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摘要：本文在了解斜拉桥扁平钢箱梁基本概况的基础上，通过钢箱梁的受力特点，描述扁平钢箱梁内常见的六种裂缝形式，进而进行了病害原因分析。总结钢箱梁裂缝产生原因及发展规律，为斜拉桥扁平钢箱梁在运营过程中，出现裂缝病害，进而维修处理，提供依据。
关键词：扁平钢箱梁;裂缝类型;处治方法
中图分类号：K928文献标识码： A
0 引言
自20世纪90年代始，我国的桥梁建设事业经历了一个辉煌的发展时期，近二十年来，我国公路大跨径钢桥得到了飞速的发展，无论是跨度还是设计制造技术都正在迅速向世界水平接近。钢箱梁常用的结构形式有单箱单室箱梁桥、双箱单室箱梁桥、倾斜腹板的倒梯形箱梁桥、多箱单室箱梁桥、扁平钢箱梁。自从1966年英国建成主跨988m的Serven桥以后，流线形扁平钢箱梁突出的优点逐步被工程界所认识和采纳，现代绝大多数大跨径缆索支承桥梁均采用封闭流线形薄壁扁平钢箱梁。扁平钢箱梁是斜拉桥的主要组成部分，箱梁内裂缝的产生及其发展，很大程度上影响了桥梁的使用寿命及行车安全。因此了解扁平钢箱梁常见的裂缝类型、产生原因及处治方法，对桥梁的维修加固与安全使用，显的尤为重要。
1 工程概况
1.1 扁平钢箱梁工程概况
武汉军山长江大桥是京珠高速公路上一座主桥为五跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主桥主跨布置为：48m+204m+460m+204m+48m＝964m，斜拉索采用高强度低松弛平行钢丝外挤包高密度双层聚乙烯护层支撑的扭绞型拉索。主桥主梁采用单箱三室全焊封闭流线型扁平钢箱梁，钢材采用Q235B级钢，桥面全宽36.3m，双向六车道，扁平钢箱梁宽33m，风嘴宽3.3m。扁平钢箱梁横断面构造见图1。
图1：扁平钢箱梁横断面构造图
1.2 扁平钢箱梁的构造特点
在构造上，扁平钢箱梁一般是由顶板、底板、横隔板和纵隔板等板件通过全焊接的方式连接而成。箱梁的顶板通常按桥面横向坡度要求设置，底板多采用平底板的构造形式。扁平钢箱梁的顶板、底板通过横隔板、纵隔板等横纵向联结杆件联成整体受力体系。扁平钢箱梁横、纵隔板的刚度大小和布置形式对扁平钢箱梁截面变形起着决定性的作用，并对正交异性钢桥面板及其纵向加劲肋起着支承的作用。扁平钢箱梁有如下优点:
（1）整体性好
在构造上，扁平钢箱梁一般是由顶板、底板、横隔板和纵隔板等板件通过全焊接的方式连接而成，横纵向联结杆件联成整体受力体系，整体性好。
（2））自重轻
正交异性钢桥面板自重较轻，钢桥面板自重仅为常规钢筋混凝土桥面板自重的1/3～1/7，大大减轻了上部结构的恒载重量。
（3）工厂制造质量易于保证
钢箱梁的各个板件可在工厂制造、拼装，在制造过程中能对材料、构件尺寸等进行检测，利用可控性检验技术，制造质量得到了整体提高。
（4）风载体型系数小
扁平钢箱梁在采用合理的流线型设计时，不仅有普通箱梁抗扭、抗弯矩大的特点，还具有比普通箱梁更低的风载体型系数，能更好的满足大跨径桥梁的抗风要求。
2 扁平钢箱梁裂缝形式
2.1 U肋过焊孔处横隔板裂缝
U肋过焊孔横隔板开裂是全桥中数量最多的一种病害，根据工程现场检查，其裂缝分布具有如下规律：横隔板裂缝出现在顶部连接段的下缘过焊孔圆弧位置；车流量较大的一侧裂缝数量明显较多；裂缝位置约87%出现在外侧重车车道下；无斜拉索横隔板裂纹比有斜拉索横隔板裂纹明显偏多；裂纹规模均较小，长度在5cm-13cm之间，方向大致为水平向。横隔板裂缝见图2。
图2：横隔板、U肋裂缝图
2.2 U肋裂缝
U型肋开裂数量较多，主要集中在桥面车行区域，一般是U肋与桥面板焊缝先开裂，然后一端往U肋腹板处延伸，形成倾角约45度的裂口，多数延伸到U肋腹板范围终止，很少继续延伸至U肋底板，在U肋横断面上贯通。U肋裂缝见图2。
2.3 角焊缝裂缝
焊缝裂缝主要分为U肋与面板角焊缝裂缝、横隔板与面板角焊缝裂缝、横隔板与U型肋角焊缝裂缝、纵隔板与面板角焊缝裂缝四类。焊缝裂缝主要集中在车轮轮重的正下方区域，焊缝裂缝在水平平面上多成区域性分布，裂缝长度从2cm-30cm不等，其中横隔板与面板角焊缝和纵隔板与面板角焊缝裂缝数量较少。角焊缝裂缝见图3。
图3：角焊缝裂缝图
3裂缝产生的原因分析
3.1 活载引起的疲劳破坏
疲劳破坏是钢材在反复荷载引起的脉动应力作用下，由于缺陷或疵点处局部微细裂纹的形成和发展直到最后发生脆性开裂的一种进行性破坏过程。钢箱梁的疲劳裂纹分为主应力引起的平面内疲劳裂纹和次应力引起的平面外疲劳裂纹。在活载的反复作用下，钢材的疲劳强度在低于其抗拉强度的情况下，随着疲劳的不断积累而发生破坏。同时应力集中、拉应力等因素对结构的疲劳强度都会产生不利的影响。因此，扁平钢箱梁中的薄弱部位和拉应力集中部位，在交变荷载作用下容易出现疲劳裂纹。U肋过焊孔处横隔板容易出现应力集中，在活载的反复作用下，最终导致疲劳破坏。
3.2 重载引起的结构变形过大
在重型荷载作用下，钢箱梁结构中的局部位置的材料可能进入弹塑性阶段，使部分构件的变形过大，进而引起开裂。由于该桥为高速公路桥，重载、超载及严重超载现象相对比较普遍。扁平钢箱梁顶板和U肋相当于支承于弹性支座上的多跨梁，直接作用于U肋和顶板的局部轮压荷载，在中部导致顶板和U肋的联合挠曲，进而在焊接裂缝处出现疲劳裂纹，向下发展直至贯通。在较大的竖向轮压荷载作用下，端部桥面板和U肋的焊接处将产生较大的固端弯矩，并带有高度的应力集中，从而导致焊缝开裂。U肋裂缝和U肋与顶板的角焊缝裂缝多属于此类裂缝。
3.3 制作過程中的焊接缺陷
扁平钢箱梁的钢板之间主要是通过焊缝连接。焊缝连接处承受与其方向垂直的交变荷载作用时，焊接缺陷及局部应力集中处，均易诱发疲劳破坏，产生裂纹。同时，焊缝还可以产生撕裂脱开等病害。因此，焊缝质量直接关系到焊缝裂缝的产生。焊缝裂缝在水平平面上多成区域性分布的特点，多是由于焊接质量无法保证而导致的。
4 箱梁裂缝病害处治方法
4.1 U肋过焊孔处横隔板裂缝
在裂缝终端钻直径8mm的止裂孔，防止裂纹再次扩展，止裂孔深度应超过裂纹深度。用直径10mm或 8mm碳棒，气刨每条裂纹焊缝，刨槽深度超过板厚的2/3，刨槽四面斜坡角应大于10度，底部应圆滑过度。采用砂轮机将清刨部位进行打磨处理，使坡口面光滑、无飞溅、无夹碳、露出金属本色。采用手工电弧焊进行焊接，焊完后进行碳弧气刨清根，并可见正面焊肉，打磨干净后再采用手工电弧焊焊接；焊后进行外观报检，24h后进行超声波探伤检测，达到焊接要求。
4.2 U肋裂缝
（1）U肋开裂
对长度较短，未延伸至U肋底板的裂缝，采用普通的焊接方式对该裂缝进行修补焊接。焊接方法同横隔板裂缝，刨槽焊接，然后检测。
（2）U肋断裂
对长度较长，延伸至U肋底板和贯穿的裂缝，可采用U肋替代嵌补法或U肋帮衬加固法。
U肋替代嵌补法：将出现开裂（与桥面板焊缝的开裂、U肋自身开裂）范围的U肋完全割除，两端切割面垂直，对切割面进行打磨处理后，采用原规格U肋制作等长的嵌补段，进行现场嵌补焊接。U肋与桥面板采用原设计焊缝，U肋间采用内部带衬板的对接焊缝。焊接应满足相关规范及原设计文件的要求。
U肋帮衬加固法：首先对各裂缝（与桥面板焊缝的开裂、U肋自身开裂）进行修补焊接，然后打磨平整，之后采用特制U肋帮衬段进行现场帮衬段与原U肋周边的围焊。焊接应满足相关要求。U肋帮衬加固法示意图如图4。
图4：U肋帮衬加固法示意图
4.3 U肋、中纵腹板、横隔板与桥面板角焊缝开裂
角焊缝裂缝建议进行修补焊接，焊接方法同横隔板裂缝修补焊接。焊接时，适当加大修补焊缝的焊脚尺寸，建议比原设计文件的要求均增加2mm。修补焊缝与原焊缝之间打磨顺接，确保质量。
5 结语
钢箱梁裂缝是钢箱梁桥最常见的病害，也严重的影响着桥梁的正常使用。通过总结大跨径斜拉桥扁平钢箱梁裂缝类型，进而对成因进行了分析，同时提出了相应的修补加固方法。能够真实的反应扁平钢箱梁的病害特征，为大跨径斜拉桥扁平钢箱梁的检测、加固与维修提供依据。
参考文献：
[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001
[2]王国鼎.桥梁检测与加固[M].北京：人民交通出版社，2003
[3]周怡斌.公路大桥正交异性钢桥面板裂缝成因研究及局部疲劳分析[D].北京：清华大学
[4]姜竹生.钢箱梁典型病害分析及其检测与维护技术研究[J].防震减灾工程学报.2011,31(5):573-577
[5]周泳涛.桥梁加固工程关键技术研究[J].桥梁建设.2010:49-51
[6]张舍.浅谈公路桥梁病害的起因、检测与加固[J].安徽建筑工业学院学报.2005，13（1）:39-43
[7]胡惠莉.混凝土桥梁检测与加固的应用[J].科技传播.2011，4（1）:143-144
[8]陈学军.大跨度刚架拱桥加固技术研究[J].中国西部科技.2010，9（1）:3-5
关键词：扁平钢箱梁;裂缝类型;处治方法
中图分类号：K928文献标识码： A
0 引言
自20世纪90年代始，我国的桥梁建设事业经历了一个辉煌的发展时期，近二十年来，我国公路大跨径钢桥得到了飞速的发展，无论是跨度还是设计制造技术都正在迅速向世界水平接近。钢箱梁常用的结构形式有单箱单室箱梁桥、双箱单室箱梁桥、倾斜腹板的倒梯形箱梁桥、多箱单室箱梁桥、扁平钢箱梁。自从1966年英国建成主跨988m的Serven桥以后，流线形扁平钢箱梁突出的优点逐步被工程界所认识和采纳，现代绝大多数大跨径缆索支承桥梁均采用封闭流线形薄壁扁平钢箱梁。扁平钢箱梁是斜拉桥的主要组成部分，箱梁内裂缝的产生及其发展，很大程度上影响了桥梁的使用寿命及行车安全。因此了解扁平钢箱梁常见的裂缝类型、产生原因及处治方法，对桥梁的维修加固与安全使用，显的尤为重要。
1 工程概况
1.1 扁平钢箱梁工程概况
武汉军山长江大桥是京珠高速公路上一座主桥为五跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主桥主跨布置为：48m+204m+460m+204m+48m＝964m，斜拉索采用高强度低松弛平行钢丝外挤包高密度双层聚乙烯护层支撑的扭绞型拉索。主桥主梁采用单箱三室全焊封闭流线型扁平钢箱梁，钢材采用Q235B级钢，桥面全宽36.3m，双向六车道，扁平钢箱梁宽33m，风嘴宽3.3m。扁平钢箱梁横断面构造见图1。
图1：扁平钢箱梁横断面构造图
1.2 扁平钢箱梁的构造特点
在构造上，扁平钢箱梁一般是由顶板、底板、横隔板和纵隔板等板件通过全焊接的方式连接而成。箱梁的顶板通常按桥面横向坡度要求设置，底板多采用平底板的构造形式。扁平钢箱梁的顶板、底板通过横隔板、纵隔板等横纵向联结杆件联成整体受力体系。扁平钢箱梁横、纵隔板的刚度大小和布置形式对扁平钢箱梁截面变形起着决定性的作用，并对正交异性钢桥面板及其纵向加劲肋起着支承的作用。扁平钢箱梁有如下优点:
（1）整体性好
在构造上，扁平钢箱梁一般是由顶板、底板、横隔板和纵隔板等板件通过全焊接的方式连接而成，横纵向联结杆件联成整体受力体系，整体性好。
（2））自重轻
正交异性钢桥面板自重较轻，钢桥面板自重仅为常规钢筋混凝土桥面板自重的1/3～1/7，大大减轻了上部结构的恒载重量。
（3）工厂制造质量易于保证
钢箱梁的各个板件可在工厂制造、拼装，在制造过程中能对材料、构件尺寸等进行检测，利用可控性检验技术，制造质量得到了整体提高。
（4）风载体型系数小
扁平钢箱梁在采用合理的流线型设计时，不仅有普通箱梁抗扭、抗弯矩大的特点，还具有比普通箱梁更低的风载体型系数，能更好的满足大跨径桥梁的抗风要求。
2 扁平钢箱梁裂缝形式
2.1 U肋过焊孔处横隔板裂缝
U肋过焊孔横隔板开裂是全桥中数量最多的一种病害，根据工程现场检查，其裂缝分布具有如下规律：横隔板裂缝出现在顶部连接段的下缘过焊孔圆弧位置；车流量较大的一侧裂缝数量明显较多；裂缝位置约87%出现在外侧重车车道下；无斜拉索横隔板裂纹比有斜拉索横隔板裂纹明显偏多；裂纹规模均较小，长度在5cm-13cm之间，方向大致为水平向。横隔板裂缝见图2。
图2：横隔板、U肋裂缝图
2.2 U肋裂缝
U型肋开裂数量较多，主要集中在桥面车行区域，一般是U肋与桥面板焊缝先开裂，然后一端往U肋腹板处延伸，形成倾角约45度的裂口，多数延伸到U肋腹板范围终止，很少继续延伸至U肋底板，在U肋横断面上贯通。U肋裂缝见图2。
2.3 角焊缝裂缝
焊缝裂缝主要分为U肋与面板角焊缝裂缝、横隔板与面板角焊缝裂缝、横隔板与U型肋角焊缝裂缝、纵隔板与面板角焊缝裂缝四类。焊缝裂缝主要集中在车轮轮重的正下方区域，焊缝裂缝在水平平面上多成区域性分布，裂缝长度从2cm-30cm不等，其中横隔板与面板角焊缝和纵隔板与面板角焊缝裂缝数量较少。角焊缝裂缝见图3。
图3：角焊缝裂缝图
3裂缝产生的原因分析
3.1 活载引起的疲劳破坏
疲劳破坏是钢材在反复荷载引起的脉动应力作用下，由于缺陷或疵点处局部微细裂纹的形成和发展直到最后发生脆性开裂的一种进行性破坏过程。钢箱梁的疲劳裂纹分为主应力引起的平面内疲劳裂纹和次应力引起的平面外疲劳裂纹。在活载的反复作用下，钢材的疲劳强度在低于其抗拉强度的情况下，随着疲劳的不断积累而发生破坏。同时应力集中、拉应力等因素对结构的疲劳强度都会产生不利的影响。因此，扁平钢箱梁中的薄弱部位和拉应力集中部位，在交变荷载作用下容易出现疲劳裂纹。U肋过焊孔处横隔板容易出现应力集中，在活载的反复作用下，最终导致疲劳破坏。
3.2 重载引起的结构变形过大
在重型荷载作用下，钢箱梁结构中的局部位置的材料可能进入弹塑性阶段，使部分构件的变形过大，进而引起开裂。由于该桥为高速公路桥，重载、超载及严重超载现象相对比较普遍。扁平钢箱梁顶板和U肋相当于支承于弹性支座上的多跨梁，直接作用于U肋和顶板的局部轮压荷载，在中部导致顶板和U肋的联合挠曲，进而在焊接裂缝处出现疲劳裂纹，向下发展直至贯通。在较大的竖向轮压荷载作用下，端部桥面板和U肋的焊接处将产生较大的固端弯矩，并带有高度的应力集中，从而导致焊缝开裂。U肋裂缝和U肋与顶板的角焊缝裂缝多属于此类裂缝。
3.3 制作過程中的焊接缺陷
扁平钢箱梁的钢板之间主要是通过焊缝连接。焊缝连接处承受与其方向垂直的交变荷载作用时，焊接缺陷及局部应力集中处，均易诱发疲劳破坏，产生裂纹。同时，焊缝还可以产生撕裂脱开等病害。因此，焊缝质量直接关系到焊缝裂缝的产生。焊缝裂缝在水平平面上多成区域性分布的特点，多是由于焊接质量无法保证而导致的。
4 箱梁裂缝病害处治方法
4.1 U肋过焊孔处横隔板裂缝
在裂缝终端钻直径8mm的止裂孔，防止裂纹再次扩展，止裂孔深度应超过裂纹深度。用直径10mm或 8mm碳棒，气刨每条裂纹焊缝，刨槽深度超过板厚的2/3，刨槽四面斜坡角应大于10度，底部应圆滑过度。采用砂轮机将清刨部位进行打磨处理，使坡口面光滑、无飞溅、无夹碳、露出金属本色。采用手工电弧焊进行焊接，焊完后进行碳弧气刨清根，并可见正面焊肉，打磨干净后再采用手工电弧焊焊接；焊后进行外观报检，24h后进行超声波探伤检测，达到焊接要求。
4.2 U肋裂缝
（1）U肋开裂
对长度较短，未延伸至U肋底板的裂缝，采用普通的焊接方式对该裂缝进行修补焊接。焊接方法同横隔板裂缝，刨槽焊接，然后检测。
（2）U肋断裂
对长度较长，延伸至U肋底板和贯穿的裂缝，可采用U肋替代嵌补法或U肋帮衬加固法。
U肋替代嵌补法：将出现开裂（与桥面板焊缝的开裂、U肋自身开裂）范围的U肋完全割除，两端切割面垂直，对切割面进行打磨处理后，采用原规格U肋制作等长的嵌补段，进行现场嵌补焊接。U肋与桥面板采用原设计焊缝，U肋间采用内部带衬板的对接焊缝。焊接应满足相关规范及原设计文件的要求。
U肋帮衬加固法：首先对各裂缝（与桥面板焊缝的开裂、U肋自身开裂）进行修补焊接，然后打磨平整，之后采用特制U肋帮衬段进行现场帮衬段与原U肋周边的围焊。焊接应满足相关要求。U肋帮衬加固法示意图如图4。
图4：U肋帮衬加固法示意图
4.3 U肋、中纵腹板、横隔板与桥面板角焊缝开裂
角焊缝裂缝建议进行修补焊接，焊接方法同横隔板裂缝修补焊接。焊接时，适当加大修补焊缝的焊脚尺寸，建议比原设计文件的要求均增加2mm。修补焊缝与原焊缝之间打磨顺接，确保质量。
5 结语
钢箱梁裂缝是钢箱梁桥最常见的病害，也严重的影响着桥梁的正常使用。通过总结大跨径斜拉桥扁平钢箱梁裂缝类型，进而对成因进行了分析，同时提出了相应的修补加固方法。能够真实的反应扁平钢箱梁的病害特征，为大跨径斜拉桥扁平钢箱梁的检测、加固与维修提供依据。
参考文献：
[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001
[2]王国鼎.桥梁检测与加固[M].北京：人民交通出版社，2003
[3]周怡斌.公路大桥正交异性钢桥面板裂缝成因研究及局部疲劳分析[D].北京：清华大学
[4]姜竹生.钢箱梁典型病害分析及其检测与维护技术研究[J].防震减灾工程学报.2011,31(5):573-577
[5]周泳涛.桥梁加固工程关键技术研究[J].桥梁建设.2010:49-51
[6]张舍.浅谈公路桥梁病害的起因、检测与加固[J].安徽建筑工业学院学报.2005，13（1）:39-43
[7]胡惠莉.混凝土桥梁检测与加固的应用[J].科技传播.2011，4（1）:143-144
[8]陈学军.大跨度刚架拱桥加固技术研究[J].中国西部科技.2010，9（1）:3-5