公鐵兩用橋公路鋼橫梁裂紋分析與加固

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1、公鐵兩用橋公路鋼橫梁裂紋分析與加固摘要鋼梁由于疲勞產(chǎn)生的裂紋經(jīng)常發(fā)生,但是它的受力分析比較復(fù)雜。本文根據(jù)九江長江大橋公路鋼橫梁腹板產(chǎn)生裂紋進(jìn)行受力變形分析，并對鋼橫梁腹板產(chǎn)生了裂紋如何處理進(jìn)行了方案比選，可供鋼結(jié)構(gòu)研究分析人員參考之用。關(guān)鍵詞鋼橫梁裂紋分析加固一、概況九江長江大橋是一座公鐵兩用橋，公路按汽—20級，掛—100設(shè)計，橋面寬14米，外加兩側(cè)各2米寬人行道。鐵路按中—活載設(shè)計，雙線P60無縫線路，正橋鋼梁主桁中心寬12米。正橋全長1806米，上層是公路面，下層為鐵路面。正橋鋼梁共11孔，連續(xù)梁形式，每三孔為一聯(lián)，最后二孔為一聯(lián)。公路面行車道板與鋼梁聯(lián)

2、結(jié)形式請見圖一。8一、裂紋產(chǎn)生原因分析該橋自1971年12月動工修建，由于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)行調(diào)整，中途停頓一段時間。后來在三省二部一委共同出資情況下先修通公路橋面，93年公路通車，94年鐵路通車。96年9月1日鐵路正式投入運(yùn)營。公鐵兩用橋投入正式運(yùn)營初期未發(fā)現(xiàn)鋼梁有裂紋。當(dāng)時公路每晝夜通過車輛為2000輛左右，到了2004年每晝夜通過車輛已達(dá)到5000輛。2004年5月開始發(fā)現(xiàn)第8孔第12節(jié)的公路鋼橫梁的加勁肋下端的腹板出現(xiàn)裂紋。馬上采取定人定時觀察，并對其它橫梁進(jìn)行檢查，相繼發(fā)現(xiàn)有多處裂紋，因此，決定對全橋鋼橫梁進(jìn)行清洗檢查。至2004年12月共發(fā)現(xiàn)27處類似

3、裂紋,裂紋最長達(dá)80mm，平均60mm。并將檢查情況向鐵路、公路主管部門進(jìn)行匯報。對所發(fā)現(xiàn)的裂紋進(jìn)行了鉆止裂孔處理。這些裂紋到底是什么原因產(chǎn)生的呢？我們曾多次在現(xiàn)場進(jìn)行觀察、分析，認(rèn)為有以下原因引起裂紋的產(chǎn)生：1、8結(jié)構(gòu)設(shè)計時對車輛通過伸縮縫時鋼橫梁受變形影響考慮不夠。在公路面，當(dāng)汽車車輪行駛到伸縮縫時，使得公路橫梁反復(fù)側(cè)扭，引起加勁肋下端的腹板作拉、壓受力，從而使腹板產(chǎn)生疲勞出現(xiàn)裂紋。具體變形狀況見圖二。當(dāng)公路行車道板上的汽車前輪行駛到縱梁的端頭時，造成支座單邊受力，至使橫梁向左側(cè)斜，由于加勁肋與橫梁上翼緣形成剛性結(jié)構(gòu)，橫梁下翼緣附近也是剛性的，橫梁加勁肋下

4、端成了應(yīng)力集中點(diǎn)，右側(cè)腹板表面受拉，左側(cè)腹板表面受壓，當(dāng)車輪子越過伸縮縫壓到右側(cè)縱梁，支座又是單邊受力，橫梁向右側(cè)斜，這時，右側(cè)腹板表面受壓，左側(cè)腹板表面受拉。當(dāng)汽車后輪通過時，結(jié)構(gòu)也是同樣變形。因此，加勁肋下端的腹板是長期承受反復(fù)應(yīng)力作用而產(chǎn)生的疲勞開裂。公路行車道板下的鋼縱梁是一根9m×4=36m連續(xù)梁，從目前觀察，所有的裂紋都產(chǎn)生在縱梁的端頭伸縮處，其他連續(xù)位置都未產(chǎn)生裂紋。說明設(shè)計時對縱梁端頭直接擱置在橫梁的支座上的設(shè)計是欠妥的。82、從裂紋所在的位置相對應(yīng)的縱梁上翼緣的位置觀察，填充的砂漿大部分壓潰，公路行車道板與鋼縱梁之間都有間隙，說明由于公路行車

5、道板與鋼縱梁之間的空隙，至使汽車通過時產(chǎn)生更大的跳躍與沖擊，造成鋼橫梁更大側(cè)斜，加劇了腹板裂紋的產(chǎn)生。一、加固方案比選以上原因分析之后如何處理呢？我們認(rèn)為可以從以下幾個方面入手：第一、從公路面通過的荷載進(jìn)行控制。由于近幾年汽車超載現(xiàn)象比比皆是，大噸位的超載汽車加大對伸縮縫的沖擊，如從這方面進(jìn)行控制，可以減緩裂紋的產(chǎn)生。第二、對公路面伸縮縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使通過的車輛對鋼縱梁沖擊減少。第三、對公路鋼縱梁端頭處理改變現(xiàn)有設(shè)計方式，使車輛通過時，將一端的荷載能傳遞到另一根縱梁端頭，至使橫梁變形縮小。第四、對公路鋼橫梁進(jìn)行加固處理，使鋼橫梁繼續(xù)使用?，F(xiàn)就第四種對公路鋼橫

6、梁進(jìn)行加固處理的方案進(jìn)行專門論述。針對鋼橫梁加固曾有人提出過兩種加固方案：1、鋼橫梁加勁脅下部進(jìn)行切割、打磨、縮短長度，使應(yīng)力集中點(diǎn)上移，離鋼橫梁腹板的中性軸更近一些，這樣更趨柔性。另外，在裂紋部位的腹板兩面各貼一塊鋼板，再用高強(qiáng)度螺栓擰緊加固，請見圖三。8我認(rèn)為這種加固，雖然將加勁肋應(yīng)力集中點(diǎn)上移了，但由于加了兩塊鋼板，使腹板下翼緣附近變得更加剛性，這樣矛盾點(diǎn)更加集中在加勁肋下端與加強(qiáng)板的上端之間，應(yīng)力更加集中，不但末改善受力狀況，反而使受力更加不合理，矛盾更加集中突出。2、另一種加固方案是在加勁肋兩邊各貼一塊鋼板，用高強(qiáng)度螺栓緊固，加強(qiáng)鋼板下端頂住鋼橫梁的

7、下翼緣，使加勁肋的力直接傳遞到下翼緣上，腹板不再承受反復(fù)拉壓應(yīng)力。請見圖四。我們認(rèn)為以上這種加固方案，雖然把腹板產(chǎn)生裂紋的矛盾解決了，但產(chǎn)生了新的問題，就是加強(qiáng)鋼板把橫梁支座上的力直接傳到下翼緣，下翼緣可能產(chǎn)生變形、開裂，如下翼緣強(qiáng)度較強(qiáng)，則會對下翼緣的聯(lián)接板產(chǎn)生反復(fù)應(yīng)力，聯(lián)接板可能產(chǎn)生問題。83、我們提出一種加固處理方案。首先，我們分析出裂紋產(chǎn)生的原因是由于橫梁上方支座單邊受力，使得橫梁側(cè)斜，而橫梁上翼緣與加勁肋又形成剛性體，這樣，加勁肋下方承受反復(fù)應(yīng)力。又由于下翼緣附近剛性比較強(qiáng)，那么反復(fù)應(yīng)力作用點(diǎn)就在加勁肋下端頭。所以，我們?nèi)绻鸭觿爬呦露饲械粢欢?，使?/p>

8、離開下翼緣，符合規(guī)范80—100mm的