国内外工程经历标明，大多接受重交通荷载运行的钢桥，其钢桥面板在使用数年或十几年后相继呈现了疲惫损坏问题，因而处理钢桥面板疲惫开裂问题势在必行。

疲惫开裂的典型问题

纵肋与顶板焊接处疲惫裂纹

在直接接受竖向轮压荷载情况下，纵肋的挠曲变形导致桥面板的面外变形，然后在桥面板与U肋焊缝的焊趾、焊根处发生弯矩。在弯矩作用下，顶板与纵肋焊根、焊趾处发生较大的弯曲应力并构成部分应力会集，因而疲惫裂缝简单发生并进一步扩展。从结构上看，由于纵肋（U肋）腹板歪斜，桥面板与U肋在焊接时会呈现缝隙，因而发生初始缺陷。除此之外，焊接时温度很高，焊接完成后会在焊缝周边发生焊接剩余拉应力场。

钢桥面板顶板疲惫裂纹

在部分轮载直接作用下，当纵肋内侧的弯矩小于外侧的弯矩时，焊根处发生较大的应力会集，裂纹在此萌发并沿顶板向上展开，最终穿透面板。由于是桥面板的负弯矩导致的损害，所以桥面板的刚度缺乏和超载车辆的通行，是导致发生这类裂纹的首要原因。除此之外，剩余应力和焊接初始缺陷相同也是发生此类裂纹的原因。

横隔板与顶板衔接处疲惫裂纹

在部分轮载直接作用下，桥面板发生鼓曲状变形。在横隔板与顶板相互衔接并相互约束的部位，因几何不接连、刚度突变呈现应力会集。重复荷载作用下，疲惫裂纹在上述部位呈现并敏捷扩展。此外，纵肋过焊孔处横隔板简单呈现应力会集，在活载的重复作用下，最终导致疲惫损坏。

纵肋对接拼接疲惫裂纹

纵肋是弹性支承在横隔板上的接连梁，在较大的竖向轮压荷载作用下，会在纵肋上发生纵向弯矩。而纵肋嵌补段的竖向裂纹，首要由于纵桥向弯矩发生的循环主应力引起的。一般纵肋工地对接方位能够选用焊接和栓接两种方式。当选用焊接方式时，通常选用钢衬垫板辅助焊接。由于加工偏差，装置钢衬垫板往往与相同较薄的纵肋壁板不密贴，简单导致定位焊缝里存在焊接缺陷，并且在焊根处发生较大的应力会集。此外，嵌补段的焊接工艺一般为仰焊，焊接质量不简单保证。该对接焊缝方位裂纹形状或许会有两种，如图5。

纵肋与横隔板焊接处疲惫裂纹

从正交异形板的第二体系来看，纵肋和顶板能够视作弹性接连支承在横梁上的接连梁。在车辆轮胎荷载的作用下，顶板和纵肋发生挠曲变形，变形协调带动横隔板发生纵向面外变形和横向面内变形。由于纵肋侧壁腹板部分受到约束，引起与横隔板开孔相交处部分应力会集，然后发生疲惫开裂。

横隔板弧形切断母材处疲惫裂纹

为了释放纵肋挠曲带来的横隔板约束变形，在横隔板纵肋经过的下方设置弧形切断。可是，开孔后使得横隔板上弧形切断边际简单构成应力会集部位，然后形成该处母材疲惫开裂（如图6）。除此之外，焊接剩余应力也是影响疲惫开裂的重要因素。有关文献标明，横隔板挖孔边际处存在切向的剩余拉应力，峰值能到达200MPa。

疲惫裂纹修正技能

钻孔止裂法

相关研讨指出，在必定孔径规模内，止裂作用跟着止裂孔孔径的增大而变好。别的，附加孔能明显延伸结构疲惫寿数，但不会改变裂纹扩展速率。

国内学者付炳宁对足尺钢桥面板模型的某一U肋拼接段疲惫裂纹，进行止裂孔修正实验研讨，经过释放裂纹顶级的应力水平，到达阻挠疲惫裂纹扩展。此外，Duprat等提出，对止裂孔进行冷扩处理或往孔内植入直径稍大于孔径的栓钉，能够延缓疲惫裂缝再次萌发。日本学者Uchida提出，在孔中置入螺栓，经过预紧力下降止裂孔附近的峰值应力，可进步裂缝修正作用。

可是,钻孔止裂会削弱原构件截面,然后或许形成强度损坏。Choi等在相关实验中,仅进行1.5万次循环荷载,便发现新的疲惫裂纹在止裂孔边萌发并扩展,止裂作用较差。

加补强钢板法

关于钢桥面板U肋与顶板焊缝开裂，国内外学者提出在相邻U肋间设置装配式倒U形构件或角钢进行加固，添加横桥向刚度，下降此衔接处的应力幅值。其他学者则在横隔板与U肋侧边张贴角钢，或在U肋底边与横隔板螺栓衔接角钢，用以固定U肋与横隔板之间的切断，控制该部位的变形，然后进步修正功率。而针对横隔板弧形开口处疲惫裂纹，国内学者李传习等提出，弧形切断优化＋双面补强钢板的计划。有限元分析标明，弧形切断及横隔板与U肋衔接处应力有明显改善作用，且对补强以外稍远部位应力影响可疏忽，补强钢板尺度可统一，其边际距U肋宜取30mm，其厚度宜取4mm。

选用高强摩擦螺栓衔接可进步开裂方位与补强板的整体性，双面加固不仅进步结构的刚度，还可防止不平衡受力对结构形成影响。但在原结构上添加补强钢板会形成端部截面刚度变化不接连，且螺栓制孔会引入新的应力会集。此外，若疲惫裂缝较多，选用钢板补强会添加额外恒重。

热修正办法

部分学者根据疲惫实验提出，TIG重熔法修正深度小于5～6mm的焊趾疲惫裂纹能取得较好的修正作用，TIG熔修处理后的疲惫强度进步70%，疲惫寿数进步5～8倍。但是，焊接法是现场施焊，其焊接质量及焊接后的焊缝处理不及工厂操作，最终留存的杂乱剩余应力简单引起部分蠕变损害和应力腐蚀开裂。

机械修正法

在超声波冲击法(UIT)研讨方面,Sougata等对18个全尺度W27×129轧制梁试件进行了超声冲击处理，使焊接横向加强筋和盖板细部疲惫功能得到增强。国内学者王丽等对铁路大跨度斜拉桥中两种新式结构细节,进行不同应力幅下的疲惫实验。结果标明,经超声波锤击后,试件的200万次疲惫强度有明显进步,为原状试件的2倍以上。

在裂纹闭合冲击改善技能（ICR）方面，日本学者提出了选用设备冲击疲惫裂缝以及裂缝两端，使裂缝闭合的技能。袁周致远等经过展开钢箱梁疲惫裂纹冲击裂缝闭合修正实验（如图7）提出，ICR修正后能够下降裂纹沿深度和长度方向的扩展速率，对遏止疲惫裂纹扩展起到促进作用。但是其验证和使用仍存在缺乏，特别冲击力度和次数尚无可靠根据。

钢纤维混凝土铺装改善法

针对顶板与U肋焊缝处发生的疲惫裂缝，可选用加筋水泥基资料或者高功能混凝土，作为钢桥面铺装层进行修正，代替原有刚度较小的沥青混凝土铺装层，经过剪力钉或结构胶与下层既有钢桥面板构成组合桥面板共同受力，以期下降焊缝处疲惫应力幅。根据此理念，荷兰代尔夫特理工大学提出选用加筋高功能混凝土（RHPC），日本学者提出钢纤维增强混凝土（SFRC），两种铺装体系均得到了较好的使用。国内学者邵旭东等提出，选用正交异性钢板一薄层超耐性混凝土（STC）组合桥面板结构（如图8），对钢桥面板进行修正加固。经过对混凝土的高温蒸养消除混凝土收缩带来的不利影响，可使焊缝处疲惫应力幅大幅下降。该技能已使用于多座钢桥面修正工程中。

夹芯板（SPS）结构体系法

夹芯板加固结构体系（SPS）是将新钢板经过一层环氧树脂或聚氨酯资料,张贴在既有正交异性钢桥板上,以修正疲惫裂纹。现在已有一些桥梁选用此办法。国内学者崔春雷等的研讨标明,与加固前相比,在不发生新的焊接剩余应力的情况下，SPS加固桥面的抗疲惫功能明显进步。但是,高温会对夹层资料与钢板之间的粘结功能发生不利影响。

纤维增强复合资料加固法

相较于普通碳纤维（CFRP）修正疲惫裂纹，选用高弹性模量乃至超高模量的CFRP覆盖裂纹外表更具优势，并且跟着张贴层数的添加，疲惫修正功率也随之进步。需求指出的是，CFRP—钢粘结接头仍是发生失效的最薄弱环节，其胶层耐久性问题有必要高度重视。但是关于这种非预应力粘结加固体系中，恒载并不传递到CFRP板上，只有一部分活载传递到CFRP板上。而预应力CFRP加固钢结构在力学上比非预应力加固更有优势，由于它们能够减小钢构件中的永久拉应力，经过下降均匀应力水平然后添加被加固构件的疲惫寿数。但是，虽然如此，却很少有人尝试用预应力粘结加固（PBR）体系。这是由于该体系中的预应力水平不能过高，不然纤维资料就会与钢构件之间过早地发生粘结失效。

作为PBR的代替计划，瑞士Ghafoori等提出一种使用机械端锚的预应力无粘结加固（PUR）体系。研讨标明，预应力碳纤维板完全阻挠了疲惫裂纹扩展，并且在750万次荷载循环后，既未观察到机械夹具的滑移，也未观察到任何预应力丢失。并且他们进行了两种体系加固受损钢梁的疲惫实验，发现PBR体系中碳纤维板存在部分应力会集，而PUR体系中碳纤维板具有均匀的应变散布。可见，预应力无粘结加固体系能够在较高的预应力水平下表现出更好的疲惫功能，且会大幅下降延性。

Bassetti等从一座91年前史的撤除桥梁上取下三根铆接十字梁，经过在横梁下翼缘上外表张贴2块CFRP板和在下外表锚固预应力CFRP板来进行加固（如图9所示），有用抑制了钢梁铆钉孔微裂纹的疲惫扩展。Miller等使用CFRP板对既有钢桥主梁进行加固，经荷载实验，锈蚀钢梁的整体刚度进步了11.6%。

Sen等使用实验和有限元分析，验证了CFRP环氧树脂复合板加固钢混组合梁的可行性，并且能够进步疲惫寿数。Moy等选用超高模量CFRP板成功加固伦敦地铁阿克顿桥后，测得活载应力下降了24%。Ghafoori等用预应力无粘结加固体系（PUR），对瑞士一座120年前史铁路铆接钢梁桥进行加固。测验结果标明，预应力碳纤维板下降了活载的均匀应力，并且环境温度的升高将导致碳纤维板的应力水平增大，但增幅不大。Hosseini等在澳大利亚DiamondCreek公路桥监测无应力粘结体系（BR）加固作用。经过现场车载实验，横梁底部拉应力减少了15%。

由于钢材和碳纤维布热膨胀系数不匹配，无预应力粘结碳纤维布板的温度变化会引起明显的热应力循环。在规划实践粘结碳纤维加固计划时，有必要考虑这些循环应力。在正交异性钢桥面板疲惫加固方面，没有有实桥使用，但存在理论与实验研讨。李传习等对张贴CFRP板加固，及未加固的含人工缺陷弧形缺口细节的疲惫功能进行比较研讨。结果标明，若以疲惫裂纹长度6.5mm作为损害容限，单面张贴CFRP加固含缺陷弧形切断的疲惫寿数为未加固切断的8～15倍。王秋东等针对钢箱梁顶板与竖向加劲肋焊接接头疲惫细节，选取了3个已有焊趾疲惫裂纹的部分足尺试件作为研讨目标。结果标明，CFRP补强法可显著进步疲惫裂纹的扩展寿数；在CFRP补强的根底上进行钻孔或裂纹焊合处理，可进一步下降疲惫裂纹的扩展速率。综上可见，选用CFRP加固钢结构疲惫裂纹有很好的作用，可为加固正交异性钢桥面板疲惫裂纹提供必定参考。

引入形状回忆合金的可行性研讨

虽然CFRP已被证实有用，但在一些情况下施加预应力需求空间和设备（例如液压驱动装置），因而人们考虑引入形状回忆合金来提供预应力。

最早被土木工程领域关注的是镍钛形状回忆合金（NiTiSMA）。Shimamoto等将预紧的SMA纤维嵌入到一侧有裂纹的环氧树脂片材中，并加热SMA。SMA发生的康复应力能够经过添加环氧树脂的压应力来减小裂纹顶级应力。Tsoi等初步得出了该复合资料能发生115MPa的康复应力。休斯顿大学El-Tahan等开发了一种用于修正疲惫损害钢构件的SMA-CFRP补片。实验标明，对预应变为0.11的SMA金属丝加热至回忆形变完全释放后冷却至室温，能够得到约390MPa的安稳预应力，且40℃内的冷热循环对预应力简直无影响。随后El-Tahan和Dawood发现，由预应力和外荷载在SMA丝发生的最大应力，低于SMA从CFRP脱胶的最大应力。在经过应力幅为预应力20MPa、50MPa和80MPa的200万次循环荷载后，其预应力水平分别下降了8%、12%和23%。相关于其他预应力修正技能而言，该办法不需求装置锚固装置或千斤顶，经过对SMA加热或通电即可施加预应力。但是，该体系的完整性和有用性，依赖于SMA丝与CFRP贴片、CFRP贴片与钢板外表之间的有用粘结。

近年来，铁基形状回忆合金（Fe-SMA）逐渐受到重视。瑞士Empa发明了一种新式Fe-SMA筋和钢带（Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-1(V,C)）。随后Ghafoori研讨发现，在经过高周疲惫荷载后，这种合金的刚度保持安稳不变。在循环荷载下，经过200万次循环后，SMA的康复应力从359MPa下降到284MPa（约下降20%）。此外，Hosseini等研讨了Fe-SMA在不同约束条件下的康复应力演化规则以及二次激励下的循环行为。结果标明，虽然循环加载过程中康复应力减小，但第二次热激活能够康复大部分的放松康复力。现在，关于Fe-SMA的研讨首要会集在混凝土结构中，涉及钢结构疲惫修正较少。Izadi和Ghafoori等使用Fe-SMA条加固含裂纹钢板的试件。经高周疲惫荷载实验标明，激活温度为260℃时，Fe-SMA中的预应力水平规模能达330-410MPa，并且在损害钢板中发生35-72MPa的压应力。此外，SMA中的康复力在循环荷载下会丢失17-20%，经过二次热激励后能康复大部分丢失的预应力。实验结果标明，激活的Fe-SMA条能够为开裂钢板提供足够的压应力，然后减少了钢板受拉应力和裂纹顶级应力强度因子。Izadi和Hosseini等对由Fe-SMA加固的长6.4m的钢梁进行了一系列静力和疲惫四点弯曲实验。结果标明，在100℃、160℃、260℃的活化温度下，康复应力大约分别为160MPa、330MPa和430MPa。并且由此在下翼缘发生的压应力规模为10-30MPa，并能够多次被激活，乃至到达更高温度(比初始激活温度)，这将发生更高的预应力水平。此外，激活温度为260℃的Fe-SMA加固钢梁能安稳接受200万次高周疲惫荷载，实验测验机械锚固无滑移现象。

现在，虽然在正交异性钢桥面板中没有有实践使用，但经过这一系列根底功能研讨能够看出，选用形状回忆合金进行疲惫加固具有较好的使用前景，有必要在结构上和耐久性问题上进行深入研讨。

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