钢桥面板横隔板面内变形疲劳试验模型优化与裂纹扩展特性分析

杨 威

(珠海大横琴股份有限公司,广东珠海 519000)

0 引言

钢结构由于轻质高强和装配化施工方便被广泛应用于桥梁建设中，其中正交异性钢桥面板因其突出的力学性能优势，广泛应用于山区桥梁及大跨度桥梁。作为首选桥面板结构形式的正交异性钢桥面板具有多个疲劳构造细节，在局部轮载作用下，由于构造细节应力集中程度不同，疲劳损伤效应也不相同，构造细节的疲劳损伤直接影响结构体系受力性能，从而造成结构体系疲劳受力破坏。由板件刚度与受力特性所决定，钢桥面板横隔板与U肋交叉细节疲劳损伤最为严重，研究表明，在钢桥面板所有疲劳裂纹统计结果中，该细节的疲劳裂纹占比为38.2%[1]。

钢桥面板疲劳裂纹具有多发性，其中横隔板与U肋交叉细节疲劳裂纹有三种模式，如图1所示。本文基于有限元方法，通过参数分析得到该细节简化的疲劳试验模型，并进一步分析了该细节的疲劳裂纹扩展特性。

图1 研究细节与失效模式

1 研究对象

本文以国内应用较为广泛的钢桥面板形式为研究对象，所选取的节段疲劳试验模型主要尺寸为：顶板厚18mm，横隔板厚14mm，U肋尺寸300mm×300mm×8mm(宽×高×厚)。所关注的细节位于中间横隔板位置处，根据桥面板影响面范围，疲劳节段模型横隔板间距为3m，纵向选取3个横隔板，横向取5个U肋宽度为研究对象，所选取的疲劳节段模型几何尺寸如图2所示。

图2 疲劳节段模型(单位：mm)

国内外疲劳车模型具有较大的差异性，为便于研究，轮载选取英国BS5400规范的疲劳车进行加载[2]，加载面积为200mm×200mm，此处偏安全考虑，不计桥面铺装层的荷载扩散作用。……