中心线为中心，影响面计算范围在横桥向为一个轮迹带分布宽度，即1.1m。
根据先前计算横桥向影响线的精度来看，横桥向50mm间距一个工况即可保证计算精度。
因此确定每个纵桥向
影响线的间距50mm，总共计算23条纵桥向影响线。
影响面纵桥向长度为6m，纵桥向影响线上每隔100mm为一个计算工况，每条纵桥向影响线共61个工况。
疲劳寿命
将钢桥面板各疲劳细节的抗力按照eurocode中相关规定执行，为保持一致，在疲劳寿命分析中选用eurocode规范中的疲劳曲线。
利用抽样法计算轮载作用下钢桥面板各细节的疲劳寿命，并利用简化法计算eurocode等效轴重作用下钢桥面板各细节的疲劳寿命。
根据图 1的疲劳寿命计算流程分布计算u型肋和v型肋钢桥面板的疲劳细节寿命，并将疲劳分析计算结果列于表 2中。
通过以上表中数据对比可知，相同尺寸的u形闭口肋累积损伤小于v形闭口肋，疲劳特性优于v形纵肋，具有更长的疲劳寿命。
两种闭口肋常见疲劳细节的疲劳寿命都有很大的富余，能够满足使用要求。
结论
通过有限元模型计算结果的对比分析可以发现，当闭口肋开口宽度、高度、厚度相同时，u形肋常见疲劳细节的疲劳性能要优于v形肋，具有更长的疲劳寿命，能够满足使用年限的要求。
在大跨度栓焊结构中u形闭口肋可以比v形闭口肋更好地改善正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题，增强疲劳细节的耐久性。
参考文献
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[2]熊健民，叶勇，余天庆．正交异性钢桥面板的疲劳寿命评估[j] ．世界桥梁，2003，3 ：24-27
[3]童乐为，沈祖炎．钢桥面板纵肋现场对接焊头的疲劳性能[j] ．同济大学学报，1998，26(2) ：130-133
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[7]童乐为，沈祖炎，陈忠延．正交异性钢桥面板疲劳验算时的结构分析[j] ．上海力学，1998，19(3) ：204-212
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。