钢桥面板纵肋-盖板连接基于疲劳寿命预测方法的疲劳性能研究

本项目针对城市与公路大中跨径桥梁中常用的正交异性钢桥面板结构形式，拟系统地开展U形闭口纵肋与桥面盖板连接的疲劳性能及其实用设计验算方法的研究。本项目将通过理论分析与数值模拟相结合的方法，并辅以验证性的模型试验，着重研究焊接方式、未融透状况以及焊漏现象、纵肋腹板的加工方式等对纵肋-桥面板连接焊缝的疲劳性能的影响，进而提出该类构造节点的工程设计方法。本项目采用疲劳寿命预测方法研究正交异性钢桥面板焊接构造的疲劳性能，能为促进钢桥面板的可靠性与耐久性提供技术支撑，具有较大的理论意义和工程价值。

本项目针对城市与公路大中跨径桥梁中常用的正交异性钢桥面板结构形式，系统地开展了U形闭口纵肋与桥面盖板连接的疲劳性能及其实用设计验算方法的研究。根据最新的国内外文献调研和研究成果，本项目增加了对新型热轧纵肋形式的正交异性桥面板受力性能的分析，以响应我国工程界对提高正交异性桥面板疲劳性能的迫切需要。本项目分析了正交异性桥面板纵肋-盖板连接焊缝处裂缝形成的主要原因，并对正交异性桥面板纵肋与桥面盖板焊接构造节点进行了以数值模拟为主的疲劳性能研究。本项目确定了新型正交异性钢桥面板结构的尺寸，并与现有典型正交异性钢桥面板的受力进行了对比分析，包括：整体模型下对比两种桥面板纵肋-盖板接头在轮压荷载下的力学性能；局部模型下用名义应力法估算两种桥面板典型交通量下焊接接头疲劳寿命；细化局部模型下用热点应力法分析两种桥面板纵肋-盖板接头的疲劳性能。为检验本项目探索的各种焊接构造节点疲劳寿命预测方法的准确性，对比典型纵肋与新型纵肋两种桥面板节点的疲劳性能，本项目进行了少量足尺模型的疲劳试验。项目主要成果如下：.(1) 纵肋-盖板接头的开裂现象更可能发生在靠近横隔板的位置而不是跨中。.(2) 轮压荷载对正交异性板的影响是局部的，相隔较远的两个轮压之间不会相互之间产生大的应力叠加。.(3) 新型纵肋桥面板纵肋-盖板接头表现出比典型纵肋更好的应力特性，但是当轮压作用在靠近横隔板的区域时，轮压下方的纵肋-盖板接头表现出不利的受力情况，特别是肋壁上的应力变得较大，此时使用一个小的顶部内横隔板可以一定程度上降低此处应力。.(4) 在目前我国某大桥典型的交通量下，新型纵肋桥面板比典型纵肋桥面板纵肋-盖板接头的疲劳寿命提升约1倍，达到了16.9年。.(5) 在使用热点应力法进行疲劳寿命估算时，实体单元模型更为精确，而板壳单元模型的计算结果偏于保守。.(6) 通过热点应力法计算得到的疲劳寿命，新型纵肋桥面板纵肋-盖板接头的疲劳寿命仍约为典型纵肋桥面板的2倍。.(7) 热点应力法计算的纵肋-盖板接头疲劳寿命与名义应力法基本吻合，热点应力法的计算的疲劳寿命要少于名义应力法。.(8) 纵肋-盖板连接足尺模型疲劳试验结果表明新型纵肋正交异性钢桥面板的疲劳性能略优于典型纵肋钢桥面板。