钢箱梁结构分析与设计细节探讨

钢箱梁结构出现的问题主要表现为疲劳和断裂，请大家讨论一下，目前在具体设计中对于上述问题是如何进行考虑的，比如横隔板、纵隔板、U形肋和桥面板的开裂。还有钢箱梁是采用全焊还是栓焊？
" Y$ E; H3 w5 O! C% O* l1 P0 u" l; \1 C0 ?       此外对于钢箱梁的结构分析，对于第一、第二和第三体系应力的计算大家一般如何进行操作。
       如果取一段钢箱梁模型采用有限元理论计算，必然钢箱梁的第一系体应力、第二体系和第三体系的应力无法分开。但设计规范都是只采用第一和第二体系应力的组合，因此必须计算第二体系的应力才能按照国外的规范（英国桥梁设计表准BS5400、日本本四联络线上部结构设计标准等规范）进行组合并检算。

楼主的题目有点大，姑且勉为其难探讨一下，不对之处望谅：
1.        你所说的钢箱梁的疲劳和断裂的问题，其实是所有承受可变活载的钢结构面临的问题，从目前发现的钢箱梁病害来看，斜拉桥、悬索桥的钢箱梁，横隔板在纵肋通过处附近自身产生裂缝、横隔板与纵肋间的焊缝局部开裂、空腹式内腹板（纵隔板）的杆件与节点板间的焊缝局部开裂，等等，都是非常常见的。但桥面板、实腹式纵隔板、外腹板内部母材发生开裂或断裂的现象，至少报告所见较少。
2.        应对钢结构疲劳、断裂的手段，主要从以下几个方面入手：首先是选择合理的材料，如同人们的身体，先天有了良好的体质，自然得病机率就小；其次合理的结构杆件（板件）布置和适宜的加劲是对钢结构尤其钢箱梁这类薄板壳类结构承载寿命的有力保障；再次是保证构件在结构受到冲击、变形后的适应性，也就是一个适宜的刚度，使其有一定的柔性，从而能迅速扩散荷载，避开荷载的锋芒，保全自身；另外就是需要减少对材料的损伤，比如避免切割材料时留下尖锐角点（后期将带来应力集中）、避免让其截面突然变化、避免过渡的热量输入急速降温导致残余应力（比如不合适的焊接工艺），避免长期留下局部腐蚀的点导致开裂源等等。这其中，选择合适的板件连通（避让）方式、焊接工艺（含焊接间隙和坡口形式及输入线能量等）是我们能主动把握、且见效明显的手段。事后对焊缝及结构内部残余应力的处置，如时效、热处理、超声波锤击焊缝等，也是可行的方法。不过对于钢箱梁这种大型的块件且即制即用的结构，常用的也只有超声波锤击这项了。
3.        钢箱梁是栓焊还是全焊？我想目前没有一个单一的答案，具体工程的施工可行性、便利性，决定了连接方式的选择方向，总体来说，焊接比栓接更节省材料，而且现场修配起来更加方便，在焊接工艺和材料越来越发达的今天，焊接是能满足更多要求的，全焊是将来的方向。但不得不说的是，对于钢箱梁这类多方向、多处、多面有连接缝的情况，适当搭配栓接和焊接是必要的，合理的栓接能减少工人的劳动强度、加快现场的连接速度、更重要的时比较可靠，摩擦型高栓连接也更抗疲劳。钢箱梁设计时，我目前比较习惯的方式是，箱内的腹板和肋，在焊接难度大时，采用栓接，所有外圈面板、底板的加劲肋均采用焊接。
4.        对于你所说的钢箱梁第一、二、三体系应力的计算及分析问题，我看了下，应该是中华钢结构论坛上2002年的问题，且该论坛上有完整的论述，就不此在啰嗦了。

citron 发表于 2013-4-13 22:56

, {4 C) M3 Q4 A2 z7 ~                               
登录/注册后可看大图

楼主的题目有点大，姑且勉为其难探讨一下，不对之处望谅：
1.        你所说的钢箱梁的疲劳和断裂的问题，其实是所 ...

请问你有没有做过钢混结合段的局部分析呢？

2楼说的很全面了。我国00年前设计的正交异性钢箱梁几乎都存在较大认识问题，也就是再10年前后国内才逐渐掌握正交异性钢箱梁，楼主设计这类桥可参照日本的轨范，讲的很详细，也很全面。
9 H0 O5 }, y9 \  W; ~8 i1 X

补充一点，鉴于工地的生产环境，建议受力较大的工地接头尽量采用栓接。

5楼说的对，鉴于目前我国的施工条件所限，比较可靠且高效的方案是工厂预制尽量多采用焊接，现场拼装部分尽量采用栓接，以保证连接质量，又能加快施工进度。

现场焊接的质量会因为施工单位的水平高低、现场条件等而有明显差异，对于目前公路桥梁施工规范中提的焊缝质量等级等的要求，现场焊缝的质量经常是达不到的，很多时候要重焊。
另外栓接的话，由于目前钢结构设计、钢结构加工、钢结构施工是分开的，而栓孔在设计时又经常不考虑变形后的问题，所以施工中经常会出现栓孔错位的问题。

对于钢结构，在逐渐熟悉中慢慢进步啊

cjcc 发表于 2013-5-21 10:52
现场焊接的质量会因为施工单位的水平高低、现场条件等而有明显差异，对于目前公路桥梁施工规范中提的焊缝质 ...

' h- O7 }' g* q5 P. Q+ a可以借鉴中铁山桥和宝桥的制造经验，利用试拼装在工厂里检查栓孔布置。