试述公路钢箱梁桥面板施工新技术

郭 合 维

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

1 钢箱梁桥面板构造

1.1 钢桥面板的构造

针对有着较大跨度的悬索桥和斜拉桥而言，钢箱梁的自重占到了箱梁自重的1/5～1/6.5，而正交异性钢板结构桥面板的自重占到了钢筋混凝土桥面板自重的1/2～1/3。因此，大跨度的桥梁极易受到其自重的影响，所以正交异性板钢箱梁这一结构形式发挥了较为显著的作用。一般情况下，需要在钢桥面板上对沥青混凝土进行铺装，使其形成单独的层面，从而对钢桥面板起到保护作用，同时也为车辆的走行性提供了方便。当前，正交异性钢桥面板主要是由钢面板纵肋和钢面板横肋组成的，同时二者呈现出相互垂直的状态。在对其进行制造的过程中，将整个桥进行等分处理，并在工厂对其进行组装，在组装完成后将其吊装在桥上，进行节段间的工地连接。一般情况下，纵向肋和纵隔板是相互贯通的，而横隔板和纵向焊缝以及纵肋下翼缘相交处要将其切割成弧形的缺口，并同其分开。

1.2 正交异性钢桥面板构造的改进

就钢桥面板而言，其一方面是主梁的上翼缘，一方面又承载着车辆所带来的压力。面板、横肋以及纵肋三个薄板件在经历焊接后形成了钢桥面板。同时在焊接的接口处要设置出弧形缺口，所以钢桥面板的构造细节具有着一定的复杂性。当车辆行驶的过程中，就会对各个部件产生作用力，因而在各个部件的交口处就会有复杂的局部应力和变形产生，由此在设计钢桥面板的过程中就要对疲劳问题进行考虑。在纵肋以及面板之间的肋角焊接处以及纵横肋交叉的弧形缺口处会产生疲劳裂纹，而对于疲劳裂纹起到抗衡力最低的环节则是梁段之间钢桥面板工地接头处。

在对钢桥面板构造细节进行设计以及对焊接进行改造的过程中，能够在一定程度上降低钢桥面板产生裂纹的概率，经过改进后的钢桥面板构造细节，能够对陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺进行采用，针对U形肋而言，则对高强度螺栓对接拼接进行了采用。在对钢桥面板构造细节进行改进后，对工地接头纵向U形肋助嵌补段的仰焊对接所具有的弊端进行了有效的克服，对疲劳性能给予了有效的改善，同时也有效的避免了面板栓接拼接对桥面铺装层所带来的消极影响。

2 试件的设计、制造及试验概况

2.1 试件的设计和制造

针对试件而言，其能够对正交异性钢桥面板以及恒载所引发的弯曲效应进行计算，同时还能够对钢桥面板的有效宽度以及纵肋间距进行较为准确的计算。钢箱梁工地接头处桥面板对单面焊双面成型的焊接工艺进行了选用，这一工艺在实施的过程中需要将陶瓷衬垫贴在钢桥面板的内侧，从而使得焊缝下面的U形肋侧壁在实现开口后有利于衬垫的通过。与此同时，需要注意的是要保证缺口的宽度，如果缺口的宽度相对较小，则会在一定程度上影响施工；如果缺口的宽度相对较大，则会在一定程度上增加附近局部的应力。日本在对钢箱梁桥的构造细节进行设计时，对宽度为75 mm和宽度为120 mm的缺口进行了采用。

2.2 试验概况

1)加载方案。在实验的过程中将我国JTJ 021—89公路桥梁设计通用规范中的相关规定作为参考依据，同时考虑到试件属于单肋，因此在实验的过程中将加载的宽度设置为400 mm，使其能够处于单轮宽度和双轮宽度之间。在试验的过程中，将规格为420 mm×200 mm×12 mm的钢板用于桥面铺砖层的模拟，将规格为400 mm×300 mm×50 mm的橡胶块用于车轮的模拟，进行加载力的实验。

2)测点布置。要想更好的对缺口周围面板上的应力分布情况进行研究，就需要在缺口周围面板上对测点进行布置，并保证所布置的测点具有一定的密集性，其中，在面板焊缝周围设置12个测点，在跨件和试件焊栓接头对称的区域设置测点。

3)疲劳试验。在对试件进行疲劳试验的过程中，对试件1进行选取，然后在焊栓接头处对其进行疲劳试验，其所涉及到的荷载范围是40 kN～90 kN，其循环次数为200万次。通过对有限元的计算，能够得出的是当对试件的跨中加40 kN的荷载时，试件的跨中U形肋下表面所表现出的最大应力和桥梁恒载作用下所表现出的最大应力几近相同；而在将其加到90 kN时，所涉及到的最大应力和桥梁恒载作用下以及活载共同作用下所表现出的最大应力几近相同，因此将其作为疲劳试验的加载范围。

3 试验结果的分析

3.1 竖向挠度

对各个测点在不同荷载等级下所表现出来的竖向挠度进行测试后，能够得出下述结论：第一，试验后所计算得的数值和计算数值有着高度的接近性，因此也就证明了实测值具有可信性；第二，在对试件跨中作用荷载的过程中，有限元的计算结果表明焊栓接头处的挠度同焊栓接头部位的挠度相比，要相对较小，究其原因是焊栓接头部位U形肋的两侧腹板在实现高强度的螺栓连接后，外夹了两块拼接板，这也就提高了其厚度，因此也就在一定程度上增加了焊栓接头部位的刚度。

3.2 疲劳强度

当将其下限设置为40 kN，上限设置为90 kN时，对试件进行了疲劳强度的测试，在经过200万次的循环次数后，能够得出试件1各个部位的挠度以及疲劳试验同之前相比并无较大的差距，这就从侧面反映出了疲劳强度没有对试件的刚度造成影响。在利用20倍的放大镜对试件进行观察后，发现其并没有产生裂纹；接着对其进行分级静载试验后，能够得出各个测点所表现出的应力大小和荷载的线性关系具有着相同的疲劳。由此得出，公路钢箱梁正交异性桥面板结构在对焊栓连接进行运用后，能够取得较为显著的抗疲劳性能。

3.3 局部应力

在对试验结果进行分析后，能够得出：第一，当有外加荷载对试件进行作用时，两个试件的对侧测点同实测应力具有一定的对称性；第二，在对焊栓接头处加荷载的过程中，对两个试件所表现出的实测应力进行对比，能够发现试件1的横向应力同试件2的横向应力相比，其数值相对较小，而对于其他测点而言，试件1和试件2的实测横向应力具有一致性；第三，进行跨中荷载的过程中，两个试件测点所表现出的应力具有高度的相同性，同时有着较小的数值，除此之外，焊栓接头处对称部位的纵向应力以及横向应力能够和焊栓接头处对称部分的纵向应力以及横向应力保持高度的一致性；第四，试验过程中所表现出的应力，在荷载增加的同时呈现出线性增加的趋势，并且和计算值相符合。

4 结语

正交异性钢桥面板工地接头中的面板在对全熔透对接焊以及U形肋在两侧肋板实现摩擦型高强度螺栓拼接的技术进行采用后，在对其进行了相关的试验后，能够得出U形肋圆弧缺口的宽度为50 mm，100 mm，同时这两种构造细节所表现出的连接刚度具有一定可靠性，实测的局部应力也能够小于设计的容许应力，所涉及到的疲劳强度也符合相关要求，所以，上述两种构造细节均能满足相关的使用性能。