钢管混凝土拱桥管节点焊接裂纹成因分析及预防

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土拱桥管节点焊接裂纹成因分析及预防
白玉慧，陈枯，程振国
(1．重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074；2．湖北省荆门市交通局，湖北荆门448000)
摘要：钢管混凝土拱桥管节点经常存在结构不连续加工和焊接缺陷，在主支管连接的接头区，容易出现焊接裂
纹，随着裂纹不断扩展，将导致整个构件破坏，从而影响结构的服役安全性和耐久性。对管节点结构特点和焊接裂
纹产生原因进行分析，提出避免管节点焊接裂纹产生的预防措施。
关键词：钢管混凝土拱桥；管节点；焊接裂纹；成因；预防
文章编号：1009—6477(2010)01—0082—03 中图分类号：U448．22 文献标识码：B
Analysis of Causes of W elding Cracks on Tube Nodes in Steel
Tube Concrete Arch Bridges and Prevention
BAI Yuhui ，CHEN Zhe ，CHENG Zhenguo
近年来，随着钢管混凝土拱桥的迅速发展，管
结构在桥梁建设中得到了广泛应用。钢管混凝土
拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造形
式。对焊接管结构而言，节点是关键部位，也是
整个结构的薄弱环节。一般情况下，管节点在焊
接部位不可避免地存在着结构的不连续加工和焊
接缺陷。在支主管连接的相贯线处，由于焊接残
余应力和应力集中现象的存在，在交变载荷作用
下，接头高应力区的危险点很容易产生疲劳破坏。
随着疲劳裂纹的不断扩展，最后导致整个构件承
载能力丧失，从而影响结构的服役安全性和耐久
性。管节点除了发生疲劳断裂破坏外，还易发生
冲剪破坏、塑性变形、脆性断裂破坏。因此，管
节点的安全性、可靠性对钢管混凝土拱桥结构的
设计使用寿命影响至关重要。本文简要介绍钢管
混凝土拱桥中管节点处焊接裂纹形成的原因以及
预防裂纹形成的有效控制措施。
1 管节点结构特点
钢管混凝土拱桥中，管节点是由几个主支管交
汇而成的三维空间薄壁结构，应力分布十分复杂。
其中节点是连接各个杆件的关键部位，也是最薄弱
的环节，因为节点的破坏往往导致与之相连若干杆
件的失效，从而使整个结构破坏。根据各节点支管
在每个载荷工况下具体的载荷形式，节点可分为
K、T或Y形等类，K形节点即是一个支管中的冲
收稿日期：2009—07—09
作者简介：白玉慧(1982一)，女，山西省朔州市人，在读研究生
剪载荷实质上为位于节点同一平面内同一侧的其它
支管所平衡；在T形和Y形节点中，支管中的冲
剪载荷被弦杆中的剪力平衡【lJ。图1是K型管节点
的基本形式，管节点几何形式参数与以下几个因数
相关：弦杆径厚比T，T=D／2T；偏心距e；管径
比／3，／3=d／D；壁厚比7，丁=t／丁；斜杆交角9；
支杆长度与支杆外半径之比Ot， =2l／d。
图1 管节点的基本形式
管节点具有下列特点：
1)结构刚度大。由于管节点处的支管大都采
用钢板卷制而成，自身刚度大，弦管在很短长度范
围内及不同空间方向上集中了2个或更多个支管，
管节点处刚度更大。这种构造对满足管节点处的强
度有利，但却增大了管节点焊接的拘束度，对管节
点焊接不利。
2)管节点处弦管与支管的壁厚较大。如弦管
的厚度为3O一50 mm，而与其相连的支管厚度为
20—40 mm，如此厚的管件连接处焊接加工的坡口