疲劳裂纹
桥梁伸缩缝钢构件中的裂纹主要是由疲劳产生的,可能导致构件脆性断裂。引起疲劳开裂的内因主要是材料缺陷和应力集中,外因则主要是重复活载作用下产生的应力循环。超载、车辆撞击或截面锈损等因素增加了裂纹扩展和构件断裂的可能性。现场检测表明:目前公路桥梁的车辆荷载具有轴重大、行驶速度快、通行流量大的特点,使得栓焊桁梁桥桥面系纵横梁连接处最先出现疲劳裂纹,如图1与图2所示。在构造设计上,桥道纵梁与横梁采用“简支式’’细节处理,只要求传递剪力,在计算时未考虑纵梁梁端抵抗力矩,故纵梁不设置鱼形板。
一方面,栓接接头无法达到完全柔性,总是存在一些抵抗力矩,因而梁端转动使连接角钢发生了畸变。根据美国铁路钢桥规范(AREA),为减少连接角钢开裂的可能性,在考虑其抗剪能力的情况下应尽可能用较薄的角钢肢厚度,且外伸肢上的钉线距应大于图3中的规定。实际桥梁中该钉线距采用55mm,小于规定值81. 6mm,因此连接角钢较容易撕裂。
另一方面,工字形截面的纵梁与横梁连接时,上端的翼缘被切除以避让横梁翼缘,这样在腹板切口拐角处出现刚度突变,引起很大的疲劳应力幅,在频繁车辆作用下出现裂纹。 以跨越黄河的某栓焊桁梁桥为例,原设计荷载为两车道汽-13级,目前实际日交通量逾3万辆,其中15.6%为总重超过30t的重载,监测到的最大超载重车竞达60t,其运营荷载总体水平达到汽-20级。1998年更换混凝土桥面板5年后,纵梁端切口或连接角钢处已产生宏观疲劳裂纹67处(角钢撕裂27处,纵梁端切口开裂40处)之多,占纵横梁伸缩缝总连接部位数的9.8%,最大裂纹已达160mm。
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