上期 介绍了指南1~3章节的内容(详见 正交异性板钢桥面板一级设计指南（上） ) ，本期继续介绍指南4~7章节内容，包含开口肋系统、面板、桥面铺装、横梁等。

  4、开口肋系统 

要点  

?  开口肋系统制造有其固有的简单性

?  纵肋与面板之间的角焊缝与 PJP 坡口焊相比，简化了制造

?  开口肋与横梁的连接比闭口肋连接更容易完成

?  梁段之间的现场拼接相对容易  

开口肋梁系统主要使用平板制造，尽管其他形状如球扁钢和角钢在过去也被使用。为了简化制造的目的，本指南中纵肋只显示平板形状。与闭口肋相比，在制造方面存在几个优点：  

面板和纵肋之间的焊接是角焊缝，这减少了对焊接准备的需求，并从整体上简化了制造。此外，进入这些焊缝区域不受限制。  

在横梁 / 横肋处，连续纵肋的连接也相对容易。这种类型的连接很简单，因为制造商可以使用计算机数控（ CNC ）准确地挖孔横梁 / 横肋腹板，之后可以作为模板来帮助定位纵肋并实现配合。  

螺栓肋拼接是直接的连接，因为每个组装部件都很容易接近。  

一般来说，在考虑制造、人工和质量保证 / 质量控制（ QA /QC ）时，开口肋系统的成本比等效的闭口肋系统要低。  

挑战  

与闭口肋系统相比，开口肋系统具有较小的抗扭刚度，这导致横向载荷分配效率较低。为了克服这一缺点，需要更紧密的纵肋间距，这样可以使焊缝数量增加一倍。纵肋的高度通常大于相等跨度的闭口肋。总体而言，本指南中典型的开口肋梁系统所需的钢材量大于等效的闭口肋系统，但考虑到每个系统的总体成本时，这一点就不重要了。  

开口纵肋几何尺寸  

图 12 至 15 和表 2 显示了开口纵肋系统的纵肋尺寸和细节。两种肋尺寸选项显示了最大跨度长度（横梁间距）为每个选项和典型的纵肋间距为 1 英尺 3 英寸（ 381mm ）。纵肋的几何形状为常数。在役的 OSD 与这种尺寸的开口纵肋超过这一长度（横梁间距）的性能还没有被调查，因此不在这里介绍。  

开口纵肋细节  

纵肋（ S ）的间距为 1 英尺 3 英寸（ 381mm ），但可以在名义上减少，以适应整个桥梁的几何形状。纵肋间距太近可能会导致焊接通道问题。  

正常的 AASHTO/AWS （ 2016 ） 2 D1.5 公差应被用于纵肋与横梁和面板的配合。  

设计师应指定钥匙孔处的圆角焊缝终止细节，可以绕焊或终止，平衡考虑抗疲劳性和制造通道。

开口肋与面板的焊接细节如图 14 所示：

圣马特奥 - 海沃德大桥（图 16 ）是一座 7 英里长的桥梁，承载着加州州（ SR ） 92 号公路，横跨圣弗朗西斯科湾，位于福斯特城和加州海沃德之间。这座桥建于 20 世纪 60 年代，是 OSD 系统的早期大规模使用。大桥的西部部分包括 17 跨上部结构的全钢结构，大桥由两个平行箱梁支撑的 OSD 组成。  

桥上的 OSD 系统由 12 英寸高、 5/8 至 3/4 英寸厚的开口肋组成，开口肋焊接在 5/8 英寸或 3/4 英寸厚面板上。面板和肋条支撑在 I 形横梁上，横梁悬挂在箱梁之间（或外部车道的箱梁悬臂），间距约为 10 英尺 5 英寸（图 17 ）。与 OSD 系统一起工作以提供横梁系统结构的横梁大约有 2 英尺高。纵肋连续穿过横梁 / 横肋。对于现代制造，这种连接方式很简单，因为制造商可以使用 CNC 精确切割横肋腹板，包括切口的圆形部分（图 18 ）。

图 17 圣马特奥 - 海沃德大主梁

图 18 槽型肋与横梁连接的细节

图 19  拼接板和螺栓

  5、面板 

要点

?  最小厚度为?英寸（ 16mm ）已经在使用中的桥梁上得到了有效的验证

?  螺栓连接接头比焊接接头更容易在现场安装

?  螺栓接头需要更厚的桥面铺装

?  焊接接头是一个合适的选择，并且使用得更多

?  应与产品制造商讨论桥面铺装的适用性

在役桥梁中使用了不同厚度的梁板。当面板板厚度小于?英寸（ 16mm ），面板及其相关桥面铺装的使用性能就会出现问题。小于这一厚度的面板不能提供限制桥面铺装变形和应力所需的刚度，这可能会导致开裂和进一步退化。因此， 1 级典型 OSD 板细节的最小厚度为 5/8 英寸（ AA SHTO  2020 ）。  

更厚的面板（ 3/4 英寸），这有助于改善 OSD 的疲劳性能，也提高了桥面铺装的性能。本指南中提供的设计选项：至少使用 5/8 英寸厚的面板和典型的肋间距、较短的纵肋跨度，或 3/4 英寸（ 19mm ）厚的面板和典型的肋间距以及更大纵肋跨度。  

所选择的桥面铺装类型也可能有助于决定是否使用比最小规定厚度更厚的面板。与桥面铺装制造商讨论应有助于确定对 OSD 柔性增加或减少的敏感性。此外，使用过特定桥面铺装桥梁的所有者可以成为有价值的资源，可以在桥面铺装决策中咨询。  

在本指南制定过程中，所调查的项目中既有薄层也有厚层铺装，两种都有成功的案例。在编写本指南的过程中，研究小组了解到，一些对这两种类型都有经验的业主倾向于厚的类型，因为它的寿命长，而其他业主则喜欢较薄的类型，因为它的重量轻，而且近年来有了很大的进步。  

工程师应注意，桥面铺装的选择有助于整体梁自重。此外，气候条件因地而异，也应加以考虑。较厚的桥面铺装可以提高梁的整体刚度，减少活载导致的应力，尽管在设计中很少考虑这一点。从历史上看，焊接梁接头比螺栓接头更常用，并且性能良好。然而，使用螺栓梁接头的几个优点，包括现场安装和安装，可以节省成本。螺栓连接位置的螺栓头需要在设计中使用沉头螺栓或选择较厚的桥面铺装。螺栓梁接头的防水也可以是一个关键的考虑因素。典型的螺栓梁拼接细节见图，在图 20 和图 21 中提供了闭口肋系统，图 24 和图 25 中提供了开口肋系统。  

可以选择焊接梁接头，对结构性能没有固有的缺点。工程师可以选择使用任何一种连接方法（纵向螺栓连接或横向焊接连接）或两者的组合。在进行选择时，应考虑安装程序和所需的桥面铺装。典型的焊接梁拼接细节见图，在图 22 和图 23 中提供了闭口肋系统，图 26 和图 27 中提供了开口肋系统。  

在未夹紧的情况下，桥面接缝对齐的建议公差为 1/4 英寸，因此，当使用夹具时，满足 AASHTO/AWS D1.5 桥梁焊接规范 1/8 英寸的对齐公差（ AASHTO/AWS 2016 ） ¹ 。在现场，可在接缝的任一侧使用夹具将钢板连接在一起。尽管有此建议，但制造商不应忽视更大的目标用于生产面板，使其适合现场安装，无论误差要求小于或大于 1/4 英寸。  

关于焊接接头的现场接头衬垫，提出以下建议 :

? 应去除纵向焊缝背衬  

? 横向焊缝背衬可以留在原位  

? 允许使用非钢背衬  

? 应允许混合焊接工艺，如药芯焊丝电弧焊（ FCA W ）和埋弧焊（ SAW ）  

面板接缝需要完全的接缝熔透（ CJ P ）坡口焊接，而完成这些焊接的一种常见方法是使用背衬，并完全从顶部完成焊接。钢衬垫比较常见，因为它便于夹紧，与其他衬垫相比也相对容易焊接。陶瓷背衬和铜背衬用于桥梁结构，由于缺乏成功的应用经验，目前在美国并不常见。去除钢背衬可以提高抗疲劳性能。然而，由于通道限制和面板横向接头位置通常选择远离高拉应力区域的事实，横向背衬可以保持在原位。  

拆除背衬是一项具有挑战性的操作，需要进行补救工作以提供适当的表面轮廓。为了便于背衬去除，可以使用铜背衬或陶瓷背衬。然而，可能仍然需要对接头进行一些补救工作。  

另一种完全避免背焊的方法是在接头下方，采用仰焊方式放置一个初始焊缝，然后在接头顶部凿到焊根，然后从顶部完成焊接。这种选择可能适用于纵向面板接缝，但果纵肋的存在限制了到接缝底部的通道，就可能不适用于横向接缝。  

在焊接接头中混合焊接工艺是很常见的。这是 AAS HTO /AW S D1.5 桥梁焊接规范（ AAS HTO /A WS 2016 ）所允许的。鉴于坡口焊缝根部的限制相对严格，坡口焊缝的整体尺寸较大，一些承包商更喜欢用 FCAW 或气体保护融化极电弧焊（ GMAW ）进行根部焊道，而用 SA W 进行填充焊道和盖面。虽然 AASHTO/AW S D1.5 允许混合焊接工艺，但少数州 / 业主在规范中限制了 GMAW 的使用。

闭口肋面板螺栓拼接细节如图20所示：

图20解说： 螺栓连接面板接头需要较厚的桥面铺装，以保护面板表面以上的拼接板和螺栓头。腹板拼接未显示（详见 正交异性板钢桥面板一级设计指南（上） 图 6 和图 7 ）。

闭口肋面板螺栓拼接细节横剖面图如图21所示：

图21解说： 螺栓连接面板接头需要较厚的桥面铺装，以保护面板板表面以上的拼接板和螺栓头。

闭口肋面板焊接纵向拼接细节如图22所示：

图22解说： 面板接头由采用背衬的 CJP 焊缝组成， 横向焊缝背衬可以留在原位。肋板拼接未显示（ 详见 正交异性板钢桥面板一级设计指南（上） 图  6  和图  7 ）。

闭口肋面板焊接横向拼接细节如图23所示：

图23解说： 为保证良好的抗疲劳性能，应 将纵向背衬拆除， 并尽可能将接头处置于远离主车轮路径的位置。

开口肋面板螺栓拼接细节如图24所示：

图24解说： 螺栓连接面板接头需要较厚的桥面铺装，以保护面板表面以上的拼接板和螺栓头。未显示肋板拼接图（详见上图 15 ）。

开口面板螺栓如图25所示：

图25解说： 螺栓连接面板接头需要较厚的桥面铺装，以保护面板表面以上的拼接板和螺栓头。未显示肋板拼接图（详见上图 15 ）。

开口桥面板焊接纵向拼接细节如图26所示：

图26解说： 面板接头由采用背衬的 CJP 焊缝组成， 横向背衬可以留在原位。肋板拼接未显示（详见前文图 15 ）。

开口桥面板焊接横向拼接细节如图 27所示： 

图27解说： 为保证良好的抗疲劳性能，应将纵向背衬拆除，并尽可能拼接处置于远离轮迹线的位置。

实例说明

本富兰克林桥 - 新泽西 / 宾夕法尼亚

图28 横跨特拉华河上的本·富兰克林大桥

本富兰克林桥（图 28 ）是一座吊桥，承载着 I-676 公路，横跨新泽西州卡姆登和宾夕法尼亚州费城之间的特拉华河。这座桥由 1750 英尺的主跨，两个 716 英尺的边跨，以及多个桁架和大梁跨度组成。这座桥于 1926 年建成并投入使用， 由特拉华河港务局（ DRPA ）拥有、运营和维护。在 20 世纪 80 年代中期，大桥的悬索桥、桁架桥和梁桥被重新铺上了开口肋 OSD 系统。  

吊桥上的 OSD 系统由开口肋采用球扁钢，最大间距为 1 英尺 3 又 1/2 英寸（ 393mm ），焊接到一个 5/8 英寸（ 16mm ）厚的面板上（图 29 和图 30 ）。  

纵肋高度为约 13 英寸（ 330mm ），厚度 1/2 英寸（ 12.7mm ）底部为 1 又 1/2 英寸（ 38.1mm ）厚高度为 3 又 1/2 英寸（ 88.9 ）的球头。肋板 - 桥面连接使用双面角焊缝 1/4 英寸（ 6.35mm ）。  

一家私人咨询公司及其分包商为 DRPA 完成的 2020 年检查报告显示， OSD 总体状况良好。桥面板采用螺栓和焊接连接，处于一般良好的状态。在一些局部区域，油漆变质 / 剥落，螺母松动或缺失，螺栓缺失 / 破损，观察到轻微到中度的表面腐蚀。  

大桥沥青混凝土桥面铺装于 2004 年更新，保持良好状态，部分状况尚可。最近（ 2018 年），部损面被完全重新铺设。其在未来重新铺设。  

磨损的表面通常表现出随机的细到中等的裂缝、小剥落和分散的沥青斑块。在交通繁忙的车道的轮迹线上观察到一些车辙。坡度、线形和严重的交通制动共同导致了个别位置的滑移裂缝。总的来说，桥面和桥面铺装的状况并没有显示出桥面板有不理想的灵活性（柔性），而且该系统的性能令人满意。

图29 第4节桥面板详图

图30 第5节桥面板详图

  6、桥面铺装  

要点

?  桥面铺装方案最典型的是沥青铺装系统、聚合物铺装系统或混凝土铺装系统

?  厚桥面铺装方案有助于提高桥面板的整体刚度，并能减少活载引起的应力

?  每种类型的桥面铺装方案都有自己的规定安装程序

OSD 桥的桥面铺装具有多种功能， 包括保护桥面板的腐蚀，改善行驶质量，并在某些情况下增加刚度和荷载分布特性。历史上对桥面铺装的选择和性能差异很大。面板厚度、交通量、卡车流量和气候等变量都是影响桥面铺装有效性的因素。最常用的三种桥面铺装系统包括沥青、混凝土和聚合物。  

沥青系统被认为是一个较厚的桥面铺装（ 2 英寸）或更高）。沥青铺装层厚度可以降低梁板的活载应力，尽管在设计中没有考虑它的贡献。桥面铺装的性能相对较好，特别是在刚性较大的 OSD 系统上。由于所用材料的性质，该系统会对温度效应敏感，高温软化，低温硬化。观察到的最常见的问题包括车辙、推挤和拉伸开裂。  

类似于沥青系统，混凝土铺装系统被认为厚铺装方案（ 2 至 3 英寸）。在其基本形式中，混凝土中添加了钢筋等加强材料，顶部是环氧树脂 / 骨料系统。所使用的混凝土可以是特定的混合设计（例如，高性能混凝土），加强材料可以采取多种形式（焊结钢丝钢筋、钢纤维、碳纤维等）。此外， 可增加焊接剪力钉， 将桥面铺装与钢梁正面连接。混凝土系统的一个优点是能够增加梁刚度，这可以有助于减少梁板的活载应力。  

与沥青和混凝土系统不同，聚合物系统被认为是薄桥面铺装（ 1/2 英寸），对总恒载的贡献最小。系统的最终厚度不会增加梁的刚度。最常见的问题包括与钢梁的分层和表面骨料丢失，尽管聚合物体系的最新进展有助于减少这些问题的发生。  

在放置任何铺装系统之前， OSD 都要进行清洁和喷砂处理，以消除油、油脂、污垢、灰尘、水垢、铁锈、油漆、氧化物、腐蚀产物和其他异物。一旦这一过程完成，通常会使用富锌底漆来保护钢梁免受腐蚀。  

沥青磨耗层铺设在多层粘结层和环氧沥青混凝土中。轮胎式压路机和重型钢轮压路机用于实现压实。聚合物表面系统通常是专有的，并有特定的安装说明。然而，在一般意义上，他们倾向于采用两种施工方法中的一种：多层涂层法或厚浆法。  

多层涂层法包括用滚轮 / 刮刀铺上一层薄薄的聚合物树脂， 然后将粗骨料传播到树脂中。干燥后，去除松散的骨料，重复这一过程，直到达到所需的厚度。  

厚浆法包括首先放置一层聚合物树脂，然后是 3/8 英寸厚的聚合物混凝土浆液。粗骨料被撒在浆液层上。固化后，用聚合物树脂封住表面，就完成了这一过程。  

混凝土铺装系统是采用滑模摊铺机在钢筋放置后施工。混凝土桥面铺装与钢梁表面的剪切传递和粘接有几种不同的方法：第一种方法是在钢梁上使用嵌有颗粒骨料的环氧树脂，然后混凝土覆盖在其上。第二种方法是将剪力钉焊接在钢梁上并浇筑在混凝土中。  

实例说明

杨树街大桥 - 密苏里州

图31 横跨在密西西比河上的杨树街桥

过去 OSD 设计的一个主要方面是在优化性能的同时尽量减轻重量。因此，在满足强度标准的情况下，面板的厚度通常被最小化。最小化厚度的一个缺点是刚性的损失。随着时间的推移，其柔性在桥面铺装的退化和 / 或疲劳开裂中变得明显。  

对许多 OSD 桥梁的调查表明，表现良好的桥面的最小面板厚度为 5/8 英寸（ 16mm ）。

桥面板刚度降低的弊端的一个很好的例子是白杨街大桥（图 31 ），它横跨密苏里州圣路易斯和伊利诺伊州东圣路易斯之间的密西西比河。  

该桥建于 20 世纪 60 年代中期，是美国建造的第一座大跨度采用 OSD 的大桥。该桥有已知的可使用性和桥面性能问题，与桥面铺装有关。  

直到 2006 年， 3 英寸厚的沥青基桥面铺装为 OSD 提供了一般保护并增加了刚度。 2006 年，安装了 1/2 英寸厚的环氧树脂混凝土覆盖层，该覆盖层迅速脱粘，导致覆盖层失效，最终导致钢桥面板暴露在直接交通中。分析表明，这与环氧树脂的厚度和弹性有直接关系，特别是在夏季，桥面铺装的温度可能超过 120 华氏度（ 48.9℃ ）。

总的来说，桥面铺装刚度的降低增加了局部的灵活性（柔性），从而增加了 OSD 焊接细节处的应力。因此，桥面板更容易出现裂缝。虽然在检查过程中在几个地方发现了桥面开裂，但这种情况并不是一个安全问题，所产生的桥面铺装开裂基本上只是给出行的公众带来了不便，因为它是一个颠簸的旅程。  

该桥有三个独立的面板厚度： 9/16 英寸（ 14.3mm ）， 5/8 英寸（ 15.9mm ）和 3/4 英寸（ 19.1mm ）。肋板 - 面板的焊接裂缝是所有疲劳裂缝的明显多数，它们集中在面板较薄的区域和刚度非常大的主梁腹板附近。在 9/16 英寸肋 - 面板焊缝处形成的裂缝通过焊缝喉部生长，转入纵肋，或延伸到面板中。对于 5/8 英寸和 3/4 英寸桥面板，裂缝从纵肋 - 面板焊缝中开始，要么在焊缝中生长，要么转入纵肋；它们没有像在 9/16 英寸面板上观察到的那样生长到面板中。  

在其他地方也发现了额外的裂缝，尽管是在有限的地方。最终，为了解决面板的柔性问题，在面板上打了剪力钉，并铺设了 4 英寸厚的纤维增强轻质混凝土桥面铺装。此后， OSD 本身的可使用性没有问题，特别是在存在较厚面板的地方。根据检查报告，薄的覆盖层和薄的桥面板可能是造成白杨街大桥疲劳开裂的原因。

  7、横梁  

要点

? 对于新建筑，横梁高度不受改造场景的限制  

? 使用较深的横梁 / 横肋有利于增加系统刚度和改善纵肋到横梁连接的疲劳性能  

? 通过适当的公差，可以很容易地实现纵肋的安装

在美国， OSD 经常被用于改造应用。在这些应用中，结构高度限制经常限制横梁 / 横肋的高度。因此，横梁 / 横肋的分析和设计更加广泛，连接细节也更加复杂。  

对于新的结构，典型的高度不受相同方式的限制。可以使用较深的横梁 / 横肋，这有助于增加系统刚度并简化与纵肋的连接。纵肋以下的横梁 / 横肋高度可以优化以获得最大的结构性能，而不是确保总系统高度保持在现有结构可能施加的范围内。  

应该注意的是，本指南是针对可以保持最小的横梁 / 横肋高度的 OSD 系统。当横梁 / 横肋的高度小于表 1 和表 2 中的高度时，设计者应额外注意在纵肋与横梁连接处可能需要开孔。  

正常的车间公差通常用于纵肋与横梁 / 横肋的配合，并且很容易实现，特别是对于较小的桥梁。更严格的公差是不必要的，更严格的公差带来的挑战是可以避免的。在纵肋和横梁 / 横肋之间可以使用圆角焊缝，它可以避免完全或部分熔透的坡口焊缝的必要努力。正如《桥梁焊接规范》（ AASHTO/ AWS 2016 ） ¹ 所允许的那样，在出现大于 1/16 英寸的配合间隙的地方，可以通过相应地增加角焊缝的尺寸来解决（图 32 ）。

横梁 / 横肋高度细节如图32所示：

图32解说： 对于开口肋和闭口肋纵肋，纵纵肋以下的横梁 / 横肋的高度需要等于或大于纵肋高度（ A ），以减少肋到横梁焊缝处增加应力，工程师仍然需要检查横梁的剪力和弯矩。

以上即为《 正 交异性板钢桥面板一级设计指南（美国） 》4~7章节内容，1~3节内容可查看 正交异性板钢桥面板一级设计指南（上） 。