大型公路鋼箱梁正變異性橋面板
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
五、試驗結(jié)果分析
1.豎向撓度
實測各測點在不同荷載等級下的豎向撓度。可以得出以下結(jié)論：
（1）各測點的撓度與作用荷載的大小基本上呈線性關(guān)系。
（2）實測值與計算值基本接近，表明實測值基本可信。
（3）在跨中作用荷載時，有限元計算結(jié)果顯示，焊栓接頭處的撓度比對稱于焊栓接頭的部位的撓度稍小，這是由于焊栓接頭部位U形肋的兩側(cè)腹板上通過高強度螺栓連接各外夾了兩塊拼接板，這相當(dāng)于將U形助每側(cè)局部的腹板厚度增加了兩倍，而且可以與面板上的焊接接頭共同工作，從而增加了焊栓接頭部位的剛度，盡管該部位U形肋下面開了一個施工進(jìn)手孔，但并不影響試件局部的剛度。
（4）同樣在焊栓接頭處加載時，試件Ⅰ接頭處和跨中部位的撓度比試件Ⅱ?qū)?yīng)部位的撓度稍大，這與高強度螺栓的擰緊程度有關(guān)。但是從有限元計算結(jié)果可以看出，兩個試件對應(yīng)部位的撓度完全一致，這說明缺口的大小對試件的剛度沒有影響。
2.局部應(yīng)力
試件Ⅱ跨中下翼緣實測應(yīng)力和計算應(yīng)力，兩個試件在80kN（為公路橋梁設(shè)計通用規(guī)范規(guī)定最大輪載的 1.14倍）荷載作用下部分測點的實例應(yīng)力如表回所示。從實測結(jié)果可以得出以下結(jié)論：
（1）實例應(yīng)力基本上隨著荷載的增加而呈線性增加，而且基本上與計算值相吻合。
（2）在外加荷載作用下，兩個試件的大多數(shù)對稱測點的實測應(yīng)力基本對稱。
（3）當(dāng)在焊栓接頭處加載時，將兩個試件的實例應(yīng)力進(jìn)行比較，就會發(fā)現(xiàn)：①試件IU形助圓弧缺口附近面板上的橫向應(yīng)力比試件Ⅱ大，但數(shù)值較小，在其他測點，兩個試件面板上的實測橫向應(yīng)力基本上一致，在試件中心線與焊栓接頭中心線的交點附近，兩個試件面板上的橫向應(yīng)力都較大，但也不超過設(shè)計容許應(yīng)力；②試件Ⅱ焊栓接頭附近面板上的縱向應(yīng)力比試件I大，在其他測點，兩個試件的實測縱向應(yīng)力基本上一致；③試件IU形肋圓弧缺口附近的應(yīng)力比試件Ⅱ大，但數(shù)值均較小。這表明圓弧缺口的大小對試件應(yīng)力的影響僅限于U形肋圓弧缺口附近，而且U形肋圓弧缺口寬度為50～100mm都是安全的。
（4）當(dāng)在跨中加載時，在所有的測點，兩個試件的應(yīng)力都差不多，而且數(shù)值很小，與焊栓接頭處對稱部位的縱向應(yīng)力和橫向應(yīng)力也與焊栓接頭處對應(yīng)點的縱向應(yīng)力和橫向應(yīng)力基本一致。
3.疲勞強度
在下限為40kN、上限為90kN（分別為實際軸重力的57％和1.23倍）的疲勞試驗荷載作用下，經(jīng)過200萬次后，試件I各部位的撓度與疲勞試驗前基本上沒有差別，這說明疲勞對試件的剛度幾乎沒有影響。通過20倍放大鏡目測檢查，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，再次經(jīng)過分級靜載試驗，結(jié)果表明，各測點的應(yīng)力大小及其與荷載的線性關(guān)系同疲勞前一樣。可以認(rèn)為，大型公路鋼箱梁正交異性橋面板結(jié)構(gòu)采用焊栓連接后，其抗疲勞性能很好。考試大(www．Examda。com)
六、有限元分析
1.計算模型
計算采用4節(jié)點板單元，假定焊栓接頭處的拼接板與U型助之間不產(chǎn)生滑動，即作為整體共同工作，不考慮橋面鋪裝層的影響。
我國《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ021-89）規(guī)定的汽車-超20級荷載重車的后軸重力為2*140kN即每對車輪的重力為70kN.假設(shè)一對輪載為70kN的車輪作用在試件I和試件Ⅱ的焊栓接頭附近，兩個車輪之間的距離及觸地面積。本文分別計算了兩種輪載位置，一種是對稱輪載，另一種是偏心輪載。每種輪載從車輪邊緣靠近U型肋圓弧缺口開始，到車輪正好離開圓弧缺口結(jié)束，分為多種工況。
2.計算結(jié)果分析
（l）在兩種輪載作用下，圓弧缺口處的變形。在U型肋與面板的連接處，U型助產(chǎn)生向外的面外變形。
（2）面板下表面焊栓接頭線上的縱向應(yīng)力。在兩種輪載作用下，試件Ⅱ的縱向應(yīng)力比試件I的大，但應(yīng)力的數(shù)值都較小，在對稱輪載作用下，試件I和試件Ⅱ的縱向應(yīng)力最大值分別為 14.6MPa和 20.5MPa，在偏心輪載作用下，試件I和試件Ⅱ的縱向應(yīng)力最大值分別為25.6MPa和30.9MPa.除了在焊栓接頭中心線與U型肋的交線附近有差別外，兩個試件縱向應(yīng)力分布的規(guī)律大體一致。
（3）對稱輪載和偏心輪載作用下兩個試件面板下表面焊栓接頭中心線上的主應(yīng)力分布。共同特點是，當(dāng)輪載靠近和離開圓弧缺口時，最大主應(yīng)力基本上相同，當(dāng)輪載離開圓弧缺口時，最小主應(yīng)力比靠近圓弧缺口時稍大；當(dāng)兩種輪載正好壓在圓弧缺口上面時，兩個試件的最大主應(yīng)力達(dá)到極值，且數(shù)值基本上相同，在對稱輪載作用下，試件I和試件Ⅱ的最大主應(yīng)力分別為 47.3MPa和 42.2MPa，在偏心輪載作用下，試件I和試件Ⅱ的最大主應(yīng)力分別為 71.6MPa和 71.7MPa，但是在焊栓接頭中心線的橫向?qū)?yīng)點上，試件I的最小主應(yīng)力比試件Ⅱ的小，例如，當(dāng)y＝150mm時，在對稱輪載作用下，試件I和試件Ⅱ的最小主應(yīng)力分別為-37.4MPa和-13.7MPa，在偏心輪載作用下，試件I和試件Ⅱ的最小主應(yīng)力分別為-28.8MPa和-7.7MPa.不同的是，在偏心輪載作用下，兩個試件的最大主應(yīng)力比在對稱輪載作用下的大，最小主應(yīng)力比在對稱輪載作用下的小。
（4）兩個試件在兩種輪載作用下的A，B，C三點的最大應(yīng)力隨輪載位置變化而變化的曲線。可以得出以下結(jié)論：
a．當(dāng)輪載經(jīng)過圓弧缺口時，A點的主應(yīng)力以正為主，且對兩個試件主應(yīng)力的影響趨勢相同，兩個試件的最大主應(yīng)力曲線幾乎重合。
b．輪載位置對兩個試件的主應(yīng)力的影響趨勢正好相反，即當(dāng)輪載經(jīng)過圓弧缺口時，試件I的主應(yīng)力隨著輪載的前進(jìn)先變小，然后增大，試件Ⅱ則生好相反。但不管哪種情況，輪載位置對B點主應(yīng)力的影響幅值都較小，在所計算的多種工況中，在對稱輪載作用下，試件I的主應(yīng)力的變化幅值不超過 9.4MPa，試件Ⅱ的主應(yīng)力的變
化幅值不超過12．4MPa，在偏心輪載作用下，試件I的主應(yīng)力的變化幅值不超過ll.lMPa，試件Ⅱ的主應(yīng)力的變化幅值不超過 17.2MPa.
c．當(dāng)輪載經(jīng)過圓弧缺口時，對兩個試件主應(yīng)力的影響趨勢相同，即都是先變小，再增大。在對稱輪載作用下，C點的最大主應(yīng)力為正，最小主應(yīng)力為負(fù)，在偏心輪載作用下，最小主應(yīng)力為負(fù)，最大主應(yīng)力則先變?yōu)樨?fù)，然后轉(zhuǎn)為正，特別是試件Ⅱ，變化幅值較大，最大主應(yīng)力變化幅值為 29.OMPa，最小主應(yīng)力變化幅值為 36.7MPa.
七、結(jié)束語
正交異性鋼橋面板工地接頭中面板采用全熔透對接焊、U形肋在兩側(cè)肋板采用摩擦型高強度螺栓拼接后，通過兩個足尺試件的靜載和疲勞試驗以及有限元分析，結(jié)果表明U形肋圓弧缺口寬度分別為50mm和100mm的兩種構(gòu)造細(xì)節(jié)均有可靠的連接剛度，實測局部應(yīng)力都小于設(shè)計容許應(yīng)力，疲勞強度也滿足規(guī)范要求，因此，兩種構(gòu)造細(xì)節(jié)都有可靠的工作性能。在滿足施工要求的條件下，建議U形肋圓弧缺口不要過大，實際結(jié)構(gòu)上U形助圓弧缺口寬度為70mm.
