一、前言
大型公路鋼箱梁正交異性橋面板工地接頭即箱梁節(jié)段之間的連接，過去均采用全焊或高強(qiáng)度螺栓連接。各國實(shí)橋運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，這兩種連接方式各有不足。全焊連接時(shí)，U形肋嵌補(bǔ)段對接焊和肋角角接焊均處于仰焊位置施焊，而仰焊工作條件惡劣，施工周期較長，仰焊焊接質(zhì)量比俯焊難以保證，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)營后在這些焊接處容易產(chǎn)生疲勞裂紋。采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)（橋面板、縱向U形助），橋面鋪裝層因栓接接頭而受到削弱，給銷裝工藝和質(zhì)量控制帶來很大難度，鋪裝層容易產(chǎn)生裂紋、剝離等病害，而且螺栓用量大，造價(jià)高?；谝陨显颍罱霈F(xiàn)了一種新的連接方式，即橋面板用焊接（陶瓷襯墊單面焊雙面成型工藝），U形肋采用高強(qiáng)度螺栓連接。日本已將此方案作為首選方案納入設(shè)計(jì)規(guī)范。該方案克
服了全焊連接和全部栓接的各自缺點(diǎn)，可以說這是目前最先進(jìn)的連接方式。南京長江第二大橋南汊橋在我國首次采用這種連接方式，因?yàn)槭堑谝淮尾捎?，需通過模型試驗(yàn)和有限元分析來驗(yàn)證其連接剛度、局部應(yīng)力和疲勞性能。本文對正變異性橋面板工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)的演變進(jìn)行了綜述，并對該接頭的足尺試件進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析。
二、鋼橋面板工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)的演變
1.鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)節(jié)
對于大跨度懸索橋和斜拉橋，鋼箱梁自重約為 PC箱梁自重的1/5～1/6.5。正交異性鋼板結(jié)構(gòu)橋面板的自重約為鋼筋混凝土橋面板或預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板自重的1/2～1/3。所以，受自重影響很大的大跨度橋梁，正交異性板銅箱梁是非常有利的結(jié)構(gòu)形式。通常，在鋼橋面板上鋪裝瀝青混凝土鋪裝層，其主要作用是保護(hù)鋼橋面板和有利于車輛的走行性。近代正交異性鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)節(jié)，由鋼面板縱助和橫肋組成，且互相垂直。鋼面板厚度一般為12mm，縱肋通常為U形肋或球扁鋼肋或板式助，U形肋板厚一般為6mm或 8mm，橫梁間距一般為 3.4～4.5m，兩橫梁之間設(shè)一橫肋。
制造時(shí)，全橋分成若干節(jié)段在工廠組拼，吊裝后在橋上進(jìn)行節(jié)段間的工地連接。通常所有縱向角焊縫（縱向肋和縱隔板等）貫通，橫隔板與縱向焊縫、縱肋下翼緣相交處切割成弧形缺口與其避開。
2．正交異性鋼橋面板的疲勞及其工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)的改進(jìn)
鋼橋面板作為主梁的上翼緣，同時(shí)又直接承受車輛的輪載作用。如上所述，鋼橋面板是由面板、縱肋和橫助三種薄板件焊接而成，在焊縫交叉處設(shè)弧形缺口，其構(gòu)造細(xì)節(jié)很復(fù)雜。當(dāng)車輛通過時(shí)，輪載在各部件上產(chǎn)生的應(yīng)力，以及在各部件交叉處產(chǎn)生的局部應(yīng)力和變形也非常復(fù)雜，所以鋼橋面板的疲勞問題是設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)之一。自1966年英國Severn橋（懸索橋）采用扁平鋼箱梁以來，鋼橋面板陸續(xù)出現(xiàn)許多疲勞裂紋，主要產(chǎn)生的部位有縱助與面板之間的肋角焊縫、縱橫肋交叉的弧形缺口處，U形肋鋼襯墊板對接焊縫處等，其中梁段之間鋼橋面板工地接頭是抗疲勞最薄弱的部位。
由于鋼橋面板不可能更換，產(chǎn)生裂紋后修補(bǔ)又比較困難，50年來．通過一系列的試驗(yàn)研究和有限元分析，以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)和焊接不斷進(jìn)行了改進(jìn)，使得鋼橋面板產(chǎn)生裂紋的概率大大減少。這里僅介紹鋼橋面板工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的演變，過去采用的縱向肋焊接對接和高強(qiáng)度螺栓對接，改進(jìn)后的構(gòu)造細(xì)節(jié)，即面板對接采用陶瓷襯墊單面焊雙面成型工藝，U形肋采用高強(qiáng)度螺栓對接拼接。
改進(jìn)后的構(gòu)造細(xì)節(jié)既克服了工地接頭縱向U形肋嵌補(bǔ)段的仰焊對接，從而改善了疲勞性能，又避免了面板栓接拼接對橋面鋪裝層的不利影響。這種構(gòu)造細(xì)節(jié)在1999年建成的日本來島大橋、明石海峽大橋（懸索橋）和多多羅大橋（斜拉橋）中得到應(yīng)用。
三、試件設(shè)計(jì)和制造
根據(jù)《美國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（1994年版），用于計(jì)算正交異性鋼橋面板剛度和恒載引起的彎曲效應(yīng)時(shí)，與縱肋共同作用的鋼橋面板的有效寬度取縱肋間距。鋼箱梁工地接頭處橋面板采用單面焊雙面成型焊接工藝，面板內(nèi)側(cè)需貼陶瓷襯墊，因此焊縫下面的U形肋側(cè)壁須開缺口以便襯墊通過。缺口寬度過小不便于施工，寬度過大易導(dǎo)致附近局部應(yīng)力增加。日本的鋼箱梁橋在此種構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中采用的缺口寬度為75mm和120mm。
兩個(gè)足尺試件模擬南京長江第二大橋南汊橋的設(shè)計(jì)圖，取一個(gè)U形肋單元，跨長3750mm（實(shí)橋橫隔板間距），橋面板寬 600mm，厚 14mm， U形肋尺寸為 184mm*8mm*300mm，圓弧缺口寬度分為兩種，試件Ⅰ為50mm，試件Ⅱ?yàn)?00mm。
試件材質(zhì)為 16Mnq，屈服強(qiáng)度為 395MPa，拉伸強(qiáng)度為 540MPa。試件的制造嚴(yán)格按照《南京長江第二大橋南汊橋鋼箱梁制造規(guī)則》的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行，試件在工廠制造完成后，經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷和高強(qiáng)度螺栓檢查，全部合格。
大型公路鋼箱梁正交異性橋面板工地接頭即箱梁節(jié)段之間的連接，過去均采用全焊或高強(qiáng)度螺栓連接。各國實(shí)橋運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，這兩種連接方式各有不足。全焊連接時(shí)，U形肋嵌補(bǔ)段對接焊和肋角角接焊均處于仰焊位置施焊，而仰焊工作條件惡劣，施工周期較長，仰焊焊接質(zhì)量比俯焊難以保證，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)營后在這些焊接處容易產(chǎn)生疲勞裂紋。采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)（橋面板、縱向U形助），橋面鋪裝層因栓接接頭而受到削弱，給銷裝工藝和質(zhì)量控制帶來很大難度，鋪裝層容易產(chǎn)生裂紋、剝離等病害，而且螺栓用量大，造價(jià)高?；谝陨显颍罱霈F(xiàn)了一種新的連接方式，即橋面板用焊接（陶瓷襯墊單面焊雙面成型工藝），U形肋采用高強(qiáng)度螺栓連接。日本已將此方案作為首選方案納入設(shè)計(jì)規(guī)范。該方案克
服了全焊連接和全部栓接的各自缺點(diǎn)，可以說這是目前最先進(jìn)的連接方式。南京長江第二大橋南汊橋在我國首次采用這種連接方式，因?yàn)槭堑谝淮尾捎?，需通過模型試驗(yàn)和有限元分析來驗(yàn)證其連接剛度、局部應(yīng)力和疲勞性能。本文對正變異性橋面板工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)的演變進(jìn)行了綜述，并對該接頭的足尺試件進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析。
二、鋼橋面板工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)的演變
1.鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)節(jié)
對于大跨度懸索橋和斜拉橋，鋼箱梁自重約為 PC箱梁自重的1/5～1/6.5。正交異性鋼板結(jié)構(gòu)橋面板的自重約為鋼筋混凝土橋面板或預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板自重的1/2～1/3。所以，受自重影響很大的大跨度橋梁，正交異性板銅箱梁是非常有利的結(jié)構(gòu)形式。通常，在鋼橋面板上鋪裝瀝青混凝土鋪裝層，其主要作用是保護(hù)鋼橋面板和有利于車輛的走行性。近代正交異性鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)節(jié)，由鋼面板縱助和橫肋組成，且互相垂直。鋼面板厚度一般為12mm，縱肋通常為U形肋或球扁鋼肋或板式助，U形肋板厚一般為6mm或 8mm，橫梁間距一般為 3.4～4.5m，兩橫梁之間設(shè)一橫肋。
制造時(shí)，全橋分成若干節(jié)段在工廠組拼，吊裝后在橋上進(jìn)行節(jié)段間的工地連接。通常所有縱向角焊縫（縱向肋和縱隔板等）貫通，橫隔板與縱向焊縫、縱肋下翼緣相交處切割成弧形缺口與其避開。
2．正交異性鋼橋面板的疲勞及其工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)的改進(jìn)
鋼橋面板作為主梁的上翼緣，同時(shí)又直接承受車輛的輪載作用。如上所述，鋼橋面板是由面板、縱肋和橫助三種薄板件焊接而成，在焊縫交叉處設(shè)弧形缺口，其構(gòu)造細(xì)節(jié)很復(fù)雜。當(dāng)車輛通過時(shí)，輪載在各部件上產(chǎn)生的應(yīng)力，以及在各部件交叉處產(chǎn)生的局部應(yīng)力和變形也非常復(fù)雜，所以鋼橋面板的疲勞問題是設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)之一。自1966年英國Severn橋（懸索橋）采用扁平鋼箱梁以來，鋼橋面板陸續(xù)出現(xiàn)許多疲勞裂紋，主要產(chǎn)生的部位有縱助與面板之間的肋角焊縫、縱橫肋交叉的弧形缺口處，U形肋鋼襯墊板對接焊縫處等，其中梁段之間鋼橋面板工地接頭是抗疲勞最薄弱的部位。
由于鋼橋面板不可能更換，產(chǎn)生裂紋后修補(bǔ)又比較困難，50年來．通過一系列的試驗(yàn)研究和有限元分析，以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)和焊接不斷進(jìn)行了改進(jìn)，使得鋼橋面板產(chǎn)生裂紋的概率大大減少。這里僅介紹鋼橋面板工地接頭構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的演變，過去采用的縱向肋焊接對接和高強(qiáng)度螺栓對接，改進(jìn)后的構(gòu)造細(xì)節(jié)，即面板對接采用陶瓷襯墊單面焊雙面成型工藝，U形肋采用高強(qiáng)度螺栓對接拼接。
改進(jìn)后的構(gòu)造細(xì)節(jié)既克服了工地接頭縱向U形肋嵌補(bǔ)段的仰焊對接，從而改善了疲勞性能，又避免了面板栓接拼接對橋面鋪裝層的不利影響。這種構(gòu)造細(xì)節(jié)在1999年建成的日本來島大橋、明石海峽大橋（懸索橋）和多多羅大橋（斜拉橋）中得到應(yīng)用。
三、試件設(shè)計(jì)和制造
根據(jù)《美國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（1994年版），用于計(jì)算正交異性鋼橋面板剛度和恒載引起的彎曲效應(yīng)時(shí)，與縱肋共同作用的鋼橋面板的有效寬度取縱肋間距。鋼箱梁工地接頭處橋面板采用單面焊雙面成型焊接工藝，面板內(nèi)側(cè)需貼陶瓷襯墊，因此焊縫下面的U形肋側(cè)壁須開缺口以便襯墊通過。缺口寬度過小不便于施工，寬度過大易導(dǎo)致附近局部應(yīng)力增加。日本的鋼箱梁橋在此種構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中采用的缺口寬度為75mm和120mm。
兩個(gè)足尺試件模擬南京長江第二大橋南汊橋的設(shè)計(jì)圖，取一個(gè)U形肋單元，跨長3750mm（實(shí)橋橫隔板間距），橋面板寬 600mm，厚 14mm， U形肋尺寸為 184mm*8mm*300mm，圓弧缺口寬度分為兩種，試件Ⅰ為50mm，試件Ⅱ?yàn)?00mm。
試件材質(zhì)為 16Mnq，屈服強(qiáng)度為 395MPa，拉伸強(qiáng)度為 540MPa。試件的制造嚴(yán)格按照《南京長江第二大橋南汊橋鋼箱梁制造規(guī)則》的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行，試件在工廠制造完成后，經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷和高強(qiáng)度螺栓檢查，全部合格。