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重返世界著名钢桥失效事故现场,分析结构设计与开裂

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:上部结构与下部结构斜交角为35°。图15.1桥梁平面图和立面图G4 梁横联处腹板开裂如图 15.2 所示。腹板开裂导致纵向加劲肋局部开裂。图15.2G4主梁腹板裂纹图15.3G4主梁腹板裂纹顶端图15.4G4主梁腹板裂纹底端图15.5G4主梁腹板裂纹顶端G7梁腹板裂纹如图15.6,止于腹板中部,而裂纹顶部近似水平扩展至腹板与顶板焊缝,与G4相似。

重返世界著名钢桥失效事故现场,分析结构设计与开裂

I-895 桥横跨美国 1 号联邦公路和马里兰州埃尔克里奇的帕塔普斯科河(Patapsco River),在 I-895 南端附近与巴尔的摩南部的I-95桥相连。该桥建于1972年,为(50.4+60+75.9)m的焊接钢板梁连续梁,第 4 跨为 16.8 m 简支梁。上部结构与下部结构斜交角为35°。2003年3月14日,两个主梁腹板发现裂纹,位于连续梁中跨靠近2号桥墩处的内侧(G4号梁)和外侧(G7号梁),如图15.1所示。

上部结构由 7 根焊接钢板梁组成,跨中横联垂直连接于主梁,梁端部横联斜连接于主梁,由A36(屈服强度250 MPa)钢梁和229 mm厚钢筋混凝土桥面板通过剪力钉连接形成组合梁。连续钢梁腹板高度均为 2 286 mm,厚度除 2 号桥墩处为 11 mm,其他均为8 mm,翼板厚度在22~95 mm。

发现裂纹后桥梁立即关闭,并在开裂区域进行检查,然后进行全桥彻底检查,没有发现其他裂纹。在去除裂尖和进行钢材性能试验后,设计和栓接钢板对梁进行修复。然后恢复桥梁运营,根据定期检测显示:运营良好,没有裂纹。

图15.1 桥梁平面图立面图(单位:m)

G4 梁横联处腹板开裂如图 15.2 所示。断口分析表明:开裂始于腹板和加劲肋连接焊缝顶端,如图15.3所示。裂纹沿腹板对角线向下发展贯穿整个腹板,止于腹板与底板焊接处,如图15.4所示。上部裂纹近似水平扩展并止于腹板与上翼缘的焊缝处,如图15.5。

所有主梁腹板两侧都焊接横向加劲肋,加劲肋一端焊接在顶板,另一端与底板紧密贴合,如图 15.3~图15.5。横向加劲肋为钢板(11 mm×178 mm 或 13 mm×203 mm),在横联处还作为连接板使用。在G4开裂位置加劲肋为钢板(13 mm×203 mm),也是第一道横联的连接板,距 2 号桥墩约为 6.9 m。加劲肋间距约为 864 mm,横联为X形,由上弦杆、下弦杆和斜杆组成,弦杆为(127 mm×127 mm×9.5 mm)角钢,斜杆为(102 mm×76 mm×9.5 mm)角钢。在主梁腹板一侧,位于底板上部约 460 mm处,焊接纵向加劲肋(10 mm×114 mm)。腹板开裂导致纵向加劲肋局部开裂。

图15.2 G4主梁腹板裂纹(www.xing528.com)

图15.3 G4主梁腹板裂纹顶端

图15.4 G4主梁腹板裂纹底端

图15.5 G4主梁腹板裂纹顶端

G7梁腹板裂纹如图15.6,止于腹板中部,而裂纹顶部近似水平扩展至腹板与顶板焊缝,与G4相似。断口分析表明:裂纹也始于腹板与加劲肋焊缝顶部。与G4梁不同,G7腹板开裂始于中间横向加劲肋,离第一道横联(距2号桥墩约6.5 m)有一定距离。

图15.6 G7腹板裂纹

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