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高强螺栓连接钢板增强含裂纹横隔板的疲劳寿命评估*

材料写作网时间: 2023-04-09 15:10:05 阅读:次

曾剑波，陈卓异，谭胜，赵希成

(长沙理工大学土木工程学院，湖南长沙 410114)

横隔板是钢箱梁桥常用的结构形式。在车轮荷载作用下，横隔板与桥面板连成整体，有效降低荷载横向分布系数，提高正交异性钢桥面板的极限承载力。但横隔板需承担较大的面外弯曲应力，位于弧形切口处的疲劳裂纹为横隔板母材的主要疲劳病害之一，有效解决横隔板弧形切口疲劳问题迫在眉睫。横隔板弧形切口的疲劳性能受钢桥面板细部构造、焊接工艺及重载等因素影响较大，不少学者对其优化加固开展了研究。Choi J. H.等在弧形切口疲劳裂纹尖端处设置止裂孔进行加固，但当裂纹周围应变过大时，止裂孔并不能有效抑制裂纹的进一步扩展。祝志文等认为横隔板厚度大于12 mm时，弧形切口处疲劳裂纹应力幅小于截止应力幅，为无限疲劳寿命。陈卓异等认为优化弧形切口的圆弧半径、直线长度和倾角可降低其峰值应力。吴有俊等采用优化弧形切口+钢板补强的加固方案，应力降幅明显且加固后未产生疲劳裂纹。李传习等通过'止裂孔+弧形切口优化+双面补强钢板“的处治方案，采取较大的弧形切口半径、4 mm厚补强钢板和细化补强钢板参数等措施，有效提高了横隔板弧形切口处的疲劳寿命。既有研究对横隔板弧形切口疲劳裂纹的加固不够系统全面，补强钢板的位置和参数设计无相同标准，未考虑螺栓孔位对弧形切口边缘距离的影响，不能全面分析优化细部构造的影响因素。本文以实际存在疲劳病害的钢箱梁为研究对象，进行运营荷载动应变测试，得到局部构造细节的应力谱，基于雨流计数法预测构造细节的疲劳寿命，为后续优化加固策略制定提供依据。

1.1 弧形切口疲劳裂纹概况

某自锚式悬索桥，主跨采用正交异性钢桥面板结构，桥梁立面布置见图1。2014年对该桥进行病害检查，发现一定数量疲劳裂纹病害，主要包括横隔板弧形切口处疲劳开裂、横隔板与U肋交接处疲劳开裂、横隔板与桥面板连接处焊缝开裂等，其中横隔板弧形缺口疲劳开裂病害占全桥所有病害的77%。横隔板弧形缺口疲劳开裂病害多位于非吊点处10 mm厚横隔板的弧形切口位置，占该类病害的95%，且左幅弧形切口周边裂纹数量多于右幅，左幅弧形切口疲劳裂纹占67.8%。横隔板弧形缺口疲劳裂纹见图2。