随着世界桥梁的发展和钢结构技术的进步,从20世纪中叶开始,随着正交异性薄壁钢箱梁结构2设计水平日趋成熟以及焊接技术的提升,钢箱梁结构以其高度低、自重轻、极限承载力大、易于加工制造且结构连续等特点,在大跨度桥梁中得到了普遍应用,
正交异性桥面板主要有钢结构面板以及与其焊接的横梁、纵肋构成,其中纵肋以U肋结构为主、由于U肋能够提供较大的抗扭刚度和抗弯刚度,能够改善整个桥面板的受力状态,因此成为现代正交异性桥面板的最常用的截面形式。
由于车辆快速增长以及长期超载荷负重的影响下,我国已建成在使用的钢结构桥梁中,部分正交异性钢桥发现纵肋与桥面板的焊接有不同程度的疲劳裂纹,主要原因为:U肋与面板焊接后为闭口型钢结合,在焊接时只能从单面施工焊接,传统采用75%-80%的部分熔透焊接,焊接面积较小;而未熔合部分本身就形成一个天然的初始裂纹,在反复载荷作用下,导致桥面面板与U肋焊缝易疲劳开裂,进而降低整个桥梁的寿命。针对U肋结构与面板的焊接面积小,焊缝容易疲劳开裂等缺陷问题,我公司研发了新型桥梁结构U肋--变截面U肋(TEU肋)
正交异性钢桥面板的设计理念和制造工艺技术得到了改进,U肋焊缝的耐久性得到有效的提高,相关疲劳试验结果也满足了规范要求(200万次或500万次),但面对钢桥100年以上的使用需求和日益增加的交通压力,进一步提高焊缝疲劳寿命是非常有必要的。中国企业近年来在U肋焊接技术上开始了新的探索和实践。
端部加厚U肋技术。端部加厚U肋由钢板连续轧制渐变成形,采用轧辊专用模具使U肋端部两侧圆弧形渐变加厚,厚度由8mm增厚至12mm,并一次性开制好焊接坡口和钝边。采用厚边U肋,通过减少焊缝与板厚中心线的偏心度,增加U肋焊缝的计算厚度,以提高焊缝的抗疲劳性能。
端部加厚U肋技术关键在于U肋轧制成形过程控制及尺寸精度的保证,焊缝形式仍然为单侧焊接部分熔透角焊缝,焊缝根部的应力集中现象同样存在,技术特点限制了其焊缝的抗疲劳性能又更大的提升空间。此外,端部加厚U肋对加工过程控制要求较高,较易出现U肋旁弯过大、边缘直线度超差,钝边尺寸不均等问题。北京三元桥、武汉杨泗港长江大桥等桥梁工程应用了端部加厚U肋技术。