公路钢结构桥梁及其抗疲劳设计（论文）.pdf

· 99· 1 公路钢结构桥梁疲劳问题 目前，钢结构桥梁已经广泛应用于公路桥梁建设过程， 然而，受频繁使用及车辆荷载不定性、超载等因素影响，若 未开展良好的抗疲劳设计工作，就会导致钢结构桥梁疲劳问 题出现，使钢结构桥梁使用寿命逐渐缩短。 承载力及稳定性是钢结构桥梁寿命的影响因素，而更主 要的因素则是疲劳问题。在设计公路钢结构桥梁抗疲劳性时， 如果设计与规范要求不符，就会导致钢结构桥梁受一系列自 然因素及车辆重载等因素影响，疲劳问题极易产生。 与此同时，桥梁上疲劳裂缝也会呈现出裂开现象，不仅 会影响钢结构桥梁正常使用，严重情况下，桥梁断裂现象也 会因此产生，为确保公路钢结构桥梁疲劳问题出现的概率得 以大幅降低，制订抗疲劳设计方法的过程中，应仔细研究公 路钢结构桥梁疲劳影响因素。 2 公路钢结构桥梁疲劳的影响因素 2.1 ë xÿ Ÿ 在公路钢结构桥梁发挥抗疲劳性的过程中，重要影响因 素之一就是钢结构材料特性，主要原因在于 ：钢构件大小及 材料各性能都会在一定程度上影响钢结构桥梁疲劳性，若钢 结构有细微裂纹出现，在裂纹增加的情况下，就会增加钢结 构疲劳性 ；而在不断增加钢结构强度的情况下，也会随之增 强钢结构疲劳性。 因此，钢结构材料强度需适宜。除此之外，钢材表面通 常是钢结构疲劳裂纹发生的主要部位，并且钢结构外表面也 会产生较高应力，而这些因素都会对钢结构桥梁疲劳产生不 同程度的影响，可见钢结构材料性能是公路钢结构桥梁疲劳 性的影响因素之一。 2.2 óæÙ - 受钢结构外部因素变化影响，也会导致钢结构桥梁产生疲 劳问题，如昼夜温差变化较大、外部自然环境变化影响、较 强的高温及强冻情况、外界压力施加到桥梁上等，这些都是 钢结构桥梁疲劳产生的外部影响因素，会导致公路钢结构桥 梁疲劳性能受到不良影响，使桥梁使用寿命逐渐缩短。一些 研究表明，焊接构件疲劳强度及应力幅值间存在着联系，同 时非焊接构件疲劳强度和应力幅值间也存在一定联系。 2.3 ￾æÙ - 钢结构内部因素也会影响公路钢结构桥梁疲劳性，最终 改变桥梁疲劳形象。 具体来说，钢构件连接形式及桥梁结构、钢结构构造细 节等都是主要的结构构造影响因素，受这些内部因素影响， 会导致钢结构桥梁疲劳性问题随之产生。除此之外，结构制 造方法及焊接技术应用、焊接处理方式等也会给钢结构应力 分布带来直接影响，而钢结构自身缺陷问题也是一种重要的 内部影响因素。 3 公路钢结构桥梁及其抗疲劳设计对策 3.1 M«Ð a￾™ 选择无限寿命设计方法进行应用的过程中，对结构设计 提出了要求，即结构设计应力需比疲劳极限值低，才能为结 构具备无限寿命提供保障。在时间及不稳定因素变化的情况 下，会使变幅循环呈现交变应力状态，所以无限寿命设计方 法的应用过程，能够以构件等效等幅值疲劳极限强度下的最 大应力幅情况为依据，开展抗疲劳性设计工作。与其他设计 方法相比，无限寿命设计方法较为简单，但以此种设计理念 为基础设计的构件，重量大是其显著特征。 因此，为确保充分发挥材料潜能，应注意设计应用水平 的不断提升，推动无限寿命设计向有限寿命设计方向转化。 3.2 æÐ a￾™ 以图1构造细节为参照，该图充分展示疲劳寿命曲线，目 的在于为构件规定使用期限内的安全使用提供保障。对结构 运营里程进行预测的过程中，表达方式可利用频率和加载序 列，分析潜在裂纹处的应力情况。结构运营荷载不同时，应 以一定累积损伤理论为依据，科学估算疲劳损伤。通常来说， 应用安全寿命设计方法时，需要以 S-N曲线为设计依据，一 些情况下，还可利用应变 –疲劳寿命曲线，前者多数情况下 都会应用到计算高周疲劳中，而后者多数情况下会在地震等 偶然荷载导致的低周疲劳计算中进行应用。 目前，国际上进行抗疲劳设计时，通常会选择 S-N曲线 安全寿命设计理念进行应用，主要计算流程如图 2所示。 ［摘 要］ ?? ，d ?1r? c?? ?? ?7??? 。1r?W ?? ??}?):? 、??` ? O仙? K ， ?? ? g??? ， ???{/为??r 。d ???? ?/ ，?住1r? c[???)?1rV ， ??? ?????? ， ?? c %0??????{ ? O仔? ????。 ［关键词］ d ?；1r? c ；?" ?? ［中图分类号］ TU20bb bb ［文献标志码］ Bbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2021）15–0099–03 Highway Steel Structure Bridge and Its Anti -fatigue Design Sun Jian ［Abstract ］At present，highway steel structure bridge is an important part of the transportation system. The salient features of steel structure are reflected in aspects of light weight，high strength，large spanning capacity ，etc. At the same time，the deflection is large， which can effectively reduce load buffer. Therefore ，in current highway construction projects， many steel s