試述公路鋼箱梁橋面板施工新技術(shù)

郭 合 維

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 鋼箱梁橋面板構(gòu)造

1.1 鋼橋面板的構(gòu)造

針對(duì)有著較大跨度的懸索橋和斜拉橋而言，鋼箱梁的自重占到了箱梁自重的1/5～1/6.5，而正交異性鋼板結(jié)構(gòu)橋面板的自重占到了鋼筋混凝土橋面板自重的1/2～1/3。因此，大跨度的橋梁極易受到其自重的影響，所以正交異性板鋼箱梁這一結(jié)構(gòu)形式發(fā)揮了較為顯著的作用。一般情況下，需要在鋼橋面板上對(duì)瀝青混凝土進(jìn)行鋪裝，使其形成單獨(dú)的層面，從而對(duì)鋼橋面板起到保護(hù)作用，同時(shí)也為車輛的走行性提供了方便。當(dāng)前，正交異性鋼橋面板主要是由鋼面板縱肋和鋼面板橫肋組成的，同時(shí)二者呈現(xiàn)出相互垂直的狀態(tài)。在對(duì)其進(jìn)行制造的過程中，將整個(gè)橋進(jìn)行等分處理，并在工廠對(duì)其進(jìn)行組裝，在組裝完成后將其吊裝在橋上，進(jìn)行節(jié)段間的工地連接。一般情況下，縱向肋和縱隔板是相互貫通的，而橫隔板和縱向焊縫以及縱肋下翼緣相交處要將其切割成弧形的缺口，并同其分開。

1.2 正交異性鋼橋面板構(gòu)造的改進(jìn)

就鋼橋面板而言，其一方面是主梁的上翼緣，一方面又承載著車輛所帶來的壓力。面板、橫肋以及縱肋三個(gè)薄板件在經(jīng)歷焊接后形成了鋼橋面板。同時(shí)在焊接的接口處要設(shè)置出弧形缺口，所以鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)節(jié)具有著一定的復(fù)雜性。當(dāng)車輛行駛的過程中，就會(huì)對(duì)各個(gè)部件產(chǎn)生作用力，因而在各個(gè)部件的交口處就會(huì)有復(fù)雜的局部應(yīng)力和變形產(chǎn)生，由此在設(shè)計(jì)鋼橋面板的過程中就要對(duì)疲勞問題進(jìn)行考慮。在縱肋以及面板之間的肋角焊接處以及縱橫肋交叉的弧形缺口處會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，而對(duì)于疲勞裂紋起到抗衡力最低的環(huán)節(jié)則是梁段之間鋼橋面板工地接頭處。

在對(duì)鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及對(duì)焊接進(jìn)行改造的過程中，能夠在一定程度上降低鋼橋面板產(chǎn)生裂紋的概率，經(jīng)過改進(jìn)后的鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)，能夠?qū)μ沾梢r墊單面焊雙面成型工藝進(jìn)行采用，針對(duì)U形肋而言，則對(duì)高強(qiáng)度螺栓對(duì)接拼接進(jìn)行了采用。在對(duì)鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)后，對(duì)工地接頭縱向U形肋助嵌補(bǔ)段的仰焊對(duì)接所具有的弊端進(jìn)行了有效的克服，對(duì)疲勞性能給予了有效的改善，同時(shí)也有效的避免了面板栓接拼接對(duì)橋面鋪裝層所帶來的消極影響。

2 試件的設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)概況

2.1 試件的設(shè)計(jì)和制造

針對(duì)試件而言，其能夠?qū)φ划愋凿摌蛎姘逡约昂爿d所引發(fā)的彎曲效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)還能夠?qū)︿摌蛎姘宓挠行挾纫约翱v肋間距進(jìn)行較為準(zhǔn)確的計(jì)算。鋼箱梁工地接頭處橋面板對(duì)單面焊雙面成型的焊接工藝進(jìn)行了選用，這一工藝在實(shí)施的過程中需要將陶瓷襯墊貼在鋼橋面板的內(nèi)側(cè)，從而使得焊縫下面的U形肋側(cè)壁在實(shí)現(xiàn)開口后有利于襯墊的通過。與此同時(shí)，需要注意的是要保證缺口的寬度，如果缺口的寬度相對(duì)較小，則會(huì)在一定程度上影響施工；如果缺口的寬度相對(duì)較大，則會(huì)在一定程度上增加附近局部的應(yīng)力。日本在對(duì)鋼箱梁橋的構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)寬度為75 mm和寬度為120 mm的缺口進(jìn)行了采用。

2.2 試驗(yàn)概況

1)加載方案。在實(shí)驗(yàn)的過程中將我國JTJ 021—89公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定作為參考依據(jù)，同時(shí)考慮到試件屬于單肋，因此在實(shí)驗(yàn)的過程中將加載的寬度設(shè)置為400 mm，使其能夠處于單輪寬度和雙輪寬度之間。在試驗(yàn)的過程中，將規(guī)格為420 mm×200 mm×12 mm的鋼板用于橋面鋪磚層的模擬，將規(guī)格為400 mm×300 mm×50 mm的橡膠塊用于車輪的模擬，進(jìn)行加載力的實(shí)驗(yàn)。

2)測點(diǎn)布置。要想更好的對(duì)缺口周圍面板上的應(yīng)力分布情況進(jìn)行研究，就需要在缺口周圍面板上對(duì)測點(diǎn)進(jìn)行布置，并保證所布置的測點(diǎn)具有一定的密集性，其中，在面板焊縫周圍設(shè)置12個(gè)測點(diǎn)，在跨件和試件焊栓接頭對(duì)稱的區(qū)域設(shè)置測點(diǎn)。

3)疲勞試驗(yàn)。在對(duì)試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的過程中，對(duì)試件1進(jìn)行選取，然后在焊栓接頭處對(duì)其進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，其所涉及到的荷載范圍是40 kN～90 kN，其循環(huán)次數(shù)為200萬次。通過對(duì)有限元的計(jì)算，能夠得出的是當(dāng)對(duì)試件的跨中加40 kN的荷載時(shí)，試件的跨中U形肋下表面所表現(xiàn)出的最大應(yīng)力和橋梁恒載作用下所表現(xiàn)出的最大應(yīng)力幾近相同；而在將其加到90 kN時(shí)，所涉及到的最大應(yīng)力和橋梁恒載作用下以及活載共同作用下所表現(xiàn)出的最大應(yīng)力幾近相同，因此將其作為疲勞試驗(yàn)的加載范圍。

3 試驗(yàn)結(jié)果的分析

3.1 豎向撓度

對(duì)各個(gè)測點(diǎn)在不同荷載等級(jí)下所表現(xiàn)出來的豎向撓度進(jìn)行測試后，能夠得出下述結(jié)論：第一，試驗(yàn)后所計(jì)算得的數(shù)值和計(jì)算數(shù)值有著高度的接近性，因此也就證明了實(shí)測值具有可信性；第二，在對(duì)試件跨中作用荷載的過程中，有限元的計(jì)算結(jié)果表明焊栓接頭處的撓度同焊栓接頭部位的撓度相比，要相對(duì)較小，究其原因是焊栓接頭部位U形肋的兩側(cè)腹板在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的螺栓連接后，外夾了兩塊拼接板，這也就提高了其厚度，因此也就在一定程度上增加了焊栓接頭部位的剛度。

3.2 疲勞強(qiáng)度

當(dāng)將其下限設(shè)置為40 kN，上限設(shè)置為90 kN時(shí)，對(duì)試件進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度的測試，在經(jīng)過200萬次的循環(huán)次數(shù)后，能夠得出試件1各個(gè)部位的撓度以及疲勞試驗(yàn)同之前相比并無較大的差距，這就從側(cè)面反映出了疲勞強(qiáng)度沒有對(duì)試件的剛度造成影響。在利用20倍的放大鏡對(duì)試件進(jìn)行觀察后，發(fā)現(xiàn)其并沒有產(chǎn)生裂紋；接著對(duì)其進(jìn)行分級(jí)靜載試驗(yàn)后，能夠得出各個(gè)測點(diǎn)所表現(xiàn)出的應(yīng)力大小和荷載的線性關(guān)系具有著相同的疲勞。由此得出，公路鋼箱梁正交異性橋面板結(jié)構(gòu)在對(duì)焊栓連接進(jìn)行運(yùn)用后，能夠取得較為顯著的抗疲勞性能。

3.3 局部應(yīng)力

在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后，能夠得出：第一，當(dāng)有外加荷載對(duì)試件進(jìn)行作用時(shí)，兩個(gè)試件的對(duì)側(cè)測點(diǎn)同實(shí)測應(yīng)力具有一定的對(duì)稱性；第二，在對(duì)焊栓接頭處加荷載的過程中，對(duì)兩個(gè)試件所表現(xiàn)出的實(shí)測應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，能夠發(fā)現(xiàn)試件1的橫向應(yīng)力同試件2的橫向應(yīng)力相比，其數(shù)值相對(duì)較小，而對(duì)于其他測點(diǎn)而言，試件1和試件2的實(shí)測橫向應(yīng)力具有一致性；第三，進(jìn)行跨中荷載的過程中，兩個(gè)試件測點(diǎn)所表現(xiàn)出的應(yīng)力具有高度的相同性，同時(shí)有著較小的數(shù)值，除此之外，焊栓接頭處對(duì)稱部位的縱向應(yīng)力以及橫向應(yīng)力能夠和焊栓接頭處對(duì)稱部分的縱向應(yīng)力以及橫向應(yīng)力保持高度的一致性；第四，試驗(yàn)過程中所表現(xiàn)出的應(yīng)力，在荷載增加的同時(shí)呈現(xiàn)出線性增加的趨勢，并且和計(jì)算值相符合。

4 結(jié)語

正交異性鋼橋面板工地接頭中的面板在對(duì)全熔透對(duì)接焊以及U形肋在兩側(cè)肋板實(shí)現(xiàn)摩擦型高強(qiáng)度螺栓拼接的技術(shù)進(jìn)行采用后，在對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)后，能夠得出U形肋圓弧缺口的寬度為50 mm，100 mm，同時(shí)這兩種構(gòu)造細(xì)節(jié)所表現(xiàn)出的連接剛度具有一定可靠性，實(shí)測的局部應(yīng)力也能夠小于設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力，所涉及到的疲勞強(qiáng)度也符合相關(guān)要求，所以，上述兩種構(gòu)造細(xì)節(jié)均能滿足相關(guān)的使用性能。