横隔板弧形缺口疲劳性能试验研究

何志刚，蔺鹏臻，刘应龙

(兰州交通大学 土木工程学院，兰州 730070)

大跨度钢桥建造中备受青睐的正交异性钢桥面板具有自重轻、承载力高、使用范围广等优点，被认为是现代桥梁工程发展过程中最具标志性的创新.随着运营时间的增长，大量的正交异性钢桥面板开始出现影响服役质量和寿命的两大病害[1-2]：一个是桥面铺装层的破坏，另一个是钢桥面板的疲劳开裂.在众多易疲劳细节中，横隔板弧形缺口不仅构造复杂，而且受制造工艺影响加工精度不易控制，再加上由构造所决定的单次车辆通过时会产生多个应力循环的特点[3]，致使该部位成为正交异性钢桥面板最易出现疲劳裂纹的部位之一[4].日本研究者通过对东京两座桥梁约7 000个闭口U肋正交异性钢桥面板疲劳裂纹的统计发现，U肋与横隔板交叉部以及U肋弧形缺口处母材裂纹在全桥裂纹总数中的占比高达40.8%[5].根据大量研究，位于横隔板弧形缺口处的裂纹可以分为的3类[6-9]，如图1所示：1) U肋与横隔板交叉部位U肋腹板裂纹(C1)；2) 萌生于U肋与横隔板连接焊缝端部弧形缺口起始处和弧形缺口自由边的横隔板母材裂纹(C2、C3)；3) U肋与横隔板连接焊缝竖向裂纹(C4).

图1 弧形缺口裂纹类型Fig.1 Types of cracks in arc-shaped notch

自正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题凸显以后，国内外学者便积极开展相关方面的研究工作：叶华文等[10]根据重庆两江大桥制作了包含苹果型和钥匙型缺口的足尺模型，研究了在竖向和水平向荷载共同作用下正交异性钢桥面板的疲劳性能，指出双向荷载作用下横隔板的面外弯曲变形易导致面外疲劳；……