鋼橋疲勞匯總(共35頁)

1、鋼橋的疲勞(plo)分析(fnx)目錄(ml)一、鋼橋疲勞的基本概念二、鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)原理三、鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)方法四、鋼橋抗疲勞的構(gòu)造細(xì)節(jié)五、正交異性鋼橋面板的疲勞問題的討論一、鋼橋疲勞的基本概念疲勞破壞定義： 疲勞破壞是材料在低于強(qiáng)度極限的反復(fù)荷載作用下，由于缺陷局部微細(xì)裂紋的形成和發(fā)展直到最后發(fā)生脆性斷裂的一種破壞。疲勞破壞的過程鋼材疲勞破壞過程：裂紋形成裂紋擴(kuò)展迅速斷裂。鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞過程：裂紋的擴(kuò)展迅速斷裂。（鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻和結(jié)構(gòu)應(yīng)力不均勻引起）對比可知：由于實(shí)際構(gòu)建的多重因素，使得鋼結(jié)構(gòu)的疲勞復(fù)雜化疲勞破壞必要條件： eq oac(,1)存在拉應(yīng)力； eq oac(,2)應(yīng)力反復(fù)；

2、 eq oac(,3)產(chǎn)生塑性變形。 疲勞破壞和脆性斷裂破壞的區(qū)別都為脆性斷裂，但疲勞裂紋出現(xiàn)到斷裂有相當(dāng)一段穩(wěn)定發(fā)展期;承受著反復(fù)荷載;斷口呈波紋狀。疲勞(plo)破壞產(chǎn)生的原因鋼橋在反復(fù)交變(jio bin)荷載作用下，先在其缺陷處生成一些極小的裂痕，此后這種微觀裂痕逐漸發(fā)展成宏觀裂縫，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料(cilio)處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形受到限制，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。疲勞強(qiáng)度的影響因素 = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 疲勞強(qiáng)度的主要影響因素是材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部因素等，而與鋼材的靜力

3、強(qiáng)度無關(guān)（但與鋼材的質(zhì)量有關(guān)）。 內(nèi)因： eq oac(,1)鋼材材性：鋼材性能、構(gòu)件尺寸、結(jié)構(gòu)表面狀況 eq oac(,2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造：結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件連接形式和構(gòu)造細(xì)節(jié) 外因： eq oac(,1)應(yīng)力幅值，應(yīng)力循環(huán)特征值 eq oac(,2)荷載循環(huán)次數(shù) eq oac(,3)環(huán)境：接觸疲勞、高溫疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞，應(yīng)力狀態(tài) = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 疲勞強(qiáng)度的測定，主要是通過從小試件到大型構(gòu)件實(shí)物疲勞試驗(yàn)，獲得疲勞性能的真實(shí)數(shù)據(jù)，最終確定相應(yīng)使用荷載環(huán)境下的強(qiáng)度。疲勞的分類（1）荷載疲勞、畸變疲勞 （2）高周疲勞、低周疲勞 （3）接觸疲勞、微動(dòng)磨損疲勞（4）腐蝕疲勞

4、、熱疲勞 （5）隨機(jī)疲勞、靜疲勞低周疲勞 當(dāng)每次荷載循環(huán)中材料經(jīng)受(jngshu)的應(yīng)變超出了彈性范圍，發(fā)生疲勞破壞所對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)相對較小，這就是低周疲勞。腐蝕(fsh)疲勞 環(huán)境介質(zhì)導(dǎo)致(dozh)或加速疲勞裂紋的萌生或者擴(kuò)展即稱為腐蝕疲勞。熱疲勞 在材料和結(jié)構(gòu)中，由溫度梯度和不均勻膨脹的循環(huán)變化產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力和應(yīng)變所導(dǎo)致的疲勞損傷。接觸疲勞 構(gòu)件在循環(huán)接觸應(yīng)力作用下，產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定的循環(huán)次數(shù)后，接觸表面產(chǎn)生麻點(diǎn)，淺層或深層剝落的過程。二、鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)原理2.1概述傳統(tǒng)的計(jì)算方法是根據(jù)小尺寸試件的實(shí)驗(yàn)室加載結(jié)果，確定出某種細(xì)部的常幅疲勞強(qiáng)度和壽命的關(guān)系曲線，即SN曲線，

5、然后根據(jù)驗(yàn)算斷面上的應(yīng)力比，用強(qiáng)度設(shè)計(jì)所用標(biāo)準(zhǔn)荷載來加以折算。然而，這種方法存在不少問題。首先，通過研究認(rèn)識到，在焊接結(jié)構(gòu)中，與鋼材疲勞強(qiáng)度直接相關(guān)的因素不是應(yīng)力比=minmax，而是應(yīng)力幅；而且由于橋梁結(jié)構(gòu)中的實(shí)際應(yīng)力重復(fù)并非常幅循環(huán)，而是變幅循環(huán)，因此，需要在對鋼橋的疲勞破壞的原因有更深刻的了解基礎(chǔ)上，制定更能符合實(shí)際情況的折算規(guī)律?；跀嗔蚜W(xué)原理的分析方法在鋼橋的疲勞研究中發(fā)揮了重要的作用，它為傳統(tǒng)的經(jīng)典的疲勞分析方法提供了有力的理論根據(jù)和補(bǔ)充。該方法的最大特點(diǎn)是可以根據(jù)初始存在的裂紋來及確定斷裂時(shí)所具有的剩余疲勞壽命，還可以判定初始裂紋在給定的應(yīng)力狀況下是否擴(kuò)展，故對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞分

6、析收到了良好的效果。2.2疲勞(plo)應(yīng)力疲勞荷載：橋梁結(jié)構(gòu)在使用過程(guchng)中所承受的車輛荷載、人群荷載、風(fēng)荷載以及地震荷載等變化著的荷載。疲勞(plo)應(yīng)力：由疲勞荷載所引起的相應(yīng)的應(yīng)力。把荷載和應(yīng)力隨時(shí)間變化的歷程則分別稱為荷載譜和應(yīng)力譜。最簡單的應(yīng)力譜是常幅的，與常幅相對的是變幅應(yīng)力譜。2.3常幅疲勞強(qiáng)度常幅交變應(yīng)力下疲勞檢算原理應(yīng)力比準(zhǔn)則：適用于常幅交變應(yīng)力作用下的構(gòu)件的疲勞檢算。分析方法：根據(jù)應(yīng)力比系數(shù)：=minmax利用試件（一般是小試件）進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，在N =200萬次循環(huán)荷載作用下，確定疲勞破壞強(qiáng)度max。由于應(yīng)力比系數(shù)變化，可利用谷德曼圖來確定不同應(yīng)力比系數(shù)下的m

7、ax。Goodman 圖現(xiàn)行(xinxng)的鋼橋疲勞計(jì)算，即沿用(ynyng)常幅疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式有：式中：構(gòu)件驗(yàn)算截面出因主力組合(zh)（恒載、車輛荷載、沖擊力 及離心力等）而產(chǎn)生的最大應(yīng)力或效應(yīng)；疲勞容許應(yīng)力或稱材料疲勞抗力，系按常幅疲勞試件在N=2106次重復(fù)應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度并取一定的安全系數(shù)所得者；=0時(shí)的材料疲勞抗力；KGoodman疲勞圖中疲勞強(qiáng)度曲線的斜率。這種理論存在的問題：首先，疲勞的計(jì)算應(yīng)力同實(shí)際相差較大； 其次，對于受局部荷載的桿件在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)大于2106次，這無疑將直接影響到對桿件疲勞壽命的準(zhǔn)確評估；再次，在焊接試件中，細(xì)部的疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力幅

8、=max-min有關(guān)，而同應(yīng)力比無關(guān)，同樣隨著試件尺寸的增加，同樣細(xì)部的疲勞卻有大幅度的下降。應(yīng)力(yngl)比疲勞(plo)檢算原則適應(yīng)(shyng)范圍：常幅應(yīng)力作用下的鉚接、栓接結(jié)構(gòu)。在焊接結(jié)構(gòu)中，由于焊接殘余應(yīng)力的存在，采用應(yīng)力幅準(zhǔn)則檢算疲勞比較符合實(shí)際情況。應(yīng)力幅疲勞檢算準(zhǔn)則:=max-min式中： max為構(gòu)件最大拉應(yīng)力； min為構(gòu)件最小應(yīng)力。 對于焊接結(jié)構(gòu)，由于存在焊接殘余應(yīng)力，宜采用應(yīng)力幅檢算疲勞強(qiáng)度原因?yàn)椋簃ax=fy，最大拉應(yīng)力是從fy開始下降到fy-。無論何種應(yīng)力比，只要應(yīng)力幅相等，不論其平均應(yīng)力有無差異，名義最大應(yīng)力是否大小一樣，其疲勞強(qiáng)度均相同。2.4變幅疲勞強(qiáng)度鋼

9、橋疲勞屬于變幅、低應(yīng)力、高循環(huán)長壽命的疲勞范疇，對于這種在變幅重復(fù)荷載作用下的疲勞強(qiáng)度（或使用壽命）計(jì)算，Miner于1945年發(fā)表的“線性積傷律”準(zhǔn)則，為鋼橋的疲勞分析奠定了基礎(chǔ)。該準(zhǔn)則為疲勞破壞所制定的條件為：式中：ni應(yīng)力幅i作用的次數(shù)； Ni用i作常幅應(yīng)力循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的疲勞破壞次數(shù)。表達(dá)式的Miner準(zhǔn)則認(rèn)為，變幅疲勞中各個(gè)應(yīng)力幅i所造成的損傷可用niNi來定量表示，切可以線性疊加。則對任意構(gòu)件在變幅應(yīng)力循環(huán)的作用下的損傷度可定義為：D=niNi當(dāng)DL，還是會(huì)使裂紋有所擴(kuò)展的。所以，這種低應(yīng)力幅的損傷作用實(shí)際上是存在的。其中，所謂的“等效應(yīng)力幅0”的概念是把幾種變幅等效成等幅，并且具有相

10、同的損傷度和相同的循環(huán)加載次數(shù)。2.5 SN曲線在不同應(yīng)力幅 （或不同的最大應(yīng)力 max）的常幅應(yīng)力進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，測出試件斷裂時(shí)對應(yīng)的疲勞壽命N，得到關(guān)系式：N=C-mlg（或max）為縱坐標(biāo)， lgN橫坐標(biāo)做出兩者對應(yīng)關(guān)系的曲線（接近直線），稱為SN 曲線。SN曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)公式N=C-mlgN=lgC-mlglg=1m(lgC-lgN)式中：N疲勞循環(huán)(xnhun)次數(shù)；1/mSN曲線(qxin)的斜率；lgCSN曲線(qxin)的橫坐標(biāo)的截距；1/m， lgC跟材料有關(guān)常數(shù) 。2.6 疲勞極限的概念 定義：一般情況下，交變應(yīng)力值越高，疲勞破壞時(shí)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越低，疲勞壽命越短。疲勞壽命無窮

11、大時(shí)的最大交變應(yīng)力值稱為疲勞極限，小于該交變應(yīng)力區(qū)段的荷載也不會(huì)造成疲勞破壞，即所謂門坎值問題。2.7荷載譜與應(yīng)力譜2.7.1荷載譜和結(jié)構(gòu)的靜力設(shè)計(jì)不同，鋼橋疲勞設(shè)計(jì)所采用的荷載不應(yīng)是按最不利荷載情況采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)活荷載，而應(yīng)考慮采用經(jīng)常作用的各種實(shí)際的車輛荷載，從而計(jì)算它們所引起的各種累積損傷。為此，需要研究活荷載的頻譜值，也稱荷載譜。荷載譜定義： 即是將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)橋梁構(gòu)件所經(jīng)歷實(shí)際運(yùn)營荷載（或運(yùn)營荷載與標(biāo)準(zhǔn)活載的比值），按其大小及出現(xiàn)次數(shù)全部開列出來即為荷載譜，也稱活載頻值譜。荷載譜的制定，原則上應(yīng)將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)通過橋梁的每一類車型按不同形狀的影響線計(jì)算出相應(yīng)的內(nèi)力歷程，然后再將所

12、有的內(nèi)力歷程予以累計(jì)，就得到所需要的荷載譜。為表示方便起見，一般另外再用標(biāo)準(zhǔn)活載對同樣的影響線計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力，而營運(yùn)荷載的大小則用營運(yùn)活載的內(nèi)力與標(biāo)準(zhǔn)活載的內(nèi)力之比表示。由此可見，荷載譜的形狀隨影響線的形狀（長度、頂點(diǎn)位置等）、運(yùn)量、車輛編組、車輛等因素而異。當(dāng)然，要將在設(shè)計(jì)(shj)基準(zhǔn)期內(nèi)（100年或120年）通過橋梁的每一列（組）車都按不同形狀的影響線計(jì)算出相應(yīng)的內(nèi)力歷程，這實(shí)在太繁瑣了，既不必要，也不可能。由于一條線路上，特別是鐵路上通過的車輛還是有一定規(guī)律的，即便是公路，若通過一定的統(tǒng)計(jì)分析，仍可找到一些規(guī)律性的數(shù)據(jù)，因此，實(shí)際上可以將營運(yùn)荷載(hzi)用幾種“典型列車編

13、組”、或稱“標(biāo)準(zhǔn)營業(yè)車”來代表。各典型(dinxng)列車或標(biāo)準(zhǔn)營業(yè)車出現(xiàn)的次數(shù)也根據(jù)與實(shí)際營運(yùn)荷載等效的原則來確定。上述“典型列車編組”或“標(biāo)準(zhǔn)營業(yè)車組”用作疲勞驗(yàn)算時(shí)又稱之為“疲勞車”。這樣只計(jì)算“疲勞車”的內(nèi)力歷程并乘以其出現(xiàn)的累計(jì)次數(shù)，再總加起來，就可以得到所需要的荷載譜。2.7.2各國規(guī)范對疲勞荷載譜的規(guī)定1 英國BS5400公路疲勞荷載譜由于英國的賽文橋是世界上首個(gè)發(fā)現(xiàn)疲勞破壞的正交異性板鋼橋，因此英國也是對橋梁疲勞早期進(jìn)行研究的國家之一，而BS5400鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋的第十篇一疲勞設(shè)計(jì)實(shí)用規(guī)則也是各國疲勞荷載規(guī)范中最為深人和全面的。BS5400中提出了兩種疲勞荷載譜，分別為

14、:標(biāo)準(zhǔn)荷載頻值譜;標(biāo)準(zhǔn)疲勞車荷載譜。1.1標(biāo)準(zhǔn)荷載頻值譜標(biāo)準(zhǔn)荷載頻值譜是在英國干線公路上所記錄的不同類型的車輛以及其出現(xiàn)的頻率，通過整理和歸類所得出來的荷載譜。荷載譜中運(yùn)營車的最小軸重為30kN，默認(rèn)總重在30kN以下的車輛活載不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞效應(yīng)。典型營業(yè)車的荷載頻值譜如表 1所示。 1.2標(biāo)準(zhǔn)疲勞(plo)車荷載譜由于典型車輛標(biāo)準(zhǔn)荷載譜中運(yùn)營車輛較多，計(jì)算數(shù)據(jù)大，因此對不同的車輛型號對常遇到的影響線進(jìn)行分析(fnx)，得到不同車輛所造成的損傷度。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，4A-H所造成的損傷度比例最大，因此，便以該型號為基礎(chǔ)，提出了標(biāo)準(zhǔn)疲勞車。標(biāo)準(zhǔn)疲勞(plo)車為一四軸單車，軸重均為80kN，總重為

15、320kN。標(biāo)準(zhǔn)車示意圖如圖1、圖2所示:2歐洲(u zhu)規(guī)范EC1中所規(guī)定的疲勞疲勞荷載譜歐洲疲勞規(guī)范了5種不同的疲勞荷載(hzi)模型（Fatigue Load Modle,簡稱FLM），現(xiàn)將五種模型逐一(zhy)列舉出。（1）疲勞荷載模型一該種疲勞荷載模型對集中荷載的折減系數(shù)為0.7，均布荷載的系數(shù)為0.3。數(shù)為0.3。該種疲勞荷載模型經(jīng)常需要進(jìn)行修正，否則計(jì)算出來的結(jié)果會(huì)過于保守。采用此種疲勞荷載模型的最大應(yīng)力以及最小應(yīng)力值的確定，應(yīng)當(dāng)將以上荷載根據(jù)所計(jì)算橋梁的可能加載位置進(jìn)行加載。（2）疲勞荷載模型二疲勞荷載模型二采用一系列的理想加載車成，共有5種貨車形式，加載車輛的軸數(shù)、軸距軸

16、重以及車輪形式如表3所示。(3)疲勞荷載(hzi)模型三此類型疲勞荷載采用一輛4軸的理想貨車作為(zuwi)加載車輛，疲勞車的軸重為120kN，車輪的壓力面采用0.4mX0.4m的正方形面積。（4）疲勞(plo)荷載模型四疲勞模型4包括5種不同形式的標(biāo)準(zhǔn)疲勞貨車，這五種組合車輛所產(chǎn)生的疲勞效應(yīng)可以與歐洲(u zhu)典型交通公路的實(shí)際疲勞效應(yīng)相等效。而貨車的類型以及每種貨車所占的比例可以根據(jù)具體的工程項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整。疲勞荷載模型四的加載過程采用每種疲勞貨車分別(fnbi)進(jìn)行單車加載，不考慮多車效應(yīng)，并采用雨流計(jì)數(shù)法或泄水法對每種疲勞貨車的損傷度進(jìn)行計(jì)算。（5）疲勞荷載模型五疲勞荷載(hzi)模

17、型五采用所記錄(jl)的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)模擬，一種適用于所針對橋梁的疲勞荷載譜。這種方法最為準(zhǔn)確。五種(w zhn)疲勞模型所適用的的條件是不同的，規(guī)范中對疲勞荷載模型的應(yīng)用有如下的規(guī)定：疲勞荷載模型一與疲勞荷載模型二主要用于確定在常幅疲勞荷載作用下，結(jié)構(gòu)的疲勞壽命是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求，而第一與第二類模型也只能用于鋼結(jié)構(gòu)，而不能用于其它材料的橋梁結(jié)構(gòu)。并且，疲勞模型一包含了多車效應(yīng)，相對于疲勞模型二更為保守。疲勞模型三、四、五主要是基于歐洲規(guī)范所提出的疲勞強(qiáng)度曲線對結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行評估，不能驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是否能夠滿足設(shè)計(jì)年限的要求。因此疲勞模型三、四、五不能與疲勞模型一、二的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行

18、數(shù)值對比。當(dāng)年交通量的影響以及橋梁寬度的影響可以用一個(gè)與材料相關(guān)的系數(shù)e進(jìn)行表示時(shí)，可以采用疲勞荷載模型三進(jìn)行簡化計(jì)算。當(dāng)多車效應(yīng)的作用可以忽略時(shí)，疲勞荷載模型四比疲勞荷載模型三的計(jì)算結(jié)果更為精確。疲勞荷載模型五采用現(xiàn)場實(shí)測的數(shù)據(jù)來進(jìn)行疲勞計(jì)算，是最佳選擇。3 AASHRO LRFD規(guī)范美國AASHTO LRFD所規(guī)定的疲勞荷載的規(guī)定如圖8所示，所采用的一輛HL-93的貨車，特殊的是兩145kN的后軸的軸距為恒定的9m。AASHTO LRFD規(guī)范(gufn)中所規(guī)定的疲勞車的荷載次數(shù)應(yīng)采用單車道的貨車日交通量(以ADTTSL表示)，該頻率應(yīng)當(dāng)作用于橋梁的全部構(gòu)造，在沒有更可靠的資料的情況下，單

19、車道的貨車日交通量的取值有如下規(guī)定：ADTTSL=pADTT其中(qzhng)，ADTT為設(shè)計(jì)壽命期間的單方向(fngxing)貨車日交通量，p的取值如表6所示值得注意的是，LRFD規(guī)范中規(guī)定，對疲勞荷載應(yīng)當(dāng)考慮汽車的沖擊力與離心力的作用。4我國學(xué)者對疲勞荷載譜的研究工作概述我國學(xué)者同濟(jì)大學(xué)的童樂為教授與西南交通大學(xué)的任偉平博士也對公路荷載譜進(jìn)行了研究，所采用的方法均為基于交通量的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行。不同的是，童樂為教授采用的是現(xiàn)場記錄法，對上海某橋梁的交通量進(jìn)行記錄，并利用統(tǒng)計(jì)方法得出了荷載頻值譜，該荷載頻值譜由6種典型的運(yùn)營車組成。任偉平博士則是通過江蘇、河南、山東、四川等地的公路WIM系統(tǒng)(動(dòng)

20、態(tài)車輛重量監(jiān)測系統(tǒng))數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并針對不同橋型，提出了幾種不同的標(biāo)準(zhǔn)疲勞車模型。以上兩位學(xué)者的研究對今后我國疲勞荷載譜的完善工作具有重要的參考價(jià)值。2.7.3應(yīng)力(yngl)譜與應(yīng)力歷程(lchng)計(jì)算如前所述，荷載譜實(shí)際上是內(nèi)力譜，故原則上只要將荷載譜乘上一些系數(shù)（如沖擊系數(shù)、截面幾何特征、反應(yīng)實(shí)際應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力差異的構(gòu)造系數(shù)等）就可以得到(d do)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)營運(yùn)荷載所產(chǎn)生的按大小和出現(xiàn)次數(shù)開列的實(shí)際應(yīng)力集合，或稱之為“應(yīng)力譜”。應(yīng)力譜定義由荷載譜產(chǎn)生構(gòu)件的應(yīng)力就叫做應(yīng)力譜。根據(jù)荷載譜計(jì)算產(chǎn)生應(yīng)力歷程，計(jì)算時(shí)須考慮動(dòng)力的作用，即沖擊系數(shù)的發(fā)大作用和校驗(yàn)系數(shù)等；也可以從實(shí)測得到應(yīng)力歷程

21、然后根據(jù)應(yīng)力歷程，不同應(yīng)力幅大小及次數(shù)的集合，即應(yīng)力譜。應(yīng)力歷程計(jì)算如何統(tǒng)計(jì)應(yīng)力歷程中各應(yīng)力幅的次數(shù)的兩種方法。雨流法 應(yīng)力歷程轉(zhuǎn)動(dòng)90度，假想雨水沿應(yīng)力歷程流動(dòng)，由此統(tǒng)計(jì)各應(yīng)力幅的數(shù)量，具體方法如下（1）從古點(diǎn)開始流動(dòng)的雨水到達(dá)峰點(diǎn)時(shí)豎直下滴，流到下層屋面并繼續(xù)往下流，當(dāng)流到某一層層面遇見一個(gè)來源于比本次谷點(diǎn)更低的谷點(diǎn)的雨水，則停止流動(dòng)。同理，從峰點(diǎn)開始流動(dòng)的雨水到達(dá)谷點(diǎn)時(shí)豎直下滴，流到下一層面并繼續(xù)往下流，當(dāng)流到某一層面遇見一個(gè)來源于比本次峰點(diǎn)更高的峰點(diǎn)的雨水，則停止流動(dòng)。（2）任何情況下，在某一層層面流動(dòng)的雨水遇見上一層面屋面流下的雨水，則停止流動(dòng)。（3）每次雨流的起點(diǎn)和終點(diǎn)作為半個(gè)應(yīng)力

22、循環(huán)。雨流法圖泄水法統(tǒng)計(jì)應(yīng)力(yngl)歷程個(gè)應(yīng)力幅次數(shù)(csh)的計(jì)算原則（1）鏡像同樣的應(yīng)力(yngl)歷程圖，對稱于與豎坐標(biāo)軸平行的對稱軸，將兩個(gè)最大峰值點(diǎn)5和 用水平虛線相連，把該虛線以下部分圖形看作一個(gè)水池的橫斷面。（2）選擇最低的谷點(diǎn)泄水。如果有兩個(gè)或更多相等的最低谷點(diǎn)，則可以選擇任何一個(gè)谷點(diǎn)泄水，以水面到該谷點(diǎn)的泄水深度作為一次循環(huán)的應(yīng)力幅。（3）對泄不出去的剩余水，重復(fù)第二步，直到水池的水全部泄完為止，并將每次泄水深度作為一次循環(huán)的應(yīng)力幅。泄水法圖三、鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)方法3.1抗疲勞設(shè)計(jì)的基本要求：預(yù)測整個(gè)設(shè)計(jì)壽命期間完整的荷載序列-荷載譜；計(jì)算荷載下結(jié)構(gòu)(jigu)應(yīng)力狀態(tài)；繪

23、制各類細(xì)部(xb)構(gòu)造的疲勞曲線；根據(jù)(gnj)疲勞檢算原則進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)。3.2抗疲勞設(shè)計(jì)的一般方法抗疲勞設(shè)計(jì)方法一般可分為四大類：無限壽命設(shè)計(jì)此方法限制應(yīng)力不超過常幅疲勞極限，保證構(gòu)件永遠(yuǎn)不破壞，具有無限壽命。安全壽命設(shè)計(jì) 此方法根據(jù)疲勞曲線下限和疲勞荷載的上限來計(jì)算損傷。它提供了一個(gè)較保守的疲勞壽命估計(jì)，在使用壽命期內(nèi)，無須對結(jié)構(gòu)實(shí)施檢測，故該法也成為有限壽命設(shè)計(jì)法。損傷容許設(shè)計(jì)此方法通過一個(gè)接一個(gè)檢測環(huán)節(jié)監(jiān)視疲勞裂紋增長，一旦疲勞裂紋達(dá)到一個(gè)預(yù)設(shè)尺寸，部分構(gòu)件就要加以修補(bǔ)或更換。此方法適用于應(yīng)用安全設(shè)計(jì)方法影響到結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性或細(xì)部具有較高的裂紋開裂風(fēng)險(xiǎn)時(shí)。顯然，此法將帶來比安全壽命設(shè)計(jì)方

24、法較高的結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 此法適用于從規(guī)范或其它資料中不可能得到必要的承載應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度或裂紋增長的數(shù)據(jù)時(shí)。3.3無限壽命設(shè)計(jì)無限壽命設(shè)計(jì)方法的出發(fā)點(diǎn)是，構(gòu)件在設(shè)計(jì)應(yīng)力下能夠長期安全使用。對于等幅循環(huán)應(yīng)力，即應(yīng)力幅和平均應(yīng)力不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定交變應(yīng)力狀態(tài)，無限壽命設(shè)計(jì)方法的強(qiáng)度條件是構(gòu)件的工作應(yīng)力等于或小于等幅疲勞極限。對于變幅循環(huán)應(yīng)力，即隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定交變應(yīng)力狀態(tài)，可按其最大應(yīng)力幅小于構(gòu)件的等效等幅疲勞極限強(qiáng)度的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，見圖9-13。按疲勞極限的定義，當(dāng)構(gòu)件的工作應(yīng)力小于疲勞極限時(shí)，構(gòu)件能夠長期安全使用。 無限壽命(shumng)設(shè)計(jì)方法在英國規(guī)范BS5400中的鐵路橋疲

25、勞驗(yàn)算中也稱為簡化法，它適用于對規(guī)范(gufn)的構(gòu)造細(xì)部級別并按標(biāo)準(zhǔn)荷載頻譜受載的構(gòu)件。按此方法設(shè)計(jì)，無需考慮(kol)構(gòu)件的疲勞損傷度。3.4安全壽命設(shè)計(jì)安全壽命設(shè)計(jì)方法是保證結(jié)構(gòu)在一定使用期內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞，因此允許構(gòu)件的工作應(yīng)力超過疲勞極限，結(jié)構(gòu)的重量可以比無限壽命設(shè)計(jì)方法為輕。目前國際上大都采用這種設(shè)計(jì)思想進(jìn)行抗疲勞設(shè)計(jì)。安全壽命設(shè)計(jì)方法是無限壽命設(shè)計(jì)方法的直接發(fā)展，二者的基本設(shè)計(jì)參數(shù)都是名義應(yīng)力，其設(shè)計(jì)思想也大體相同，都是根據(jù)細(xì)部疲勞的S-N曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，所不同的只是無限壽命設(shè)計(jì)方法使用的是S-N曲線的常幅水平部分，即等幅疲勞極限；而安全壽命設(shè)計(jì)方法使用的是S-N曲線的左支和考慮損

26、傷累積所引起的疲勞強(qiáng)度下降，亦即有限壽命部分。由于有限壽命的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般高于疲勞極限，而S-N曲線斜線部分的疲勞壽命各不相同，故安全壽命設(shè)計(jì)方法不能再象無限壽命設(shè)計(jì)方法那樣只驗(yàn)算最大應(yīng)力不超過等幅疲勞極限即可，而需要按照一定的累積損傷理論估算總的疲勞損傷。目前在橋梁疲勞設(shè)計(jì)中都采用Palmgren-Miner提出的線性損傷累積理論。預(yù)測的結(jié)構(gòu)營運(yùn)歷程常采用加載序列和頻率(pnl)來表達(dá)，再分析潛在起裂處的應(yīng)力歷程，某些國家例如英國的BS5400規(guī)范，則可以通過典型車輛(chling)或列車的加載獲得相應(yīng)的應(yīng)力譜。采用安全壽命設(shè)計(jì)(shj)方法的條件是：構(gòu)造細(xì)部的疲勞強(qiáng)度曲線必須已知，含潛在起裂

27、處構(gòu)件的制造質(zhì)量要符合疲勞分級的定義。應(yīng)用安全壽命設(shè)計(jì)方法的計(jì)算過程如圖9-14所示：(1)得到一個(gè)設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)運(yùn)營受載序列的上限估計(jì);(2)計(jì)算在潛在起裂處的應(yīng)力歷程;(3)采用計(jì)算應(yīng)力，即名義應(yīng)力時(shí)，要用一個(gè)適當(dāng)?shù)膽?yīng)力集中系數(shù)修正幾何應(yīng)力集中區(qū)的影響;(4)采用計(jì)數(shù)法(如雨流法)將應(yīng)力歷程變成不同的應(yīng)力幅i和相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)ni;(5)按應(yīng)力幅i遞減排列形成應(yīng)力譜;(6)對照構(gòu)造細(xì)部分級,對相應(yīng)的細(xì)部等級和應(yīng)力幅i找出使用極限Ni;(7)使用Miner規(guī)則計(jì)算總損傷D：D=niNi (1)(8)計(jì)算安全壽命Ts Ts=TLD （2）式中：TL為設(shè)計(jì)壽命 (9)如果TSTL,即設(shè)計(jì)不滿足要求時(shí)

28、,可以進(jìn)一步作如下選擇: eq oac(,1)重新設(shè)計(jì)構(gòu)件,以減少應(yīng)力水平; eq oac(,2)改變細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),使其具有一個(gè)較高的疲勞等級; eq oac(,3)采用損傷容限方法設(shè)計(jì)。3.5損傷(snshng)容許設(shè)計(jì) 使用損傷容許設(shè)計(jì)(shj)法的前提是： 裂紋(li wn)起始于或貼近表面； 所在潛在起裂處設(shè)計(jì)壽命內(nèi)的損傷Dl超過1； 在維護(hù)手冊或養(yǎng)護(hù)操作規(guī)程中要指明裂紋位置并在預(yù)設(shè)檢測間隔中間考慮一次漏檢，即Ti0.5Tf式中：Tf從可探測裂紋ld到臨界長度lf的時(shí)間，見圖9-15。 表面裂紋的最小暴露長度ld考慮了探測可能性、裂紋位置、可能的表面條件和檢測方法，見表9-6。 在計(jì)算(j

29、 sun)Tf時(shí)采用斷裂力學(xué)原理。此時(shí)裂紋形式可簡化為表面半橢圓形和埋藏的橢圓形。在交變應(yīng)力作用下,裂紋前沿(qinyn)在深度方向的擴(kuò)展速率可用Paris公式可按下式計(jì)算:dadN=A(K)m=A(Ya)m式中：a中心穿透裂紋半長、邊裂紋（穿透板厚）長度(chngd)或表面裂紋深度；A循環(huán)次數(shù)N與應(yīng)力幅曲線的比例常數(shù)（和材料有關(guān)）；m裂紋擴(kuò)展速率曲線以及應(yīng)力幅-循環(huán)壽命曲線的指數(shù)（和材料有關(guān)）； dadN疲勞裂紋擴(kuò)展速率：K應(yīng)力強(qiáng)度因子幅；Y幾何修復(fù)因子，它取決于裂紋形狀與方向、細(xì)部的幾何邊界條件和受力形式，對于簡單的情形，其表達(dá)形式可從應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊中查找，對于復(fù)雜幾何細(xì)部，可采用有限單

30、元方法計(jì)算；鋼板的應(yīng)力強(qiáng)度因子如圖9-16所示；若裂紋發(fā)生在焊趾處，則需再乘上一個(gè)放大系數(shù)Mk以考慮局部應(yīng)力集中問題。對于一般性的變幅應(yīng)力(yngl)作用,必須(bx)象安全壽命設(shè)計(jì)(shj)方法一樣計(jì)算應(yīng)力譜,但必須至少拆成10個(gè)相同的序列,即每級應(yīng)力幅的循環(huán)數(shù)至少分成10份。并將應(yīng)力序列從大到小排列。對每級常幅應(yīng)力循環(huán),裂紋增長計(jì)算采用與應(yīng)力比相應(yīng)的裂紋增長曲線,見圖9-17。若裂紋位于焊接區(qū),除非殘余應(yīng)力確切已知,否則,應(yīng)該采用在高應(yīng)力比(=0.8)或常值應(yīng)力強(qiáng)度因子下的裂紋增長曲線。裂紋ld增至 lf的應(yīng)力循環(huán)數(shù)可以通過下面公式的積分求出：N=ldlfdaA(Ya)m此公式即為裂紋擴(kuò)展

31、階段的疲勞壽命計(jì)算式。對于日常的鋼橋養(yǎng)護(hù)，則需要考慮下列情況:測到裂紋小于ld時(shí),則不需修補(bǔ)。測到裂紋大于ld時(shí),確定不加修理時(shí)的安全壽命,增加有問題處的檢測頻率。測到裂紋超過lf時(shí),結(jié)構(gòu)應(yīng)立即退出工作。3.6通過試驗(yàn)(shyn)設(shè)計(jì)如果不具備足夠的疲勞強(qiáng)度或裂紋增長數(shù)據(jù)和受載歷程不確切(quqi)以及構(gòu)造細(xì)部過于復(fù)雜等情況,則必須依據(jù)(yj)疲勞試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行抗疲勞設(shè)計(jì)。當(dāng)然，通過試驗(yàn)來驗(yàn)算設(shè)計(jì)細(xì)部的疲勞強(qiáng)度,可作為上述設(shè)計(jì)方法的替代方案，但試驗(yàn)必須用完整的原型或構(gòu)件中的細(xì)部部分,它的材料、細(xì)部尺寸和制造方法也應(yīng)與原型相符合。3.7結(jié)論以上討論了鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)理論的新發(fā)展,但在實(shí)際應(yīng)用中還要

32、注意以下幾點(diǎn):(1)安全壽命設(shè)計(jì)方法是以截面名義應(yīng)力計(jì)算的,對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)必須采用有限元方法進(jìn)行應(yīng)力分析。(2)在設(shè)計(jì)中必須詳細(xì)說明設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的制造質(zhì)量要求,諸如連接不完善的界限值以及相應(yīng)的探測方法和探測范圍。(3)在應(yīng)用斷裂力學(xué)方法計(jì)算疲勞壽命時(shí),裂紋展模擬必須考慮到各種不利因素,比如殘余應(yīng)力、熱影響區(qū)的材質(zhì)變化等因素。(4)在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮設(shè)計(jì)對象所處環(huán)境對疲勞強(qiáng)度的影響。(5)對新的疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以收集,供以后疲勞設(shè)計(jì)使用。四、鋼橋抗疲勞的構(gòu)造細(xì)節(jié)4.1現(xiàn)代鋼橋中典型的疲勞部位：斜拉橋索梁錨固區(qū)、正交異性鋼橋面板、鋼桁橋中橫梁與選桿的連接、管結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點(diǎn)以及拱橋短吊桿連接等等。4.1.1斜拉

33、橋索梁錨固區(qū)：鋼箱梁斜拉橋索梁錨固區(qū)域是斜索和鋼梁的傳，力連接構(gòu)造, 由于結(jié)構(gòu)形式所限, 該區(qū)域板件較多,構(gòu)造復(fù)雜, 通常要產(chǎn)生非常明顯的應(yīng)力集中, 而且要直接承受因車輛荷載、風(fēng)荷載等而產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)。為保證這種結(jié)構(gòu)的疲勞(plo)性能, 設(shè)計(jì)(shj)時(shí)需要注意以下問題:(1) 幾何形狀變化引起(ynq)的應(yīng)力集中; (2) 必須制定合理的焊接制造工藝, 特別是操作空間受限時(shí)應(yīng)更加注意控制焊接質(zhì)量;(3) 強(qiáng)制約束和面外變形等引起的次應(yīng)力。4.1.2正交異性鋼橋面板正交異性鋼橋面板以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 已成為世界上大、中跨徑現(xiàn)代鋼橋通常采用的橋面結(jié)構(gòu)形式。但是, 正交異性鋼橋面板疲勞開裂的事例已

34、在許多國家的鋼橋中出現(xiàn)。正交異性鋼橋面板疲勞問題比較突出, 主要有以下幾個(gè)方面: (1) 鋼橋面板直接承受車輛輪荷載的反復(fù)作用; (2) 各部位應(yīng)力影響線長度較短, 一輛車經(jīng)過可能會(huì)產(chǎn)生多個(gè)應(yīng)力循環(huán); (3) 鋼橋面板應(yīng)力狀況比較復(fù)雜, 并且交叉部位應(yīng)力集中嚴(yán)重; (4) U肋與橫隔板角焊縫以及許多現(xiàn)場拼接接頭的焊接質(zhì)量不易保證; (5) 關(guān)于鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)較少, 各國規(guī)范對此還沒有明確規(guī)定。通過大量疲勞開裂實(shí)例和試驗(yàn)研究, 鋼橋面板疲勞性能有如下幾個(gè)方面需要注意: (1) 縱肋與蓋板(i bn)的焊接(焊接方式(fngsh)、未焊透狀況、縱肋腹板的加工方式等);(2) 縱肋與

35、橫梁(hn lin)的連接(該部位應(yīng)力狀況復(fù)雜, 尤其是橫梁腹板, 本身處于二向應(yīng)力狀態(tài), 孔和焊縫端部又產(chǎn)生應(yīng)力集中, 還要受到縱肋撓曲變形引起的面外彎曲應(yīng)力等); (3) 縱肋現(xiàn)場拼接(特別是全焊連接的疲勞性能取決于焊接技術(shù)、焊接質(zhì)量以及焊接順序等); (4) 橫梁腹板與蓋板的焊接等。4.1.3鋼桁橋中橫梁(hn lin)與弦桿腹板的連接鋼桁橋中橫梁與弦桿腹板的連接(linji)方式, 由于(yuy)受載方式及面外變形等因素使該處的疲勞性能一直受到關(guān)注。對于采用焊接整體節(jié)點(diǎn)的大跨徑鋼桁梁, 與焊接整體節(jié)點(diǎn)密切相關(guān)的焊接材料、焊接工藝、各種焊接接頭、交叉焊縫以及桿件節(jié)點(diǎn)外拼接接頭等細(xì)節(jié)的疲勞

36、強(qiáng)度可能控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)引起注意。4.1.4管結(jié)構(gòu)(jigu)焊接(hnji)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)代(xindi)管結(jié)構(gòu)多采用主支管直接相貫焊接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造型式。就空心管結(jié)構(gòu)而言, 由于支管的軸向剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于支管的徑向剛度, 支主管的相貫線成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。該處不僅會(huì)出現(xiàn)很高的應(yīng)力集中, 而且又存在有焊接缺陷和焊接殘余拉應(yīng)力。多種不利因素相疊加, 使管節(jié)點(diǎn)對交變荷載的抵抗能力較低, 疲勞裂紋往往起源于高應(yīng)力區(qū)的初始缺陷處,常常在熱點(diǎn)應(yīng)力附近由表面裂紋擴(kuò)展并穿透管壁,見圖所示, 逐步擴(kuò)展而使節(jié)點(diǎn)破壞, 導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)承載力的喪失。4.1.5拱橋(gngqio)短吊桿拱橋中的短吊桿受力非常復(fù)雜。由

37、于(yuy)短吊桿線剛度較長吊桿大, 因此(ync)要承擔(dān)更大的活載及制動(dòng)力;同時(shí)由于在溫度、制動(dòng)力等水平荷載作用下, 反復(fù)發(fā)生順橋向的水平位移, 上下兩個(gè)錨點(diǎn)偏離鉛垂線, 形成很大的折角, 錨點(diǎn)附近索段反復(fù)彎曲, 容易發(fā)生疲勞破壞。此外, 錨頭附近吊桿護(hù)套損壞、鋼絲銹蝕等不利因素也應(yīng)予以考慮。此外, 大量的研究表明, 短吊桿比長吊桿的固有頻率高。在同樣荷載作用下, 短吊桿比長吊桿受動(dòng)荷載沖擊影響要大得多, 有時(shí)甚至是2 倍以上, 這會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件應(yīng)力幅增大, 對疲勞性能產(chǎn)生不利影響。4.2提高鋼橋焊接細(xì)節(jié)疲勞強(qiáng)度的方法：在焊接鋼橋的設(shè)計(jì)和制造過程中，某些疲勞強(qiáng)度較低的細(xì)節(jié)有時(shí)難以避免，若采取增大

38、構(gòu)件斷面降低其名義應(yīng)力的方法，來確保其疲勞壽命，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度來看是不合適的，特別對于目前趨向使用高強(qiáng)度鋼材的情況更是如此。因此采用一定的措施來提高這些焊接細(xì)節(jié)的疲勞性能對于現(xiàn)代焊接鋼橋的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。近些年來，人們已經(jīng)研究出了多種提高焊接細(xì)節(jié)疲勞壽命的方法，概括起來分為三類：一是改善結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的幾何形狀，減小結(jié)構(gòu)的幾何應(yīng)力集中（砂輪磨修、TIG重熔等）；二是在容易產(chǎn)生裂紋缺口的位置預(yù)制殘余壓應(yīng)力，或者消除有不利影響的焊接殘余拉應(yīng)力（錘擊、超聲波沖擊等）：三是覆蓋特殊涂層，防止腐蝕介質(zhì)的不利影響（涂裝油漆、復(fù)合材料等）。4.3防治(fngzh)焊接鋼橋疲勞破壞的方法：拉應(yīng)力是應(yīng)

39、力腐蝕發(fā)生(fshng)的主要條件之一, 控制和降低重要構(gòu)造(guzo)細(xì)節(jié)的拉應(yīng)力是防止疲勞破壞的最有效措施。構(gòu)件間的連接盡量避免剛度突然變化, 以減少由幾何形狀所產(chǎn)生的應(yīng)力集中。避免高裝配應(yīng)力和殘余應(yīng)力, 減少冷加工,嚴(yán)格控制受拉構(gòu)件的冷彎、冷剪工藝。優(yōu)先采用對接焊縫, 盡可能不用角焊縫。承受反復(fù)應(yīng)力的焊縫宜采用連續(xù)焊縫。使焊縫(焊趾、焊根和焊縫端部) 位于低應(yīng)力區(qū), 使缺口效應(yīng)盡量分散。盡可能不采用偏心連接, 避免不必要的附加應(yīng)力。對部分構(gòu)造細(xì)節(jié), 經(jīng)焊后處理可大幅度提高名義應(yīng)力, 必要時(shí)可以采用。在特別危險(xiǎn)部位以螺栓接頭、鍛造連接件或鑄造件替代焊接接頭。注意結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì), 盡量避免

40、連接件間存在縫隙, 消除易于造成水和污物聚集的死角, 以避免腐蝕和應(yīng)力腐蝕。五、正交異性鋼橋面板的疲勞問題的討論5.1 前言正交異性鋼橋面板是一種由相互垂直的縱、橫向加勁肋和面板焊接而成的鋼橋面結(jié)構(gòu)(見圖1),目前被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)、外諸多中大型公、鐵路橋梁的建設(shè)中。相比混凝土橋面板，正交異性鋼橋面板具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是結(jié)構(gòu)柔、變形大、易疲勞，其中易疲勞是正交異性鋼橋面板設(shè)計(jì)中不可回避的重點(diǎn)問題之一。已成為大中跨度的的現(xiàn)代鋼橋所通常采用的橋面結(jié)構(gòu)形式，它的疲勞性能也格外令人關(guān)注。原因是：鋼橋面板疲勞開裂的事例已在許多國家(guji)的鋼橋中出現(xiàn)；鋼橋面板直接承受車輛荷載

41、的反復(fù)作用，各部位的應(yīng)力影響線長度(chngd)短，車輛引起的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)比一般部位要多；鋼橋面板的應(yīng)力狀況復(fù)雜，還有許多現(xiàn)場拼接接頭、焊接質(zhì)量不易保證(bozhng)等問題。5.2國內(nèi)規(guī)范現(xiàn)狀我國正交異性鋼橋面板的應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展迅速。己采用正交異性鋼橋面板的大跨度鋼橋有肇慶北江大橋、塘沽海門大橋、安康漢江大橋、東營黃河大橋、虎門大橋、宜昌長江大橋、海滄大橋、江陰長江大橋、青馬橋、武漢軍山大橋、南京第二長江大橋、盧浦大橋、蘇通大橋、武漢天興洲公鐵兩用長江大橋等。對于正交異性鋼橋面板的抗疲勞設(shè)計(jì)，在我國鐵路、公路橋梁規(guī)范中均無相關(guān)規(guī)定，相關(guān)研究也鮮見。其設(shè)計(jì)有參照國外規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的，有自制

42、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，無相對統(tǒng)一和固定的設(shè)計(jì)力一法，這導(dǎo)致我國橋梁正交異性鋼橋面板抗疲勞設(shè)計(jì)不夠系統(tǒng)和準(zhǔn)確。目前在國內(nèi)已建成的正交異性鋼橋面板橋梁中己觀察到不同程度的疲勞裂紋，正交異性鋼橋面板的疲勞問題有待解決對于正交異性鋼橋面板的抗疲勞設(shè)計(jì)，在我國目前無規(guī)范可依，參照何種標(biāo)準(zhǔn)對正交異性鋼橋面板進(jìn)行抗疲勞設(shè)計(jì)一直是我國橋梁工作者面臨的一個(gè)問題。為給我國公路橋梁正交異性鋼橋面板抗疲勞設(shè)計(jì)提供參考，對美國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范（簡稱AASHTO)及歐洲規(guī)范3:鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（簡稱Eurocode 3)中對公路橋梁正交異性鋼橋面板抗疲勞設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行介紹，分別從疲勞荷載、疲勞細(xì)部分類及疲勞驗(yàn)算公式等三方面對兩本

43、規(guī)范進(jìn)行對比，應(yīng)用兩本規(guī)范對我國一座公路橋梁的正交異性鋼橋面板進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。5.3歐洲(u zhu)、美國規(guī)范(gufn)研究 對于正交異性(yxng)鋼橋面板的抗疲勞設(shè)計(jì)，在我國鐵路、公路橋梁規(guī)范中均無相關(guān)規(guī)定，而AASHTO及Eurocode 3中均有較成熟和詳細(xì)的規(guī)定，二者互有異同。5.3. 1疲勞荷載 AASHTO中公路橋梁正交異性鋼橋面板疲勞荷載為1輛標(biāo)準(zhǔn)3軸貨車，軸重為(35+145+145) kN，軸距為(4.3+9) m，每軸2輪，輪距為1. 8 m;Eurocode 3中公路橋梁正交異性鋼橋面板疲勞荷載為1輛標(biāo)準(zhǔn)4軸車，軸重為4 X 120 kN，軸距為(1.2+6+1.2)

44、 m，每軸2輪，輪距為2 m。兩者均采用1輛車;不同之處是車輛荷載的具體參數(shù)取值。5.3. 2疲勞細(xì)部分類 對于橋梁鋼結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)，AASHTO和Eurocode 3均是著眼于細(xì)節(jié)構(gòu)造，對易發(fā)生疲勞破壞的細(xì)節(jié)構(gòu)造(稱為疲勞細(xì)部)進(jìn)行疲勞評定、統(tǒng)計(jì)、歸類并分級，試驗(yàn)確定其S-N曲線以指導(dǎo)設(shè)計(jì)。實(shí)際橋梁資料表明，正交異性鋼橋面板的疲勞主要產(chǎn)生在以下幾個(gè)區(qū)域的構(gòu)造細(xì)部:縱肋與頂板的連接焊縫區(qū)、縱肋與橫肋(梁)的連接焊縫區(qū)、縱肋對接焊縫區(qū)及頂板工地對接焊縫區(qū)等。對AASHTO、Eurocode 3中正交異性鋼橋面板的疲勞細(xì)部分類進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)、歸類并對比后得出:AASHTO、Eurocode 3對正

45、交異性鋼橋面板的疲勞細(xì)部分類基本一致，不但考慮了構(gòu)造差異，而且考慮了焊接及加工上的差異;Eurocode 3對于正交異性鋼橋面板的疲勞細(xì)部分類更全面。由于篇幅原因，僅列出較有代表性的U肋對接及其它2類細(xì)部分類(見表1)。表中FTH、NTH、c分別(fnbi)是錄自各規(guī)范中的原值，而FTHc是為方便比較(bjio)，用Eurocode 3中疲勞(plo)S-N曲線求出的對應(yīng)加載次數(shù)NTH的疲勞強(qiáng)度。比較FTH、FTHc，前2類細(xì)部的FTH、FTHc數(shù)值略有差異，但后2類細(xì)部的FTH、FTHc數(shù)值非常接近，這表明對于部分疲勞細(xì)部，AASHTO、 Eurocode 3采用的S-N曲線是較接近的。5.

46、3. 3疲勞驗(yàn)算公式 AASHTO正交異性鋼橋面板疲勞驗(yàn)算公式見式(1)。YfFn (1)式中，Y為表示疲勞荷載組合的荷載系數(shù); f為疲勞荷載所產(chǎn)生的活載應(yīng)力幅; Fn為名義疲勞抗力。Eurocode 3正交異性鋼橋面板疲勞驗(yàn)算公式見式(2)。 FfE2cMf (2)式中， Ff為外力分項(xiàng)系數(shù)，除特殊規(guī)定外，一般情況取1. 0 ;E2為200萬次應(yīng)力循環(huán)下等效活載應(yīng)力幅；Mf為重要性系數(shù)，一般構(gòu)件取1. 0,重要構(gòu)件取1 .15。為方便比較，將兩公式(1),(2)按統(tǒng)一形式進(jìn)行簡化，并將各系數(shù)量化，簡化過程略。式(1)可簡化為:1.725fFn （3）將FTH用c表示為： FTH=mc （4）

47、將式(4)代入式(3)得用c表示(biosh)的AASHTO正交異性(yxng)鋼橋面板疲勞驗(yàn)算公式:1.725mfc （5）式中，m0.44，0.86; 1.725m2.0，4.0。式（2）可簡化為： 1.15maxc （6）式中，max 為等效損傷(snshng)系數(shù)最大值，max1.8，2.7，則1.15max2.1，3.1。 在式(5),(6)中， 、f為疲勞外力； 1.725m、1.15max為外力系數(shù)；c為疲勞抗力。在不考慮疲勞荷載差異的情況下(即f=)，比較兩式可以看出:AASHTO、Eurocode 3兩者對正交異性鋼橋面板抗疲勞的控制程度相當(dāng)，外力系數(shù)在2以上，其中AASHTO公式外力系數(shù)略大，疲勞控制更為嚴(yán)格。圖2為跨中、支點(diǎn)處max取值(L為計(jì)算跨徑)。5.4實(shí)例計(jì)算分別采用AASHTO、Eurocode 3對我國一座6110 m連續(xù)鋼箱梁橋梁力一案進(jìn)行正交異性鋼橋面板的疲勞驗(yàn)算。箱梁標(biāo)準(zhǔn)截面如圖3所示。箱梁頂板采用正交異性板，縱向加勁肋采用U形閉口肋，高280mm，頂寬300mm，板厚8mm，問距600mm?？v向每2.5 m設(shè)頂板小橫肋，每