钢桁梁桥正交异性开口肋钢桥面板力学性能研究

摘要

正交异性板是一种用纵肋、横肋加强面板的结构，其相互作用、相互约束构成组合体，以组合体的形式发挥作用，是一种高效面板结构，在现实生活中有着广泛的应用。
　　 正交异性钢桥面板因自重轻、强度高、桥梁高度低、易加工制造、施工方便等独特的特性而被广泛应用于欧美各国的大跨度桥梁中。在八十年代，国内也引进了此项技术，先后在公路桥梁和铁路桥梁中被广泛使用，但是由于正交异性板复杂的结构形式、受力特性，桥面板出现了大量的疲劳破坏问题，此问题一直受到工程界及学术界的关注。
　　 本文以天津市海门大桥的正交异性钢桥面板的疲劳破坏为研究背景，总结分析海门大桥正交异性钢桥面板的裂纹破坏情况，建立了钢桁梁桥有限元模型和正交异性开口肋钢桥面板的有限元模型，开展对钢桁梁桥和正交异性开口肋钢桥面板的力学性能分析，并研究减小横肋缺口处应力集中的方法。文中比较了横肋缺口处不同半径的圆孔、不同横肋厚度、不同纵肋厚度、不同桥面板厚度以及不同桥面铺装层的弹性模量的正交异性钢桥面板的受力特性，还分析了横肋缺口处的最大应力集中部位和横肋弧形缺口处出现短小裂纹后对横肋缺口处应力集中的影响，并且分析了钢桁梁桥中的正交异性开口肋钢桥面板的应力集中情况。
　　 论文研究结果表明，增大横肋缺口圆孔半径和增大横肋厚度是减小正交异性开口肋钢桥面板应力集中、缓解钢桥疲劳断裂的比较简单有效的方法。正交异性开口肋钢桥面板横肋端部的圆孔缺口都有受拉区，最大拉应力发生在斜向下45度位置和斜向下30度位置附近，而其余位置的圆孔缺口则一侧受拉一侧受压，最大应力发生的位置也是斜向下45度和30度位置附近。横肋端部的圆孔缺口开裂能大大降低整个桥面板的应力。在长期的车辆荷载循环反复作用下，钢桥面板中横肋与纵肋翼缘的焊接部位先开裂，之后弧形缺口处才开裂。钢桁梁桥中正交异性钢桥面板的横肋翼缘与纵梁交叉处最容易出现疲劳裂纹，并且在每个节间交叉处应力集中值遵循先减小后增大的规律。以上研究结果与海门大桥的实际裂纹开展情况相符。