横隔板弧形开口部位的疲劳裂纹力学成因探索

章正涛，陈 明

江苏润扬大桥发展有限责任公司，江苏 镇江 212115

在役钢桥出现疲劳裂纹的典型部位主要包括横隔板弧形开口部位；横隔板与U肋焊缝部位；U肋与顶板焊缝部位；U肋纵向对接连接部位。根据江苏省某跨江悬索桥已有检测数据发现，该桥钢箱梁发生裂纹的主要位置为横隔板上过U肋弧形孔的自由边；U肋与顶板角焊缝的焊趾处。此次研究主要分析钢箱梁在轮载作用下，U肋、顶板及横隔板的变形与应力，以期对该桥后续的疲劳病害防治与修复进行指导。

1 有限元局部模型

分析采用大型通用有限元软件ANSYS建立钢箱梁局部模型，钢箱梁在车辆荷载作用下的应力和变形主要为第三体系的局部效应，因此横向选择5个完整的U肋，纵向选择3个横隔板的钢箱梁局部阶段建立有限元模型，U肋和横隔板相关尺寸及参数均按钢箱梁实际数值取用，模型尺寸为6400mm×3000mm×3000mm，主要考察位置为中央横隔板及中间U肋。

为分析轮载作用下中央横隔板弧形孔的自由边变形情况，有限元模型采用SHELL181单元模拟钢箱梁，单元总数为261323个。钢材的弹性模量取为206GPa，泊松比值为0.3，考虑到壳单元的特性，焊接连接部位采用共节点的方式进行模拟[1]。控制整体网格划分尺寸，对疲劳易损部位单元进行二次细化，细化长度为中央横隔板两侧2000mm，二次细化后的单元尺寸小于顶板厚度，根据已有相关文献资料的研究分析，该单元尺寸对结构局部计算的应力结果已趋于稳定[2]。将钢桥面板四周和3个横隔板底部固结。……