正交异性钢桥面系统设计与基本维护指南_报批稿
正交异性钢桥面系统的设计 和基本维护指南
（报批稿）
Guidelines for Design and Maintain of
Orthotropic Steel Deck
中交公路规划设计院有限公司
中 国 铁 道 科 学 研 究 院
浙江省舟山连岛工程建设指挥部
2010.09.25
前 言
本指南针对正交异性钢桥面板的设计、加工制造和正交异性钢桥面板维护技术而编制。在制订过程中，积极借鉴了欧洲《BS EN 1993-2:2006 Eurocode 3—Design of steel structures—Part 2:Steel bridges》、美国联邦州际公路与运输协会《AASHTO LRFD Bridge Design Specifications》和日本《钢构造物的疲劳设计指针同解说》，参考根据国家科技支撑计划项目——跨海特大跨径钢箱梁悬索桥关键技术研究及工程示范-特大跨径悬索桥分体式钢箱梁成套技术研究与示范（2008BAG07B04）的科研成果，并考虑了当前的设计和制造水平及公路运输的未来发展趋势。
本指南主要内容包括：术语和定义、符号及代号、材料及连接方法、结构及构造设计、疲劳设计强度、疲劳设计荷载、疲劳检算方法、加工质量要求以及基本养护维修方法，可供公路桥梁中索支撑的连续钢箱梁或索支撑的连续钢桁梁的正交异性钢桥面的设计和养护维修参考使用。
本指南在执行过程中，如发现需要修改和补充之处，请将意见及有关资料寄交中交公路规划设计院有限公司（地址：北京市西城区德胜门外大街85号A607，邮编：100088，电子邮件：njsq1418@https://www.360docs.net/doc/c315341910.html, ）。
本指南由浙江省交通运输厅提出并归口。
本指南由中交公路规划设计院有限公司、中国铁道科学研究院铁道建筑研究所、浙江省舟山连岛工程建设指挥部起草。
本指南主要起草人：崔冰、刘晓光、张胜利、张玉玲、陶晓燕、童育强、孔庆凯、崔鑫、赵欣欣、曾志斌、田越、荣振环、于旭东。
本指南附录A为规范性附录。
目 录
前 言 ..................................................................... I
1 适用范围和主要内容 (1)
2 总则 (1)
3 引用的规范及标准 (1)
4 术语和定义 (2)
5 符号及代号 (4)
6 材料 (4)
7 结构及构造设计 (6)
8 疲劳设计检算 (11)
9 加工质量要求 (16)
10 基本养护维修方法 (20)
附录A (23)
条文说明 (24)
正交异性钢桥面系统的设计和基本维护指南
1 适用范围和主要内容
本指南规定了正交异性钢桥面板的术语及定义、符号及代号、材料及连接方法、结构及构造设计、疲劳设计强度、疲劳设计荷载、疲劳检算方法、加工质量要求以及基本养护维修方法。
本指南适用于公路桥梁连续钢箱梁或连续钢桁梁的正交异性钢桥面的设计和养护维修。
2 总则
2.1为规范目前国内对正交异性钢桥面的设计，贯彻国家有关技术政策和规范标准，使正交异性钢桥面设计符合安全适用、技术先进、经济合理的要求，制定本指南。
2.2 正交异性钢桥面应具有规定的强度、刚度（包括局部刚度和整体刚度）、稳定性和耐久性，应按100年设计使用年限设计。
2.3 正交异性钢桥面由互为垂直的面板、纵肋和横肋组成，它作为局部受力构件既承受车辆轮载的直接作用，同时又作为主梁的一部分参与主梁的共同工作。
2.4 为保证钢桥面板具有必要的强度和刚度，降低面外变形引起的次应力，便于组装和焊接，确保其疲劳耐久性和经济性，正交异性钢桥面的面板、纵肋、横肋应具有合理的匹配性。
2.5 正交异性钢桥面的设计要与架设方案统筹考虑，应经济合理，便于加工、制造、运输和安装，构造细节便于检查、养护和维修。
2.6 正交异性钢桥面系统的设计除遵守本指南规定外，尚应遵守国家现行的有关强制性标准的规定。
3 引用的规范及标准
下列文件中的条款通过本指南的引用而构成为本指南的条款。凡标注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本指南。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本指南。
TB 10002.2---2005 《铁路桥梁钢结构设计规范》
JTG D60-2004 《公路桥涵设计通用规范》
JTJ 025-86 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》
GB/T 714-2008 《桥梁用结构钢》
GB 50017-2003 《钢结构设计规范》
BS EN 1993-1-9:2005 Eurocode 3：Design of steel structures—Part 1-9：
Fatigue
BS EN 1993-2:2006 Eurocode 3：Design of steel structures—Part 2：
Steel bridge
BS EN 10029:1991 Tolerances on dimensions，shape and mass for hot
rolled steel plates 3 mm thick or above
SI Units Third Edition.2004 AASHTO LRFD Bridge Design Specifications
日本钢构造协会编 《钢构造物的疲劳设计指针同解说》
GB/T 1228-2006 《钢结构用高强度大六角头螺栓》
GB/T 1229-2006 《钢结构用高强度大六角头螺母》
GB/T 1230-2006 《钢结构用高强度垫圈》
4 术语和定义
以下术语和定义适用于本指南。
4.1
正交异性钢桥面板 orthotropic deck
为由开口或闭口钢肋焊接到钢板下面的加劲钢板组成的桥面板。
4.2
强度 strength
桥梁构件受力时抵抗破坏的能力。其值为在一定受力状态下，结构材料所能承受的最大应力或构件所能承受的最大内力。
4.3
刚度 stiffness，rigidity
桥梁结构或构件抵抗变形的能力。
4.4
变形 deformation
荷载引起的结构或构件中各点间的相对位移。可恢复的变形为弹性变形，不可恢复的变形为塑性变形。
4.5
挠度 deflection
结构或构件在荷载作用下其轴线上各点在该点处横截面内产生的位移量。
4.6
应力幅 stress range
由通过荷载在构件或连接件中产生的最大应力与最小应力的代数差。
4.7
设计使用年限 design working life
设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限。本指南对正交异性板设计使用年限规定为100年。
4.8
疲劳 Fatigue
受拉结构部件在往复应力作用下，产生裂纹萌生和扩展的过程。
4.9
名义应力 Nominal stress
根据弹性理论，不考虑应力集中计算得出的有潜在裂纹位置的基材或焊接连接处的应力。
4.10
疲劳寿命 Fatigue life
导致细节疲劳破坏的循环应力次数。
4.11
疲劳强度曲线 Fatigue strength curve
为描述应力幅和疲劳破坏循环次数之间的数值关系，用于结构构造细节分类的疲劳评定。
5 符号及代号
σ—法向应力；
1σ—主应力；
x σ—单元局部坐标x 方向的法向应力；
y σ—单元局部坐标y 方向的法向应力；
y x τ—单元局部坐标xy 平面的剪应力；
νσ—Von Mises 应力； w σ—弯曲应力；
τ—剪应力；
N —验算截面的计算轴向力；
M —验算截面的计算弯矩； Q —验算截面的计算剪力；
A —验算截面的计算面积，受拉构件为净截面面积，受压构件为毛截面面积； W —验算截面处对主轴的计算截面抵抗矩，验算受拉翼缘为净截面抵抗矩；验算受
压翼缘为毛截面抵抗矩；为简化计，可按毛截面的重心轴计算； m S —中性轴以上的毛截面对中性轴的面积矩；
δ—验算截面处腹板厚度； m I —毛截面惯性矩；
τC —剪应力分布不均匀时容许应力增大系数；
σΔ—正应力幅；
c σΔ—200万次对应的疲劳强度；
E —钢材弹性模量；
G —钢材剪切摸量；
γ—泊松比；
Ed σ—荷载组合下的名义应力；
yk f —钢材的屈服强度。
6 材料
6.1 钢材
6.1.1 正交异性钢桥面板的基本钢材应根据当地的最低设计温度，选取满足桥梁设计要
求的化学成份、力学性能、工艺性能及焊接性能，并应符合表6.1的规定。
表6.1 正交异性钢桥面板的基本材料
钢材牌号质量等级应符合的标准
Q345 C、D、E级《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-2008）
Q345 q C、D、E级《桥梁用结构钢》（GB/T 714-2008）
Q370q C、D、E级《桥梁用结构钢》（GB/T 714-2008）
6.1.2 钢材的基本容许应力应按照表6.2的规定确定。
表6.2 钢材的基本容许应力
钢材牌号
序号应力种类单位
Q345、Q345q Q370q
1 轴向应力[]σ MPa 200 210
2 弯曲应力[]wσ MPa 210 220
3 剪应力[]τ MPa 120 125
6.1.3 钢材的弹性模量、剪切模量、泊松比可按照表6.3的规定确定。
表6.3 钢材的弹性模量、剪切模量、泊松比
弹性模量E（MPa）剪切模量G（MPa）泊松比γ
2.1×105 8.1×104 0.3 6.2 连接材料
6.2.1 焊接材料应与基材相匹配，并应符合GB/T 5117-1995、GB/T 8110-2008的技术规
定。
6.2.2 焊接工艺应根据设计要求通过焊接工艺评定。
6.2.3 焊接接头（包括焊缝金属和热影响区）冲击韧性不得低于母材标准。
6.2.4 工厂焊缝基本容许应力宜与基材相同，并不应大于基材的容许应力。
6.2.5 高强度螺栓的技术指标应符合《钢结构用高强度大六角头螺栓》（GB/T
1228-2006）的要求，螺母应符合《钢结构用高强度大六角头螺母》（GB/T 1229-2006）
的要求，垫圈应符合《钢结构用高强度垫圈》（GB/T 1230-2006）的要求。
6.2.6 高强度螺栓预拉力的设计值，应根据高强度螺栓的螺纹直径、性能等级按表6.4
的规定确定。
表6.4 高强度螺栓预拉力的设计值
螺纹直径 M22 M24 M27 M30 性能等级 10.9S 预拉力设计值（kN ） 200 240 290 360
6.2.7采用抗滑型高强度螺栓连接时，设计抗滑移系数采用0.45。
7 结构及构造设计
7.1钢桥面板的刚度要求
在桥梁设计使用年限内运输车辆最大轮载作用下，桥面板的变形曲率半径应m 20≥，纵肋间面板的相对挠度应mm 4.0≤，见图7.1。
a ）局部刚度
b ）整体刚度
图7.1 钢桥面板的刚度要求
7.2钢桥面板的强度要求 7.2.1采用传统的方法分析
一般把它分成三个结构体系加以研究:
（1）第一体系：由桥面板和纵肋组成主梁的上翼缘，与主梁一同构成主要承重构件—主梁体系。
（2）第二体系：由纵肋、横肋和桥面板组成的桥面系结构，其中桥面板被看成纵肋和横肋的共同上翼缘。
（3）第三体系：仅指桥面板，它被视作支承在纵肋和横肋上的各向同性的连续板—盖板体系。
桥面板的强度检算应满足表7.1的要求。
表7.1 强度计算公式
7.2.2采用有限元软件建模分析
7.2.2.1对单元划分的规定：通过试算确定网格粗细，以检算部位应力计算结果的相对
误差收敛至5％以内为准，且应力斜率匀顺；对于长方形优先选用长方形单元，梯形和扇形优先选用四边形单元；在隅角部等应力集中处，原则上不采用三角形单元；对于圆孔等曲线处，至少应在1/4圆上配置8个以上的单元。 7.2.2.2有限元模型计算结果的判定
一般部位的应力按以下两个公式进行检验。主应力1σ用公式（7-6）检验，对Von Mises 应力按公式（7-7）检验。
][1σσ≤ 公式（7-6）
][1.132
22στσσσσσ≤++?=xy y y x x v 公式（7-7）
注：公式（7-7）中的][σ为设计规范中规定的材料容许应力。对局部承受较大应力的单元，上述容许值可乘1.1倍，但不应超过材料的屈服强度
yk f 。
工作孔和圆弧处等次要构件在应力集中处的主应力1σ按公式（7-8）进行检验：
yk f ≤1σ 公式（7-8）
7.3钢桥面板的有关构造要求 7.3.1面板厚度t 的要求如下：
（1）重车道：
当沥青混凝土铺装层厚度mm 70≥，mm t 14≥ 当沥青混凝土铺装层厚度mm 40≥，mm t 16≥
纵肋腹板间距e 与面板厚度t 比值：25/≤t e ，
推荐采用4.21/=t e ，建议300≤e （平
面曲线桥，e 可增加5%）
（2）人行道和维修车道：
mm t 10≥，40/≤t e ，mm e 600≤
7.3.2纵肋型式及设置
行车道部分建议采用U 型闭口肋，纵肋厚度不得小于8mm，推荐U 型闭口肋尺寸
8280300××，斜度1：4.308，U 型闭口肋间距600mm。人行道部分可设置球扁钢肋或板
式肋。
U 型肋可根据钢材牌号选用冷弯或热弯成形加工工艺。为避免冷弯塑性变形对韧性的过大影响，U 型肋内侧半径R≥4t，推荐采用R=5t。 7.3.3 面板、纵肋匹配规定
正交异性钢桥面板与U 肋的匹配应满足公式（7-9）要求。
400'
,3
≤h t e t eff d r 公式（7-9） 式中：r t ——U 肋厚度（mm ）；
,d eff t ——桥面板有效厚度。当铺装层粘结足够有效时，可将部分铺装层厚度计入
桥面板有效厚度（mm ）；
e ——U 肋腹板间距较大侧（mm ）；
'h ——U 肋腹板倾斜部分的长度（mm ）。
当桥面板厚度和U 肋厚度一定时，U 肋肢长与间距的关系如图7.2所示。
e (mm)
图7.2 e 与'h 的关系
7.3.4横肋厚度及设置
横肋腹板厚度不得小于10mm。
纵肋处开孔以上高度与横肋总高度的比值不得大于0.4。
横肋间距a ：m a m 6.35.2≤≤，横肋间距与纵肋弯曲刚度关系见图7.3。
注：①曲线A 适用于行车道中除重车道外的所有纵肋；
②曲线B 适用于重车道上的纵肋； ③该图适用于所有型式的纵肋。
图7.3 纵肋与横肋的关系
7.3.5 U 型肋与面板间的纵向角焊缝应保证必要的焊缝喉高不小于纵肋厚度，熔透深度
不小于0.75倍纵肋厚度，并避免焊漏。具体构造见图7.4。
图7.4 纵肋与面板连接构造
7.3.6 纵肋贯穿横肋（端横肋除外），由于纵肋与面板角焊缝连续，横肋角部应切角，
组装间隙应不大于1mm，焊接时角部不得起熄弧，具体构造见图7.5。
图7.5 横肋与纵肋和面板交叉处构造细节
7.3.7 肋与纵肋下翼缘相交处的弧形切口推荐尺寸及构造细节见图7.6。
A大样
图7.6 弧形切口推荐尺寸和构造细节
7.3.8 钢桥面板的现场横向接头的位置宜设在横肋间距的1/5处，面板横向焊缝应采用陶瓷衬垫全熔透对接焊，纵肋接头可采用焊接嵌补段连接与摩擦型高强螺栓连接两种方式，在满足相应加工工艺的前提下，建议采用摩擦型高强螺栓连接。，其接头的弧形切口长度应不大于75mm(建议取70mm)，具体构造见图7.7。
注：接头处应考虑U肋母材断面缺损的影响，采用双面拼接，拼接板厚10mm
图7.7 钢桥面板的横向接头摩擦型高强螺栓连接
7.3.9 肋的接头应避开轮载的正下方位置，横肋接头可采用摩擦型高强螺栓连接或全熔透焊接，接头处设置的弧形切口长度应不大于75mm(建议取70mm)，具体构造见图7.8。
a）高强度螺栓连接b）全熔透对接焊连接（立焊）
图7.8 横肋的连接
7.3.10 横肋腹板上需设置竖向加劲肋时，不得焊接到桥面板上，具体构造见图7.9。
图7.9 横肋腹板上竖向加劲肋构造
7.3.11 纵肋与端横肋垂直相交处的构造细节，可参考图7.10，当纵肋与钢衬垫板组装间隙不大于1.0mm，纵肋与端横肋组装间隙为4.0～5.0mm时，纵肋与端横肋的连接可采用钢衬垫板坡口全熔透角焊缝。
图7.10 纵肋与端隔板连接的构造
7.3.12正交异性钢桥面上的附属设施、公用设施的支承、起吊用凸缘、桥面板或肋上的传剪器，应避免使用焊接。
8 疲劳设计检算
8.1主要危险细节及其疲劳强度
8.1.1正交异性钢桥面需要进行疲劳验算的细节见图8.1。
注：1—桥面板；
2—纵肋和面板的焊缝；
3—纵肋与横肋腹板的焊缝；
4—横肋腹板的弧形缺口；
5—纵肋接头；
6—横肋接头；
7—横肋与主梁腹板的焊缝；
8—横肋腹板与面板的焊缝。
图8.1正交异性桥面的主要危险构造细节
8.1.2钢桥面板主要危险细节的疲劳强度设计等级见表8.1。
表8.1 钢桥面板主要危险细节的疲劳强度设计等级
8.2 疲劳荷载
8.2.1 疲劳荷载模型见图8.2。
表示每侧双轮，X为桥轴线方向
图8.2 正交异性桥面板的建议疲劳荷载模型
8.2.2 轮胎着地面见图8.3。
单轮胎着地面(前轴)
顺桥方向
双轮胎着地面(中后轴)
图8.3 轮胎着地面示意图
8.2.3交通量等级
正交异性桥面板疲劳验算的交通量可按车重3吨以上的车辆总数计算。
8.2.4轮轴横向位置分布
对于承受局部轮载的钢正交异桥面板的某些危险细节，需考虑轮轴位置的横向分布的等效损伤影响。轮轴横向分布及其发生率的实测统计值.如图8.4所示。
图8.4 轮轴中心线横面位置分布发生率
8.2.5冲击系数
用于疲劳评定的冲击系数暂取1+μ=1.15。
8.3疲劳检算方法
疲劳检算依据公式8-1进行：
Mf
C
f F γσσφλλγΔ≤
Δ21 （公式8-1）
f F γ——疲劳荷载分项系数，一般取1.0；
1λ——100年使用年限损伤修正系数，参考取值见表8.2； 2λ——多车道并线影响系数，见表8.3；
σΔ——疲劳车作用下检算部位计算应力幅；
注：对疲劳检算计算模型的要求与强度检算相同。
φ——为冲击系数（1+μ），可取1.15； Mf γ——疲劳抗力分项系数，取1.0；
c σΔ——疲劳设计容许应力幅，见表8.1。
表8.2 损伤修正系数1λ
影响线长度(m)
3吨以上车辆占总交通量的20% 3吨以上车辆占总交通量的30% 8万辆/日 6万辆/日 4.5万辆/日
8万辆/日 6万辆/日 4.5万辆/日1 1.48 1.35 1.23 1.94 1.76 1.60 2 1.42 1.29 1.17 1.85 1.68 1.53 3 1.29 1.18 1.07 1.69 1.53 1.39 4 1.17 1.07 0.97 1.53 1.39 1.27 5 1.10 1.00 0.91 1.44 1.31 1.18 6 1.12 1.01 0.92 1.46 1.32 1.21 7 1.12 1.02 0.93 1.46 1.32 1.20 8 1.08 0.98 0.89 1.41 1.28 1.17 9 1.08 0.98 0.90 1.41 1.29 1.17 10 1.10 1.0 0.91 1.44 1.31 1.19 11 1.14 1.04 0.95 1.49 1.36 1.24 12 1.14 1.03 0.94 1.49 1.35 1.23 13 1.18 1.07 0.98 1.54 1.40 1.27 14
1.18
1.07
0.98
1.54
1.40
1.28
注：本表根据已有统计资料中的重车比例归纳给出上述两种重车比例情况下的损伤修正系数。对于超过表中所列两种重车比例的运输条件，需按照新的重车比例经累积损伤计算后制订相应规定。
λ
表8.3 多车道并线影响系数
2
容纳货车的车道数1车道2车道≥3车道
λ 1.44 1.37 1.34
2
9 加工质量要求
9.1 板块的容许误差见表9.1，制造允许误差见表9.2。
9.2 U型肋在一个梁段长度内不允许有工厂拼接缝，顶底板在一个梁段内不得有横向工厂拼接缝。
表9.1 板块的容许误差
17
正交异性桥面板设计参数和构造
正交异性桥面板设计参数和构造 细节的疲劳研究进展 1 背景 第二次世界大战后，一方面大量被战争毁坏的桥梁急需修复，另一方面建筑材料非常短缺。在此情况下，欧洲的工程师们开始尝试采用一种新型的桥面结构形式——正交异性钢桥面板。它由面板、纵肋和横肋组成，三者互相垂直，通过焊缝连接成一体共同工作。它以自重轻、极限承载力大、施工周期短等优点，成为世界上大、中跨度现代钢桥通常采用的桥面结构形式。从20世纪50年代德国最先使用这种桥面板至今，欧洲已有1000多座各种形式的正交异性钢桥面板桥梁，日本有将近250座正交异性钢桥面板桥梁，北美有100余座正交异性钢桥面板桥梁[1]。 我国正交异性钢桥面板我国正交异性钢桥面板的研究和应用起步较晚，直到20世纪70年代初，才建成第一座钢桥面板桥——潼关黄河铁路桥。改革开放以来，国内正交异性钢桥面板桥呈现出迅猛发展势头。迄今为止，我国已建造的采用正交异性钢桥面板的桥梁有30余座。正在建造的采用正交异性钢桥面板的铁路钢桥有郑州黄河公铁两用桥和京沪高速铁路南京大胜关长江大桥等。 正交异性钢桥面板有其独特的优点，但同时钢桥面板疲劳开裂的事例也在许多国家的钢桥中出现。最早报道的是英国Seven桥，该桥1966年建成通车后，分别于1971年和1977年发现了3种焊接细节的疲劳裂纹。德国的Haseltal和Sinntal桥投入使用后不久，钢桥面板也都出现了疲劳裂纹。此外，法国、日本、美国、荷兰等国也都发现了钢桥面板疲劳开裂事例。钢桥面板在我国使用的时间虽然不长，但是已经在某些桥中发现了钢桥面板疲劳开裂的现象。这些疲劳裂纹严重影响了桥梁的使用寿命，因此，对正交异性桥面板疲劳问题的研究是目前桥梁建设中的关键和热点，各国学者在此领域取得了一系列研究成果。国内在20世纪80年代初，铁道科学研究院等相关单位以西江大桥为研究背景，对公路正交异性钢桥面板参与主桁共同工作时的结构特性进行了较为全面的分析及试验研究[2]。1995年，同济大学童乐为在博士论文中对采用开口肋形式的钢桥面板的疲劳性能进行了较为系统的分析[3]。时至今日，正交异性桥面板的结构形式较当初已经发生很大变化，大量新的研究成果相继涌现。 2 正交异性桥面板设计参数的疲劳研究 2.1 面板 面板的最小厚度一般取决于其在轮载作用下的允许变形，为保证桥面铺装层不产生裂纹，纵肋之间面板的竖向挠曲变形不大于0.4mm。基于上述原 则，面板厚度t d可由Kloeppel公式计算： 式中：a为开口截面纵肋间距或闭口截面纵肋腹板最大间距，mm；p 为轮载面压力，kPa。 同时各国规范根据各自的车辆荷载及桥面铺装层情况，为保证钢桥面板的施
钱冬生--关于正交异性钢桥面板的疲劳
关于正交异性钢桥面板的疲劳 ——对英国在加固其塞文桥渡时所作研究的评介 钱冬生3 提 要 对英国塞文桥渡正交异性板构造的疲劳裂纹产生的原因、所作试验及对其疲劳寿命计算作了介绍,并进行了探讨。 关键词 英国 塞文桥渡 钢正交异性板 疲劳 3教授,610031,西南交通大学 1 塞文桥渡的原结构 塞文桥渡包含:中跨988m 的塞文悬索桥,中跨 234.7m 的瓦埃斜拉桥,跨度61.7～64.0m 的连续梁(引桥)。其钢梁为全部采用正交异性钢桥面板的单室单箱截面梁。 钢正交异性板桥面是在第二次世界大战之后于50年代初期出现的。开始时纵肋用开口截面,在60年代逐渐改为闭口截面。由于制造工艺使闭口纵肋长度受到限制,其设计长度以相邻两横梁之间的距离来决定。在塞文桥渡,此长度为4.572m (悬索桥范围内)和4.267m (其余部分)。纵梁两端抵住横梁,用角焊缝作连接(横梁实质上由横肋及横隔板组成,将箱梁的部分顶板和底板 当作横梁的翼缘使用;横梁高度与箱梁高度相同。)。按照悬索桥的设计说明,强度和刚度都不控制加劲 梁。因此,钢材厚度主要按制造和安装要求决定。面板厚度为11.5mm ,纵肋厚度为6.4mm ,角焊缝焊脚为6mm 。图1为英国TRRL (T ran spo rt and Road R esearch L abo rato ry ,运输和道路研究试验所)所用试件的截面,其中(a )完全按塞文桥渡各钢梁的尺寸办理,(b )表示改进方案,将纵肋截面从梯形改为V 形; 在纵 图1 TRRL 试件截面 肋同横梁相遇处,在横梁开孔,让纵肋穿过。 还需指出:塞文悬索桥在压低造价方面有些过火。它省去储梁场地,省去运梁驳船;只是需要在梁段端头敞口处,用一厚5mm 的横隔板充当“封头板”,使梁段变成浮体;既可在水上储存,又可用拖船直接将它推顶到桥位。这样一来,封头板上端便同梯形纵肋下缘相焊,而这一焊接构造就使纵肋在运营中开裂。2 英国桥规BS 5400第10篇 英国B S 5400第10篇是1980年公布的。其译本见文献[1],对其主要部分、特别是其从文献[3]制订焊接构造分级的经过,见文献[2]。 此规范的优点,在于讲明基本原理,那就是凭借荷载频值谱来推算验算点的应力频值谱,再用M iner 的线性积伤规则,将应力频值谱换算成常幅加载的应力,借以同验算点的疲劳抗力相比,若前者不大于后者,则验算就是通过。文献[1]p 182的插页内的表11,或文献[2]p 84的插页内的图3-11,都是该规范的典型营业车荷载。而文献[1]p 181的图10-17则是迹线分布频数图,这就是说,当某验算点的应力在横桥方向的影响线很短而纵标变化剧烈时,需要将横向影响线按100mm 宽度划分成10多份,按这图所给分布频数推算各份之内的车数,再按影响线纵标推算相应的应力,从而推出应力频值谱。文献[4]p 1所介绍的疲劳检算方法,就指出了要使用文献[1]的表11和图10-17。 关于验算点的疲劳抗力,文献[1]在第10篇附录H 用表17a 、b 、c 的图和文字说明了各种构造按疲劳抗力所进行的分级,包含A 、B 、C 、D 、E 、F 、F 2和G 以及W ,而附录A 则用S 2N 关系(致伤应力脉—加载次数)表达不同分级构造对疲劳的抗力。由文献[2]所介绍的制订这项构造分级的经过可知:所用作依据的疲劳试验的试件,一般是承受轴向力的小试件。因此,在这一规范正文第5.4条(见文献[1]p 115)明确指出:表17中的各分级不适用于公路桥正交异性钢桥面板的焊接构造。 8 桥梁建设 1996年第2期
各向同性、各向异性
各向同性、各向异性理解 1、orthotropic和anisotropic的区别 isotropic各向同性 orthotropic正交各向异性的 anisotropic各向异性的 uniaxial单轴的 我只说一下orthotropic和anisotropic的区别: orthotropic主要是材料在不同垂直方向上有着不同的物理性质和参数,意思就是如果处在同一个角度的平面上,那么同平面的材料是具有着相同的物理性质的. anisotropic则是完全有方向角度决定的物理参数,只要方向有不同,物理性质则完全不同. 2、各向同性和各向异性 物理性质可以在不同的方向进行测量。如果各个方向的测量结果是相同的,说明其物理性质与取向无关,就称为各向同性。如果物理性质和取向密切相关，不同取向的测量结果迥异，就称为各向异性。造成这种差别的内在因素是材料结构的对称性。 在气体、液体或非晶态固体中，原子排列是混乱的,因而就各个方向而言,统计结果是等同的，所以其物理性质必然是各向同性的。而晶体中原子具有规则排列，结构上等同的方向只限于晶体对称性所决定的某些特定方向。所以一般而言，物理性质是各向异性的。
例如，α－铁的磁化难易方向如图所示。铁的弹性模量沿[111]最大(7700kgf/mm),沿[100]最小(6400kgf/mm)。 对称性较低的晶体（如水晶、方解石）沿空间不同方向有不同的折射率。而非晶体(过冷液体)，其折射率和弹性模量则是各向同性的。 晶体的对称性很高时，某些物理性质(例如电导率等)会转变成各向同性。当物体是由许多位向紊乱无章的小单晶组成时，其表观物理性质是各向同性的。一般合金的强度就利用了这一点。 倘若由于特殊加工使多晶体中的小单晶沿特定位向排列（例如金属的形变“织构”、定向生长的两相晶体混合物等），则虽然是多晶体其性能也会呈现各向异性。硅钢片就是这种性质的具体应用。 介于液体和固体之间的液晶，有的虽然分子的位置是无序的，但分子取向却是有序的。这样，它的物理性质也具有了各向异性。 3、各向同性 亦称均质性。物理性质不随量度方向变化的特性。即沿物体不同方向所测得的性能，显示出同样的数值。如所有的气体、液体（液晶除外）以及非晶质物体都显示各向同性。例如，金属和岩石虽然没有规则的几何外形，各方向的物理性质也都相同，但因为它们是由许多晶粒构成的，实质上它们是晶体，也具有一定的熔点。由于晶粒在空间方位上排列是无规则的，所以金属的整体表现出各向同性。当然，大气也是各项同性的均质体。你所提的是不同区域内的大气，由于压强等多方面因素，性能会不同，但是在一个点上各个方向的性质是相同的。 4、正交各向异性（Orthotropic） 如果弹性体内每一点都存在这样一个平面，和该面对称的方向具有相同的弹性性质，则称该平面为物体的弹性对称面。（弹性对称面是指弹性模量的对称面，比如各向同性，弹性模量在一点沿各个方向相等，横观各向同性，弹性模量在一点绕着轴旋转任意角度，保持不变。既然各向同性和位置无关，那么对称也和位置无关） 垂直于弹性对称面的方向称为物体的弹性主方向。若设yz为弹性对称面，
006三维正交各向异性
1.1三维正交各向异性问题 1.1.1求解步骤 1.1.1.a选择项目 (1)启动SciFEA，选择“项目”—>“新建项目”菜单或选择新建项目按钮弹出如图1所示的对话框。 图1 选择项目类型对话框 (2)点击“问题类型”栏中的“三维正交各向异性”选项。如图1所示。 (3)点击“OK”按钮完成项目类型的选择。 1.1.1.b设置材料参数和边界条件 (1)选择“前处理”—>“材料参数”按钮，如图2所示。或者单击工具条中的按钮弹出如图3所示材料参数数据输入表格。
图2 选择材料参数输入 图3 材料参数输入对话框 (2)按照问题描述中的参数依次填入材料参数数据表格。填写完成后如图4所示。 图4 填写完成材料数据输入 (2)选择“前处理”—>“边界条件”按钮，填入参数如图5所示，单击“OK”。 图5 填写边界条件
1.1.1.c建模、设置材料属性和施加边界条件 (1) 启动GID以创建模型。点击菜单选择“前处理”—>“弹性力学”—>“三维正交各向异性”，如图6所示；或者单击工具条中的按钮弹出前处理初始化窗口。 图6 启动前处理 (2) 建模。a.点击【Geometry】—【Create】—【point】，然后在GID命令栏依次输入点坐标：0,0，按ENTER键；输入0，1,按ENTER；输入1,0，按ENTER键；输入1,1，按ENTER键接着按Esc键。 点击【Geometry】—【Create】—【staight line】，点击右键contextual-join ctrl-a，依次拾取各点，形成线条，按esa退出。形成的线条如图7所示。 图7 选择【Geometry】—【Create】—【NURBS surface】—【By contour】,拾取线条，形成面，如图8.
正交异性钢桥面铺装结构理论研究进展_杨建军
文章编号:1671-2579(2006)04-0179-06 正交异性钢桥面铺装结构理论研究进展 杨建军,周志刚,刘晓燕 (长沙理工大学,湖南长沙 410076) 摘 要:正交异性钢箱梁桥桥面铺装在大跨径桥梁上的工程应用一直是一项极具挑战性的工程技术难题,因此正交异性钢桥面铺装技术的研究受到学术界和工程界的广泛关注。近几年来关于该课题的研究不断深入,取得了一些阶段性的研究成果。该文综述了国内外关于正交异性钢桥面铺装体系结构理论方面的主要研究成果,特别是近10年来在该领域取得的新进展,以期为关注该课题的科研人员和相关项目的工程技术人员提供参考。 关键词:正交异性;桥面铺装;钢箱梁;结构理论;研究进展 钢箱梁桥面铺装是国际性的工程技术难题。由于钢箱梁桥面铺装的使用条件、施工工艺、质量控制与要求的特殊性,对它的强度、抗疲劳性能、抗车辙性能、抗剪切性能以及变形协调性等均有较高的要求,目前尚未形成普遍有效的钢桥面铺装设计理论与方法。随着国内外大跨径桥梁建设的发展(表1为我国新建或在 建的部分大跨径钢箱梁桥),以及扁平异性钢箱梁以其卓越的力学性能和经济性能得到了广泛的采用,但正交异性钢桥面铺装的工程应用一直没有得到很好解决,国内外钢箱梁桥面铺装在使用年限内发生破坏的情况屡见不鲜,因此正交异性钢桥面铺装技术的研究受到学术界和工程界的广泛关注。 收稿日期:2006-04-10 基金项目:湖南省自然科学基金重点项目(编号:04JJ6027).作者简介:杨建军,男,硕士研究生,讲师. 6 总结 (1)国外对钢桥面铺装的研究和应用较早,但随着现代交通的发展,其钢桥面铺装也出现了部分问题,需要用发展的眼光不断进行研究。 (2)钢桥面铺装设计需要考虑的因素主要包括:气温环境条件、交通荷载特点、桥面板刚度特性等。 (3)我国钢桥面铺装使用的环境条件较国外更苛刻,应在合理借鉴国外成功经验的基础上,研究设计出适合我国气候、交通、桥面板结构特点的钢桥面铺装方案。参考文献: [1] Medani,T.O.Asphalt Surfacing A pplied to Orthotr opic Steel Bridg e Decks,A Literature Study.Report 7-01-127-1[R],Road and Railroad Res.L ab.Delft U niver sity of T echno lo gy ,the N ether lands,M arch 2001. [2] M edani,T.O.T ow ards a N ew D esign Philoso phy for Surfacing s o n O rthotr opic Steel Bridg e Decks.Report 7-01-127-2[R ],Ro ad and Railro ad https://www.360docs.net/doc/c315341910.html,b.Delft U niv ersity of T echnolo g y,the N etherlands,June 2001.[3] R.Gar y H icks,Ian J.Dussek,Char les Seim.A sphalt Sur faces o n Steel Deck Br idges.T r anspor tatio n Research Record N o.00-0149[C],N atio nal Resear ch Council,Washingto n D.C.,2000. [4] 潘承纬.Guss 沥青混凝土成效特性之研究[D].国立中 央大学土木工程研究所硕士学位论文,2002. [5] 陈仕周,张 华.钢桥面SM A 铺装技术的研究与发展 [J].公路交通科技,2004(10). [6] 吕伟民,郭忠印.高强沥青混凝土的配制及其特性[J]. 中国公路学报,1996(1). [7] 黄 卫,张晓春,胡光伟.大跨径钢桥面铺装理论与设计 的研究进展[J].东南大学学报(自然科学版),2002(3). 第26卷 第4期 2006年8月 中 外 公 路 179
粉房湾长江大桥正交异性桥面板单元制作及变形控制
2012年6月上第41卷第366期施工技术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 11 粉房湾长江大桥正交异性桥面板 单元制作及变形控制 沈念龙，李朝兵，丁瑞平，汪雪风 （中建钢构江苏有限公司，江苏 靖江 214532） ［摘要］结合重庆粉房湾长江大桥钢结构工程实例，针对本工程特点与难点，详细介绍了桥面板的制作要点以及变形控制， 包括钢板校正、U 形肋拼装、焊接变形控制，板块摆放及约束，焊接顺序和方向，焊接校正方法及操作步骤。通过对正交异性桥面板单元制作及变形控制技术的研究，并应用于粉房湾长江大桥钢结构工程中，取得了良好的效果。 ［关键词］桥梁工程；斜拉桥；正交异性桥面板；变形控制；焊接［中图分类号］TU758．11；U443．31 ［文献标识码］A ［文章编号］1002-8498（2012）11-0011-02 Unit Making and Deformation Control of Orthotropic Bridge Deck for Powder Room Bay Yangtze River Bridge Shen Nianlong ，Li Chaobing ，Ding Ruiping ，Wang Xuefeng （China Construction Steel Structure Jiangsu Co．，Ltd．，Jingjiang ，Jiangsu 214532，China ） Abstract ：Combined with steel structure engineering of Powder Room Bay Yangtze River Bridge in Chongqing ， based on the engineering characteristics and difficulties ，the authors introduce main points of making for bridge deck ，including plate correction ，U-rib assembling ，welding deformation control ，plate displaying and constraining ，welding sequence and direction ，the method of welding correction ，operation steps．Through study on unit making and deformation control of orthotropic bridge deck ，and application in steel structure engineering of Powder Room Bay Yangtze River Bridge ，good effect is obtained．Key words ：bridges ；cable stayed bridges ；orthotropic bridge decks ；deformation control ；welding ［收稿日期］2012-04-12 ［基金项目］中建三局课题（CSCEC3B-2011-23） ［作者简介］沈念龙，中建钢构江苏有限公司助理工程师，江苏省靖 江市江阴-靖江工业园区联心路二圩 214532，电话：（0523）84693721，E-mail ：nianlong03@163．com 1 工程概况 重庆粉房湾长江大桥为主跨（216.5+464+216.5）m 双塔双索面半漂浮体系斜拉桥。主桥全长为897m ，由464m 中跨和两侧对称布置的216.5m 边跨组成，在距离梁端60.50m 的位置处设置2个永久辅助墩，大桥设置辅助墩后，结构体系可进一步分为（60.5+156+464+156+60.5）m 5跨连续钢桁架梁斜拉桥。采用上、下层布置方式，公路在上层，铁路在下层。主桥设计基准年限为100年。总用钢量为2.3万t 。 正交异性桥面板是重庆粉房湾长江大桥主要桥面结构，也是许多钢箱梁及钢桁架桥梁中常见的桥面结构，其制作质量的好坏往往反映其钢桥的制作工艺水平。 本文以重庆粉房湾长江大桥正交异性桥面板单元的制作为例，主要从钢板校正、U 形肋拼装、焊接变形控制等方面对带肋桥面板的制作进行探讨。2 桥面板制作要点 1）制作桥面板的钢板在下料前都需要经过预处理， 以达到钢板整平、临时防腐和消除钢板轧制残余应力的目的，为下料和制作提供条件。 2）在专用画线平台上画出板块单元纵、横基线及U 形肋或板条肋位置线。 3）在专用门式组装胎型上组装板单元。4）在船形专用翻转反变形胎架上依照确定的焊接工艺施焊U 形肋及板条肋，并按标准进行外观检查和内部探伤。3变形控制 3.1 板块摆放及约束 为了控制焊接变形，板块的焊接制作专用的焊接反变形胎架，根据不同的板块宽度、厚度，横向设置不同的反变形量， 板块置于胎架上后周边用丝杠
钢桥正交异形桥面板
跨度46.8m公路正交异性板桥面简支钢梁桥（ANSYS板单元模型计算分析） 西南交通大学桥梁工程系 2012年6月
目录 第1章计算资料 (1) 1.1 计算内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 第2章桥面板单元模型建立 (2) 2.1 结构计算模型 (2) 2.2 结构边界条件 (5) 2.3 构件截面尺寸 (6) 2.4 结构计算模型参数汇总 (6) 第3章横载作用下的应力及竖向变形 (8) 3.1 顶板的应力和竖向变形 (8) 3.2 U肋的应力及竖向变形 (10) 3.3 横梁腹板的应力和竖向变形 (12) 3.4 横梁翼缘的应力和竖向变形 (14) 3.5 主梁腹板的应力和竖向变形 (16) 3.6 主梁翼缘的应力和竖向变形 (18) 第4章恒载和跨中最不利活载作用下的应力及变形 (20) 4.1 车辆荷载 (20) 4.2 顶板的应力和竖向变形 (22) 4.3 U肋的应力和竖向变形 (25) 4.4 横梁腹板的应力和竖向变形 (29) 4.5 横梁翼缘的应力和竖向变形 (34) 4.6 主梁腹板的应力和竖向变形 (37) 4.7 主梁翼缘的应力和竖向变形 (40) 第5章荷载组合作用下的结构应力 (44) 5.1 概述 (44) 5.2 计算工况 (44) 5.3 U肋最大拉应力 (45) 5.4 U肋最大压应力 (47) 5.5 顶板最大压应力 (49) 5.6 顶板最大拉应力 (50) 5.7 端横梁最大拉应力和剪应力 (51) 5.8 端横梁最大压应力 (54) 5.9 跨中横梁最大拉应力 (55) 5.10 跨中横梁最大压应力 (57) 5.11 主梁下翼缘最大拉应力 (59) 5.12 主梁腹板最大剪应力 (61) 第6章设计总结 (63) 6.1 恒载作用下全桥各构件内力汇总 (63) 6.2 恒载和跨中最不利活载作用下全桥各构件内力汇总 (63) 6.3 恒载和车辆荷载作用下最不利内力汇总 (64) 6.4 结构验算 (64) 6.5 总结 (64)
(完整版)一块简支正交各向异性板的振动模态分析
课程设计（论文）任务书 院系（教研室）年月日 学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题：一块简支正交各向异性板的振动模态分析 2 学生设计（论文）时间：自月日开始至月日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 1、弹性力学下册 2、ANSYS软件 3、有限元法 4 设计（论文）完成的主要内容： 1）利用有限元法，用ANSYS编程计算一块简支正交各向异性板的振动模态 2）应用板壳理论知识得到板的解析解，并对两种方法所得结果进行比较 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 提交课程设计论文一本 6 发题时间：年月日 指导教师：（签名） 学生：（签名）
用ansys解法如下： 模态分析步骤 第1步：指定分析标题并设置分析范畴 选取菜单途径Main Menu>Preference ,单击Structure,单击OK 第2步：定义单元类型 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现Element Types对话框, 单击Add出现Library of Element Types 对话框,选择Structural shell再右滚动栏选择Elastic 4node 63,然后单击OK，单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。第3步：指定材料性能 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material
Models。出现Define Material Model Behavior对话框,在右侧Structural>Linear>Elastic>orthotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数，Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。 第4步：划分网格 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现Mesh V olumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。 第5步：进入求解器并指定分析类型和选项 选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，将出现New Analysis对话框,选择Modal单击OK。 选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options，将出现Modal Analysis 对话框，选中Blocklanczos模态提取法，在Number of modes to extract处输入相应的值（一般为5或10，如果想要看更多的可以选择相应的数字），单击OK，出现Subspace Model Analysis 对话框，选择频率的起始值，其他保持不变，单击OK。 第6步：施加边界条件. 选取Main Menu>Solution>Define loads>Apply>Structural>Displacement,出现ApplyU,ROT on KPS对话框，选择在点、线或面上施加位移约束,单击OK会打开约束种类对话框，选择（All DOF,UX,UY,UZ）相应的约束,单击apply或OK即可。
李乔说桥-13：正交异性钢桥面板
李乔说桥-13：正交异性钢桥面板 1让人爱、让人恨的桥面板形式对正交异性钢桥面板，大家都很熟悉，这是钢桥尤其是大跨度钢桥结构中采用最多的一种桥面板结构形式，也是现代钢桥结构重要的标志性成果之一。但这种桥面结构同时也是钢桥领域里最令人头痛的结构之一，可以说是既“让人爱”又“让人恨”的一种桥面结构形式。让人爱，是因为这种结构具有众多的优点，如重量轻、承载力高、适用性强等，是目前为止仍然不能用其他形式桥面板取代的主要结构形式。而让人恨，则是因为它服役几十年以来，不断地出现令人头痛的疲劳开裂和桥面铺装破坏问题，而且成为了一个出现概率很高的普遍性病害、至今也没有公认的既经济又有效的解决措施的病害。 一般的正交异性钢桥面板指在桥面的面板下面采用纵横加 劲肋加强的构造形式，而目前应用最为广泛的正交异性钢桥面板是采用U形纵向加劲肋的构造形式。如图1所示，它由面板（顶板）、U形纵向加劲肋以及横向加劲肋或横隔板组成。目前世界各国已建成的采用正交异性钢桥面板的各类桥梁已超过1500座，我国正在运营和在建中的该类型桥梁数量已达200余座。(a)大跨度钢箱梁斜拉桥(b) 采用正交异性钢桥面板的钢箱梁横断面(c) 正交异性钢桥面板构造示意图及疲劳开裂统计图1 大跨度钢桥及正交异性钢桥面板
2 两大病害最早在大跨度钢桥上发现正交异性钢桥面板疲 劳开裂的是英国Severn桥，该桥开通运营仅5年即发现其 正交异性钢桥面板出现疲劳裂纹。此后，正交异性钢桥面板结构在包括欧洲、美国、日本及我国等世界范围内相继出现了大量的疲劳开裂案例。例如国内某大桥通车数年后即发现大量疲劳裂缝，经过维修加固，再经过几年的运营，又出现了更多的疲劳开裂。这种现象在很多类似结构的桥面板中出现，给桥梁的安全和耐久性带来巨大影响。由于桥面铺装的存在，这种发生在桥面板上的裂缝在开裂初期不容易被发现，一旦发现就已经贯穿顶板了。而且这种裂缝较难修复加固，多数情况下必须中断交通并拆除桥面铺装才能进行。 根据日本对东京2条代表性高速公路中约7000个闭口纵肋正交异性钢桥面板的疲劳病害进行的统计分析结果，主要疲劳裂纹类型及其构成如图1(c)所示。图中带圆圈的编号表示疲劳开裂的部位及类型，圆饼图表示各类型开裂所占的比例。由图可见，占比例最大的为②、③、④类，分别为纵向U肋与横隔板、竖向加劲肋与纵腹板以及纵向U肋与顶板的焊缝开裂。其中的第③类开裂对应的构造现在基本不再采用，所以目前出现最多的是②、④两类。 除了钢桥面板开裂以外，这种结构带来的另一个通病是桥面铺装过早损坏（图2），并成为每座同类桥面板结构的大桥设计时让人颇为纠结的问题。从我国90年代修建的此类结构
正交异性板钢桥面(3.14)2
正交异性板钢桥面结构应用技术工艺的探讨 The structural characteristics and manufacturing craft of steel box girder with an orthotropic steel bridge deck 叶翔叶觉明 （ Ye Xiang Ye Jue-ming ） 中铁大桥局武汉桥梁科学研究院武汉 430034 （ Bridge Science Research Institute, Major Bridge Engineering Bureau of China Railways, Wuhan 430034） 摘要： 正交异性钢桥面板是钢结构桥梁的重要结构件，正交异性钢桥面板由钢板、U肋和横隔板组成。以钢箱梁正交异性钢桥面板为例，介绍正交异性钢桥面板结构特点和组拼、 焊接和工地连接工艺特点，探讨在目前焊接和组装工艺条件下，延长正交异性钢桥面板 使用寿命的加工技术和工艺。 abstract: The orthotropic steel bridge deck is important structural of the steel structure bridge, the orthotropic steel bridge deck made is composed by the steel plate、 the U-shaped stiffener and the cross spacer . Taking the steel box girder deck plate as research object, the orthotropic steel bridge deck unique feature and craft characteristic for assembling、welding and site connection of the plate elements was deal with。 under the condition of the current welding and assembling workmanship， technology and technique to prolong the service life of orthotropic steel bridge deck was researched and discussed. 关键词： 正交异性钢桥面板板单元横隔板 U肋焊接工艺焊接残余应力 Key word: orthotropic steel bridge deck plate element cross spacer U-shaped stiffener welding technology Weld residual stress 对于大跨度悬索桥和斜拉桥，钢箱梁是非常有利的结构形式。钢箱梁以面板、底板、腹板、纵横隔板及加劲结构件为主要构成。其中面板钢板一般刚度较小，在轮载作用下易发生较大的变形，因此需要一定的钢板厚度，同时在面板上安装纵肋和垂直于纵肋的横隔板加劲，这是一种典型的正交异性桥面板。钢桥面板结构在桥梁上是不可能更换的，如果产生缺陷或裂纹扩展后修补又比较困难，需要从结构和实用焊接加工技术工艺等方面予以重视，延长桥面板的安全使用寿命。 1.正交异性桥面板结构和制造加工特点
国外正交异性钢桥面铺装综述
国外正交异性钢桥面铺装综述 要：由于钢桥面铺装承受了交通荷载和自然环境的复杂影响，使用条件严酷，因此，成为各国工程技术人员研究解决的难题。在日本、欧洲、美国等经济发达地区，桥面铺装技术问题解决得较好，基本形成了本国的铺装体系和典型结构设计方法（经验法）。文章对具有代表性国家的情况进行了对照参考，为国内相关研究提供借鉴。 关键词：钢桥面铺装；国外发展；对照参考 1 异性钢桥的介绍 在某种意义上，正交异性钢桥是20世纪30年代的battledeck板的发展。它包括钢桥面钢板焊接到纵向（通常工字钢）的纵梁，并由横梁支撑。在该系统中，桥面板既没有加强横梁强度，也没有形成其上翼缘，也没有形成主纵梁的强度，它仅仅是将轮载横向传递给纵梁。加劲肋、横肋、纵肋在垂直方向相互交织形成组合体而发挥作用，形成一种效率很高的网格状承重结构，并且由于其相对较低的自重，并且可以大量采取预制并满足大量的需求量，已建成或正在建设的大跨径桥梁面板多数采用正交异性钢桥面板。 2 桥面铺装 2.1 介绍 沥青用于钢桥面铺装主要有三个目的：（1）给予行车路面良好的防滑性；（2）通过改变其厚度对钢板的不平整予以改善得到平整的行车舒适性；（3）通过防水层来保护钢桥面板。 考虑到满足这些功能，通常不可能只由一种材料以满足其要求，需被划
分为几个层面铺筑于钢桥面板上，一般铺装包括粘结层、粘附层、隔离层和磨耗层。 （1）粘结层：以保证钢板和隔离层之间有足够的粘附力；（2）隔离层：防止底层钢板的腐蚀，并使钢板与磨耗层之间柔性过渡；（3）粘附层：保证隔离层和沥青磨耗层之间足够强的附着力；（4）磨耗层：承受并传递交通荷载到底层结构，并且提供必要的防滑性。 2.2 材料要求 由于要将不同功能层之间进行明显区分是不可能的，要满足有些要求不光只顾及一个层面。 对于正交异性钢桥面板材料的总体要求：（1）要求在高温下，沥青铺装层必须满足刚度要求，足够的抗车辙能力；（2）在低温下的材料应该是塑料或应具有高拉伸强度，以防止疲劳开裂，要求它不能开裂并且不应与钢板的粘结发生松动；（3）不同层间要保持良好的粘结力；（4）良好的抗滑性。 2.2.1 粘结层 （1）能够提供可靠的防腐性；（2）保证上覆层与钢板之间有足够强的附着力，所以它需要抵抗剪切应力，并能够在宽的温度范围保持其性能；（3）具有良好的密实性、憎水性，能够防止水气的渗入，这些功能可以由一个或多个结构层次来实现。 据国外学者Kohler和Deters（1974），粘结层需要具备低粘度以符合上述要求。 2.2.2 隔离层
正交异性钢桥面系统设计与基本维护指南_报批稿
正交异性钢桥面系统的设计 和基本维护指南 （报批稿） Guidelines for Design and Maintain of Orthotropic Steel Deck 中交公路规划设计院有限公司 中 国 铁 道 科 学 研 究 院 浙江省舟山连岛工程建设指挥部 2010.09.25
前 言 本指南针对正交异性钢桥面板的设计、加工制造和正交异性钢桥面板维护技术而编制。在制订过程中，积极借鉴了欧洲《BS EN 1993-2:2006 Eurocode 3—Design of steel structures—Part 2:Steel bridges》、美国联邦州际公路与运输协会《AASHTO LRFD Bridge Design Specifications》和日本《钢构造物的疲劳设计指针同解说》，参考根据国家科技支撑计划项目——跨海特大跨径钢箱梁悬索桥关键技术研究及工程示范-特大跨径悬索桥分体式钢箱梁成套技术研究与示范（2008BAG07B04）的科研成果，并考虑了当前的设计和制造水平及公路运输的未来发展趋势。 本指南主要内容包括：术语和定义、符号及代号、材料及连接方法、结构及构造设计、疲劳设计强度、疲劳设计荷载、疲劳检算方法、加工质量要求以及基本养护维修方法，可供公路桥梁中索支撑的连续钢箱梁或索支撑的连续钢桁梁的正交异性钢桥面的设计和养护维修参考使用。 本指南在执行过程中，如发现需要修改和补充之处，请将意见及有关资料寄交中交公路规划设计院有限公司（地址：北京市西城区德胜门外大街85号A607，邮编：100088，电子邮件：njsq1418@https://www.360docs.net/doc/c315341910.html, ）。 本指南由浙江省交通运输厅提出并归口。 本指南由中交公路规划设计院有限公司、中国铁道科学研究院铁道建筑研究所、浙江省舟山连岛工程建设指挥部起草。 本指南主要起草人：崔冰、刘晓光、张胜利、张玉玲、陶晓燕、童育强、孔庆凯、崔鑫、赵欣欣、曾志斌、田越、荣振环、于旭东。 本指南附录A为规范性附录。
正交各向异性单层板
正交各向异性单层板 对于复合材料，由于复合材料是由基体和增强纤维组成的多相非均质材料，因此 复合材料具有明显的各向异性性质。一般来说，确定复合材料力学性能有两种方法： 物理机理的力学分析方法和唯象理论方法。物理机理的力学分析方法是通过细观或微 观力学理论建立描述复合材料物理力学性能的各参数之间关系表达的方法，唯象理论 方法是将非均质多相复合材料作为均ABC电子质连续介质(以非均质多相复合材料与均质连续介质单相材料建立宏观上物理力学性能的等效模型)，在实验的基础上建立复合材料以总体宏观强度性能为特征的破坏准则(强度条件)。两种方法的主要区别在于； 物理机理的力学分析方法通过分折复合材料破坏过程的物理机理，从而给出复合材料 物理力学性能的各参数之间关系表达式；唯象理论方法则是通过实验，以实验为基础，从而给出复合材料以总体宏观强度性能为特征的破坏准则(强度条件)。 显然，唯象理论方法虽然能够在各种载荷条件下给出复合材料的破坏准则强度条件，但其所给出的复合材料的破坏准则(强度条件)不能解释复合材料破坏过程的物理 机理。尽管唯象理论方法不能解释复合材料何时从何处开始破坏，以及从局部开始破 坏到最终整体破坏的复杂过程，但唯象理论方法能够提供各种载荷(各种复杂应力状态)下的强度破坏指标，且该指标正是工程设计个保证所设计构件(或罗部件)安全的基本 指标。因此，基于唯象理论方法的破坏准则研究仍然是复合材料强度理论研究的一个 重要方向。本章关于复合材料强度理论的分析属于唯象理论方法范畴。正夹各庙异性 单层扳强魔理论的路本IC现货商概念各向同性线弹性体的一个显著特点是：各向同性线弹性体内同一点各个方向强度等同，且强度与方向无关。 如所示各向同性(均质)线弹性体，在各向同性(均质)线弹性体内两个不同方向取和舶试件进行试验。实验结果表明和两试件所呈现的力学性能在宏观统计学意义上完全 相同，即各向同性(均质)线弹性体内任意点、任意方向上具有完全相同的力学性能(包 括完全相同的强度)。对于复合材料，如图所示。由于纤维增强复合材料的各向异性，在纤维增强复合材料内冕个不同方向取和比试件进行试验。显然，由于沿增强纤维方向，因此具有较其他方向更高的强度；由于沿与增强纤维正交方向因此具有较其他方 向更低的强度；而介于和两方向艾博希电子之间，其强度也介于两者之间。由此可知，复合材料的强度与方向有关复合材料内同一点不同方向的极限应力不相同，即复合材 料的强度是方向的函数。在采用唯象理论方法分析复合材料单层板的强度时，增强纤 维复合材料单层板可看做是(均质)正交各向异性线弹性体。增强纤维复合材料单层板 只承受中面内裁荷时，增强纤维复合材料单层板可视为平面应力状态下的正交各向异 性单层板。cjmc%ddz
正交异性板
正交异性板 正交异性版即正交异性钢桥面板，是用纵横向互相垂直的加劲肋(纵肋和横肋)连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构。这种结构由于其刚度在互相垂直的二个方向上有所不同，造成构造上的各向异性。 细部构造 对于大跨度悬索桥和斜拉桥，钢箱梁自重约为PC箱梁自重的1/5,1/6.5。正交异性钢板结构桥面板的自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1/2,1/3。所以，受自重影响很大的大跨度桥梁，正交异性板铜箱梁是非常有利的结构形式。 通常在钢桥面板上铺装沥青混凝土铺装层，其主要作用是保护钢桥面板和有利于车辆的行走性。近代正交异性钢桥面板的构造细节如图回所示，由钢面板纵助和横肋组成，且互相垂直。钢面板厚度一般为12mm，纵肋通常为U形肋或球扁钢肋 或板式助，U形肋板厚一般为6mm或8mm，横梁间距一般为3.4,4.5m，两横梁之间设一横肋。 制造时，全桥分成若干节段在工厂组拼，吊装后在桥上进行节段间的工地连接。通常所有纵向角焊缝(纵向肋和纵隔板等)贯通，横隔板与纵向焊缝、纵肋下翼缘相交处切割成弧形缺口与其避开。 分析方法 正交异性板除作为桥面外，还是主梁截面的组成部份，它既是纵横梁的上翼缘，又是主梁的上翼缘。传统的分析方法是把它分成三个结构体系加以研究，即: (1)主梁体系:由盖板和纵肋组成主梁的上翼缘，是主梁的一部份。 (2)桥面体系:由纵肋、横梁和盖板组成，盖板成为纵肋和横梁的共同上翼缘。 (3)盖板体系:仅指盖板，它被视为支承在纵肋和横梁上的各向同性连续板。
计算方法 解析法是将正交异性钢桥面板结构作为弹性支承连续正交异性板分析的较为成熟的经典计算方法。根据所取的计算模型不同，解析法计算又可分为以下几种: (1)把板从肋的中间分开，并归并到纵横肋上去，构成格子梁体系。它的缺点是未能考虑板的剪切刚度。 (2)把纵横梁分摊到板上，也就是将板化成一种理想的正交异性板。当荷载作用在横肋上时，这种方法是较好的，但当荷载作用在两横肋中间时，此法的精度就差了。 (3)对法2的改进，即将作用有荷载的那个节间单独处理，令节间的横向抗弯刚度等于盖板的抗弯刚度，其余节间解同法2 (4)Pelikan-Esslinger法。此法是将纵肋均分摊到盖板上，而将横肋作为刚性支承，求解后再将横肋的弹性支承计入。 随着计算机技术的发展，正交异性板的求解又有了很多新的数值法。目前较有成效的是有限差分法、有限条法和有限单元法。疲劳问题 钢桥面板作为主梁的上翼缘，同时又直接承受车辆的轮载作用。如上所述，钢桥面板是由面板、纵肋和横助三种薄板件焊接而成，在焊缝交叉处设弧形缺口，其构造细节很复杂。当车辆通过时，轮载在各部件上产生的应力，以及在各部件交叉处产生的局部应力和变形也非常复杂，所以钢桥面板的疲劳问题是设计考虑的重点之一。自1966年英国Severn桥(悬索桥)采用扁平钢箱梁以来，钢桥面板陆续出现许多疲劳裂纹，主要产生的部位有纵助与面板之间的肋角焊缝、纵横肋交叉的弧形缺口处，U形肋钢衬垫板对接焊缝处等，其中梁段之间钢桥面板工地接头是抗疲劳最薄弱的部位。 由于钢桥面板不可能更换，产生裂纹后修补又比较困难，50年来(通过一系列的试验研究和有限元分析，以及实