<h1><b style="color: rgb(22, 126, 251);">1 概述和背景</b></h1><p>正交異性板鋼橋面的箱梁自從上個世紀(jì)50年代末以來一直風(fēng)靡世界大跨度橋梁。中國大陸從1980年左右在大跨度的斜拉橋采用正交異性板鋼橋面的箱梁，隨后推廣到大跨度的懸索橋，梁橋，拱橋等領(lǐng)域。</p><p>大致在上個世紀(jì)80年代末，歐洲早期的正交異性板鋼橋面逐漸發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，比較典型的英國的塞文橋（1966年竣工的鋼箱梁懸索橋）。隨后德國，荷蘭等國家的正交異性板鋼橋面也發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，尤其是許多公路橋，鐵路橋的情況反而好一點。因為鐵路的輪軸荷載雖然比較大，但是經(jīng)過鋼軌，軌枕和道咋（厚度大致35cm左右）的分布后，其局部的面荷載比公路橋梁小。另外鐵路橋梁的軌道位置是固定的，所以鐵路正交異形板鋼橋面出現(xiàn)的疲勞裂紋比較少。公路橋因為車輛位置不固定，橋面鋪裝層的厚度小（不足10cm），經(jīng)常超載等不利因素，導(dǎo)致車輪下局部的局部荷載比鐵路橋大，因此一些公路正交異性板鋼橋面在通車20年后出現(xiàn)了疲勞裂紋，有的國家的時間更短。</p> <h1><b><font color="#167efb">2 正交組合板的定義</font></b></h1><div><b><font color="#167efb"><br></font></b></div><h3>德國工程師定義的正交組合板就是在普通的正交異性鋼橋面上面鋪設(shè)15cm后的普通鋼筋混凝土，混凝土內(nèi)部設(shè)置一層縱向和橫向鋼筋，混凝土的強度一般為C45~C60，混凝土板和鋼箱梁之間采用普通剪力釘連接，剪力釘?shù)目v橫向間距大致為35-45cm。而且頂板加勁肋的上口跨度一般取400-450mm，加勁肋的間距取800-900mm。實際上這種正交組合板介于普通的鋼-砼結(jié)合梁和正交異形板之間。</h3> 圖 1 正交組合板示意圖 在大開口的閉口肋上鋪設(shè)15cm的普通鋼筋混凝土之后，除了不能解決加勁肋過橫隔板齒口附近橫隔板的疲勞開裂外，幾乎解決了正交異形板鋼橋面其它所有的疲勞裂紋。對于加勁肋過橫隔板齒口附近橫隔板的疲勞開裂可以采用局部加厚橫隔板的方法解決。<br>德國工程師為什么會選擇正交組合板來替代中等跨度橋梁的正交異性板鋼橋面呢？這個得說說正交組合板的歷史。 <h3>圖 齒口處的疲勞裂紋</h3> <h3>齒口處疲勞裂紋的加固圖</h3> <h1><font color="#167efb"> 3 正交組合板的技術(shù)演變</font></h1><h1></h1><h3></h3> <h3><font color="#010101"> 其實正交組合板并不是什么新技術(shù)，它出現(xiàn)在上個世紀(jì)70年代。1970-1978年德國的萊昂哈特—安德拉咨詢公司在阿根廷的巴拉那河上設(shè)計了兩座公鐵平層合建的斜拉橋，該橋的跨度為330m，主梁采用鋼箱梁?？墒钱?dāng)時的阿根廷缺乏正交異性板上面鋪設(shè)瀝青層的攤鋪機，如果只為了這兩座橋把攤鋪機和瀝青拌合設(shè)備運輸?shù)桨⒏ⅲ瑒t費用太高了。于是向來務(wù)實的德國橋梁工程師Reiner Saul 在鋼箱梁上面鋪設(shè)了14cm的普通鋼筋混凝土。這座橋建成多年后也沒發(fā)現(xiàn)多大問題，似乎被人們慢慢地遺忘了。</font></h3><div><font color="#010101"><br></font></div><div><font color="#ff8a00">附注：Reiner Saul 博士生于1938年，曾任德國萊昂哈特—安德拉咨詢公司的總裁，他是本文作者在德國萊昂哈特—安德拉咨詢公司工作和學(xué)習(xí)期間的指導(dǎo)老師，本文作者和Reiner Saul 博士共同發(fā)表橋梁工程領(lǐng)域的文章多篇，具體參見文獻(xiàn)(1)等。</font></div> <h3><font color="#010101">圖 2 阿根廷的巴拉那河斜拉橋</font></h3> <h3>圖 3 阿根廷的巴拉那河斜拉橋主梁橫截面</h3> <h3><font color="#010101"> 上個世紀(jì)末，不少正交異性板出現(xiàn)了疲勞裂紋，德國工程師在尋找其他方法的時候才想起來這座橋的情況如何？經(jīng)過與現(xiàn)場的管理工程師聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)20多年后，這座橋的鋼箱梁沒有發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，于是德國和法國工程師又把目光重新投向了這座建成以后的斜拉橋，也許它能為解決公路鋼箱梁的疲勞裂紋提高新的途徑。修建了多座采用正交組合版的橋梁。</font></h3><h3><font color="#010101"> 經(jīng)過綜合對比，對于主跨600m以下的斜拉橋，如果橋梁的基礎(chǔ)不是非常差，采用在鋼箱梁上面鋪設(shè)15cm混凝土，另外對鋼箱梁采用大開口和大間距的閉口縱肋，其經(jīng)濟效益稍微好于傳統(tǒng)的正交異形板加7cm環(huán)氧鋪裝或5 cm厚的UHPC。</font></h3><h3><font color="#010101"> 如果不采用大開口和大間距的</font>閉口縱肋，而采用傳統(tǒng)的閉口縱肋，其經(jīng)濟效益稍和傳統(tǒng)的正交異形板加7cm環(huán)氧鋪裝或5 cm厚的UHPC基本持平。</h3><div><font color="#010101"> 對于更大跨度的斜拉橋，尤其是基礎(chǔ)較差的斜拉橋，采用正交組合板不一定經(jīng)濟。</font></div><div><font color="#010101"> 自從2014年開始，中鐵二院設(shè)計的?？谌缫鈲u跨海大橋，蘭州雁青公鐵合建多功能黃河橋，宜賓臨港公鐵合建長江大橋等的公路橋面采用了正交組板技術(shù)。</font></div><h3><font color="#010101"><br></font></h3> <h3>德國斯圖加特大學(xué)實驗室中的正交組合板模型實驗</h3> <h1><font color="#167efb"><b>3.1 荷蘭的奈美庭城市橋</b></font></h1><div><font color="#167efb"><b><br></b></font></div><div><font color="#010101">本橋為主跨280m的系桿拱橋，承載6車道公路，2008年建成。</font></div> <h3><font color="#010101">圖4 荷蘭的奈美庭城市橋總體布置</font></h3> <h3><font color="#010101">圖 5 荷蘭的奈美庭城市橋主梁截面</font></h3> <h3><font color="#010101">圖 6本文作者在此橋工地</font></h3> <h1><font color="#167efb"><b>3.2 德國新勒物庫森橋</b></font></h1><div><font color="#167efb"><b><br></b></font></div><h3>本橋為52.7+74+74+280+74+74+60m的雙塔斜拉橋，在更新了上面鋪設(shè)15cm厚的混凝土板。目前該橋由中國山海關(guān)橋梁廠進(jìn)行主梁的制造。</h3><h3>本橋的總體布置，主梁截面修正版會補上。</h3><h3><br></h3> 本橋效果圖 <h1><b><font color="#167efb">3.3 海口如意島跨海大橋</font></b></h1><br> 2014年在中國?？谌缫鈲u公鐵合建跨海大橋的投標(biāo)中，由中鐵二院，德國萊昂哈特—安德拉咨詢公司，德國GMP建筑公司聯(lián)合體獲得方案競賽第一名并獲得本橋的初步設(shè)計和全部科學(xué)研究的工作。<br>其中主跨為主跨200m的風(fēng)帆型橋塔斜拉橋。引橋大部分為主跨75m的連續(xù)梁。<br>本橋的主橋和引橋的鋼箱梁上面鋪設(shè)了15cm的混凝土。在西南交通大學(xué)進(jìn)行了靜力和疲勞試驗，結(jié)果非常好。<br> <h3><font color="#010101">在西南交通大學(xué)進(jìn)行的大開口縱肋正交組合板試驗（2014）</font></h3> <h1><font color="#167efb"><b>3.4 宜賓臨港公鐵合建橋</b></font></h1> <h3><font color="#010101">由中鐵二院主持設(shè)計的宜賓臨港長江大橋設(shè)計世界首座高速鐵路和公路合建的鋼箱梁斜拉橋，主跨522m，承載4線高速鐵路和6車道高速公路，鐵路的設(shè)計速度300kmph。在公路部分的鋼箱梁頂面鋪設(shè)了15cm的混凝土板。本橋已經(jīng)已經(jīng)基本完成了基礎(chǔ)部分的施工。預(yù)計2022年建成。</font></h3> 宜賓臨港公鐵合建長江大橋施工照片 <p><br></p><h1><span style="color: rgb(22, 126, 251);">4 結(jié)論</span></h1><p><br></p><p> 2000年以后，德國，法國，荷蘭和比利時等國對正交異性板鋼橋面的疲勞進(jìn)行了多種研究。另外中國的部分工程師和高校也進(jìn)行了研究和工程實踐。</p><p> 本文作者愚見，在目前的情況下，對于不同的橋梁采用不同的方法比較合適，具體如下：</p><p> （1）對于老鋼橋加固用UHPC，因為老橋的恒載不能增加了。</p><p> （2）對于中小等跨度新橋采用正交組合板。</p><p> （3）對大跨度采用加厚橋面板和u肋，各種焊接工藝提高疲勞壽命。例如：歐洲著名公司近年設(shè)計的土耳其的三個世界級的大橋。</p> <p class="ql-block"><span style="color:rgb(22, 126, 251);">作者</span> 王應(yīng)良 工學(xué)博士，橋梁工程師，英國注冊工程師(CEng 584540)。應(yīng)屆博士畢業(yè)20多年來在12個國家和地區(qū)設(shè)計和咨詢大型橋梁40多座。主要研究方向為：鋼橋，鋼-砼結(jié)合梁橋，橋梁總體設(shè)計。以第1作者發(fā)表鋼橋，鋼-砼結(jié)合梁橋領(lǐng)域的論文21篇。其中SCI收錄11篇，EI收錄17篇。獲得2016年度《英國橋梁工程學(xué)報》優(yōu)秀論文獎。設(shè)計的橋梁中已有三座登上國際雜志。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><br></p>