关键词：双塔悬索桥；钢箱梁；疲劳损伤；典型部位；研究
悬索桥是一种承受拉力的缆索，也是主要的承重构件，主要由吊杆、主缆、等组成，具有跨度较大的优势，可跨越几千米，受力结构较为合理，整体施工安全度较高，成为今后桥梁工程的主要发展方向。我国近几年，一直致力于对多塔悬索桥的结构进行探索和分析，完成了许多塔悬索桥的工程项目，成为名副其实的悬索桥大国。但由于大桥跨度大，所以承载的车辆荷载。随着时间的增长，大桥容易发生的退化，出现疲劳开裂的现象，严重影响着车辆的运行安全，因此必须采取必要的安全手段，修复的悬索桥的疲劳损伤部位，保证桥梁交通的安全。
一、钢梁箱疲劳问题
（一）钢箱梁主要存在的问题
1.钢材腐蚀
桥梁的外部环境较为恶劣，再加上钢箱梁表面涂装容易遭到破坏，会加速钢材的腐蚀，从而使桥梁构件遭到破坏，进而使缺陷和裂纹，会缩短桥梁的寿命，钢箱梁腐蚀一般为缝隙腐蚀、点蚀等类型。
2.钢箱梁的结构性损伤
连接缺陷：钢箱梁连接一般会通过焊缝连接等。在连接过程中，焊缝容易在交便荷载作用下，发生脱开。连接部位和连接处较为脆弱，容易出现螺栓滑移和螺杆断裂等问题。
构架结构变形：钢箱梁局部位置户出现构件变形过大现象。例如：钢箱梁与缆索的连接部位，如果荷载作用过大，容易出现塑性变形等现象，塑性变形过大是桥面板开裂的主要因素，会对桥面铺装有严重影响。
3.疲劳裂纹
疲劳损伤的主要表现形式是悬索桥钢箱梁出现裂纹，引起裂纹的主应力是平面外疲劳裂纹和平面内疲劳裂纹。疲劳裂纹会对疲劳强度产生不利影响，影响疲劳裂纹的主要因素是拉应力和应力集中等现象，此类现象会加剧桥梁的疲劳裂纹。尤其在交荷载作用下，钢箱梁中存在薄弱部位，薄弱部位会因车辆荷载作用而出现裂纹，并且这种裂纹，随着时间的推移，会逐渐形成桥梁的疲劳损伤。长此以往，会导致裂纹加大，对桥梁车辆出始安全造成影响。
（二）发生疲劳损伤的典型结构细节
钢箱梁的受力状态十分复杂，经常发生疲劳的部位主要是各构件连接的节点，经常会在车辆荷载作用下，出现疲劳损伤，损伤的典型部位如下：U肋和钢箱梁顶板连接处；U肋和隔板开凿部位以及U肋纵向连接部位。
（三）产生疲劳损伤的典型位置
在实际运营过程中，双塔悬索桥会出现部位损伤，并且部位损伤分布特征比较相似，主要集中在几个典型位置。横向桥的部位损伤主要集中在重车道和主车道，具体分布在重车道和主车道4分之一跨的位置，裂痕会在在交通的荷载作用下产生裂缝，裂缝整体有一定的规律，准确发现裂缝总体规律，从而修复工作提供充足的数据资料。
二、实桥数据分析
1.疲劳裂痕向车道分布
根据大桥的数量和长度主要分布在北塔的四分之一跨，比如野三河大桥断裂的数据，裂纹主要分布在车道或者行车道上，即U肋处。比如：野三河大桥2011年、2012年裂纹主要分布在主梁横断面上6~12号U肋上，其中6号和16号的裂纹数量最多，这是因为该型号处于行车道和重车道位置，应力较大，所以产生了较多裂纹。
2.疲劳裂纹纵桥截面分布
由于车流容易发生较多的裂痕，导致悬索桥出现位移，位移位置不是发生在跨中，而是发生的在悬索桥跨四分之一的位置，容易较大位移变化，位移变化过大，比较容易产生裂痕。
比如：野三河大桥2011年裂纹主要分布在南北塔的八分之一跨和五分之一跨处，南塔吊索处于65~85号位置，北塔处于4~23号吊索位置。
三、理论分析
（一）车流作用的钢梁箱震动响应分析
野三河大桥是国家的高速公路的重点工程，主桥上部结构为连续性钢箱梁，箱梁根部高度为12米，跨中高度为3.5米，箱梁顶宽为12.2米，悬臂板端部厚度为15厘米。箱梁上部结构主要采用混凝土设计，钢箱梁标准强度为1860Mpa。根据该大桥尺寸设立了有限元分析模型，如图一所示，模拟桥塔和主梁，以及主梁和吊杆，用耦合联结吊杆与主梁。基于迭代法计算和分析车与桥系统，计算时应考虑车流作用下，大桥主梁不同位置的移动以及振动响应，计算时将车桥藕合纳入计算范畴之内。同时计算车与梁不耦合条件下，主梁不同位置的静力响应和动力响应。
图一：野三河大桥全桥BDCMS模型图
选取四分之一节段进行精细化分析，主要分析钢箱梁局部构造的损伤情况与应力状态。选择钢箱梁节段，建立钢箱梁节段精细化模型，具体操作方式如下：选取桥面宽32.5米，横隔板厚为12厘米的厚度，以及6厘米的U形加劲肋等，组建一个钢箱梁模型。
（二）车载作用下钢梁构造细节
为方便计算，需将来往车辆多，产生的应力叠加效益扣除，只考虑车辆在桥梁行驶的过程中，单个车轮对横桥和竖桥的荷载作用。分析9类疲劳细节位置，计算时可将车轮荷载值设置成100KN。
四、钢梁箱悬索桥动力特性
（一）振动型桥力作用
桥的是动力主要为主缆和吊索震动，振动周期为1,6433秒，振动频率为0.6085赫兹，该振动结果体现了悬索桥的优势，与传统悬索桥不同，该悬索桥具有柔性结构的特征，能够延长自振周期，刚度较小。钢箱梁之所以会具备刚度较小的特色，是因为钢箱梁在轴向压力的作用下，桥梁结构变得更加的坚固，并且结构较轻。
（二）振动形式
双塔悬索桥的振动形式主要分为以下几种，一是钢箱梁的竖向和横向出现振动现象，二是吊索与主缆振动和扭转。
（三）振动一体化
双塔双线缆双塔式悬索桥，桥塔的振动幅度较小，横向刚度也比较小所以导致振动出现的时间发生改变，一般出现振动的时间都会相对较晚。选用正交异性的钢箱梁可采用正交异性的方式，利用陷阱的焊接技术，加固U型肋。根据研究表明桥面扭曲出现时间较晚，打破常规，可让钢箱梁在振动过程中，保持振动频率，让其具备一体话振动效应。
（四）密布的频谱
悬索桥的振动范围应设置最小振动频率0.085赫兹，最大振动频率为2.3655赫兹，设置47个接振型，形成一个较宽的振动频率。根据振型，动力荷载力也会成为强烈振动的基本方式，因此，必须保证桥梁的共振，实现桥梁的共振设置与阻尼器安装，制定密布的频谱，减少因动力荷载激起的强烈振感。
双塔桥具有跨度大，性能稳定，为车辆交通提供便利，施工较为便捷，但是由于双塔桥易出现损伤部位，因此为保证双塔桥安全性，需找到悬索桥疲劳存在的典型位置，重点对悬索桥疲劳损伤进行探索，发现悬索桥疲劳损伤出现的原因和规律，以及疲劳损伤现象，制定合理悬索桥裂纹修复方案，积极解决悬索桥疲劳损伤裂痕现象，修复悬索桥损伤部位，不断加固悬索桥，让其在车辆荷载作用下，不会出现裂痕，保证悬索桥的质量，减少悬索桥出现振动的频率，确保悬索桥能够发挥其最大价值。延长双塔桥的寿命，让结构件之间的连接更加牢固，提升悬索桥的安全性能，解决当前交通拥挤现象，减少安全事故的发生。
结束语：
随着社会经济的发展，悬索桥逐渐成为主要的交通道路，双塔悬索桥由于其自身优势，跨度大，稳定性能强，施工方式也相对简单，这些优势使双塔桥逐渐取代其它桥梁，成为国内外主要建设的桥梁，并且随着技术的创新，双塔桥的损伤部位已被修复，并不会对其造成负面影响。于是建立双塔桥，成为国内外发展的主要趋势，对今后的交通发展存在较为深远的影响。
参考文献：
[1]吴云涛.双塔自锚式钢箱梁悬索桥自振特性研究[J].北方交通,2018(12):13-16.
[2]袁伟,王定宝.保腾高速龙江特大桥双塔单跨钢箱梁悬索桥锚碇施工[J].建筑,2018(20):75-76.
论文作者:吴昊
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷15期
论文发表时间:2019/11/15
标签：悬索桥论文; 疲劳论文; 裂纹论文; 损伤论文; 部位论文; 荷载论文; 桥梁论文; 《建筑实践》2019年第38卷15期论文;