桥梁钢结构抗疲劳设计探析

对桥梁钢结构进行科学合理的设计是保障桥梁安全运营的前提,设计中的关键环节在于钢结构的抗疲劳性是否满足实际的需求。文章以实际工程为例,对基于应力疲劳的钢结构低温疲劳性能进行研究,有针对性地提出了抗疲劳设计时应掌握的原则,并在设计时从稳定性、完整性及其他方面作出应对措施,希望能为桥梁钢结构抗疲劳设计的进一步优化提供参考意见。     

桥梁钢结构防腐涂装体系的选择

随着国家基础设施建设速度的加快,大型钢结构桥梁不断涌现。针对腐蚀和腐蚀疲劳问题而开展的钢结构防腐涂装研究日渐受到人们的关注。文中介绍了桥梁钢结构防腐的发展现状,论述了钢结构桥梁防腐涂装体系的选择和确定方法。     

基于不同角度分析公路钢结构桥梁抗疲劳设计

基于不同角度,对公路钢结构桥梁抗疲劳的设计进行了分析。在公路当中承受较多载荷的地方就是钢结构,其中的载荷主要有汽车的恒载以及冲击载荷和其他情况的载荷等等。从日常的使用当中我们能够发现许多问题,同时也存在一定的隐患,因此对于桥梁的优化设计以及抗疲劳的完善是很有必要的。以公路上桥梁结构受到的疲劳影响作为一个主要的因素,综合分析比较不同疲劳抗力设计方法,得出由于荷载差异,对构件构造细节进行验算,不断对桥梁抗疲劳结构设计方法进行优化,提高桥梁可靠性和安全性。     

基于美国规范的桥梁疲劳设计优化及应用

为了更准确地考虑路面不平整度变化引起的车辆荷载动力效应对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,首先研究了钢桥路面不平整度在假定的车辆和环境荷载条件下的劣化过程,得到路面不平整度从一个等级退化到另一个等级过程中通过的车辆数量;然后,分别建立桥梁和车辆的三维模型,根据车辆和桥梁接触点位移和作用力的关系构建车-桥耦合振动方程,并利用模态叠加技术和4阶龙格库塔方法在时域内对其进行求解。通过数值计算研究了根据美国AASHTO桥梁规范设计的5座不同跨径Ⅰ-型简支钢梁桥的主梁在不同路面不平整度下每辆车通过时承受的应力幅冲击系数和等效应力幅度个数。最后,通过考虑路面劣化过程中过往车辆对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,对AASHTO规范中疲劳动力冲击系数和应力幅个数这2个直接影响桥梁疲劳寿命的参数进行了优化设计,并探讨了如何借鉴此优化方法来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。结果表明:美国AASHTO规范里规定的疲劳冲击系数0.15适用于跨径大于23m的桥梁,而对短跨桥梁而言,需要采用更大的疲劳冲击系数;当桥梁跨径大于23m时,每辆车通过桥梁时主梁承受的应力幅个数设计值可取1,小于23m时可根据所提出的应力幅个数设计公式计算确定。该优化方法可用来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。     

大跨径悬索桥钢梁疲劳设计研究

大跨径悬索桥钢梁疲劳已逐渐成为钢桥主要病害之一,通过对疲劳与断裂的分析,使设计者对清楚了解疲劳寿命的主要组成部分。由于断裂力学在裂纹萌生阶段的分析理论仍不成熟,钢桥设计仍采用．S-N曲线和Miner线性法则进行无限寿命设计和安全寿命设计。新版国内钢结构桥梁设计规范尚未颁布,分别采用BS5400、AASHTO、Euroeode3及《公路桥涵钢结构及土木结构设计规范》（JTJ025—86）对某大跨悬索桥钢梁不同结构部分进行详细介绍,使设计者了解不同归规范中的相关规定,并对大跨悬索桥钢梁疲劳设计提出有益探讨。     

基于规范理解的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域疲劳验算

针对横隔板弧形缺口局部区域疲劳开裂问题严重,采用名义应力法进行疲劳验算名义应力难以确定,以及中国JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》关于名义应力表述不清等问题,探讨了基于规范的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域的疲劳验算方法。首先,对比分析了JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》(后文称《公路钢桥规》)与欧洲Eurocode规范的各疲劳设计条款的异同,指出了中国《公路钢桥规》各疲劳设计条款的主要来源及其与欧洲规范各疲劳设计条款的相应关系,以及中国规范中抗疲劳设计条款的不足;其次,介绍了欧洲规范关于横隔板弧形缺口母材处以及横隔板与U肋连接处角焊缝名义应力的相关计算方法;最后,通过算例介绍了如何应用名义应力法验算横隔板弧形缺口母材以及角焊缝处的疲劳强度。     

钢结构桥梁完整性设计理念与具体设计方法

由于钢结构的抗压性能较为突出,在桥梁建设时经常会选取钢结构进行设计施工。文章阐述了钢结构的完整性设计理念,针对桥梁钢结构损伤表现形式进行相应的研究,提出了桥梁钢结构完整性设计方法,从而确保桥梁结构的完整性并最大限度地提升桥梁的质量。     

国际现行钢结构公、铁路桥梁疲劳设计规范综述

桥梁达到设计寿命的关键之一是有足够的疲劳强度.对比美国、英国、欧盟和日本规范中钢结构桥梁疲劳设计核心得出:疲劳安全判定准则相同;基本分析计算的标准疲劳动载车型数量上有不同,但无实质区别;均采用米诺累积损伤准则进行多峰值载荷循环条件下的疲劳设计;均进行疲劳强度等级划分,并给出相对应的S～N曲线修正;载荷阻力因子设计通过采用精细的安全系数使疲劳破坏概率在可接受的范围.对疲劳设计准则:英国对公路桥采用三级循序渐进、疲劳应力和使用年限控制相结合法;美国采用分别对应常规、极限工况强度的准则Ⅰ、Ⅱ;欧盟采用绝对安全设计和损伤容限设计法;与美欧不同之处是日本采用带有2个疲劳稳定极限的S～N曲线.提出需对拉伸平均应力效应、疲劳稳定极限、定量的低周疲劳计算等方面进一步研究.     

桥梁设计中钢结构完整性设计方法

当前国内经济飞速发展,其中桥梁工程建设贡献了很大力量,其在我国交通建设领域有着举足轻重的作用。由于钢结构的强度具有较强的抗压性能,一般的桥梁结构都会采用钢结构。因此研究人员能否较深入地分析钢结构的完整性是桥梁建设过程中的关键。文章主要对桥梁中的钢结构问题进行分析,阐述了桥梁钢结构完整性设计理念,对现代桥梁设计中钢结构的完整性设计方法进行了讨论,保证了桥梁结构的完整性和桥梁建设的质量。     

钢结构桥梁全寿命建造与安全运维专栏导语

近年来,我国钢结构桥梁建设飞速发展,取得了举世瞩目的成就,但我国国情、气候条件和桥梁工程所处的历史发展阶段决定了钢结构桥梁实际性能和建造品质仍需不断提升。《交通强国建设纲要》和《交通领域科技创新中长期发展规划纲要(2021~2035年)》明确部署未来需有效提升交通基础设施高质量建养技术水平。结构高性能设计建造与安全运维作为支撑钢结构桥梁可持续发展的核心和关键,是当前桥梁工程界高度关注的研究课题。梳理该领域的新问题和新需求,总结相关新理念、新理论、新方法、新材料和新技术等方面的最新研究进展和最新科研成果,是促进钢结构桥梁高质量发展,推动该领域理论与技术创新,进而提升我国钢结构桥梁技术水平的战略需求,具有重大意义。为推进钢结构桥梁全寿命高性能设计建造与安全运维的高质量发展,引领该领域的理论进步和技术创新，《中国公路学报》编辑部邀请同济大学李国强教授,广西大学韩林海教授,长安大学贺拴海教授、刘永健教授、张岗教授,西南交通大学张清华教授作为组稿负责人,共同向该领域的知名专家、学者约稿,出版本期“钢结构桥梁全寿命建造与安全运维”专栏。本专栏共收到相关论文80余篇,最终录用16篇。研究内容集中于以下2个方面:(1)钢结构桥梁全寿命建造。主要内容包括:钢管混凝土桥塔工程应用与研究进展、螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验、纵肋-面板双面焊构造细节应力行为试验和有限元分析、钢桥板式加劲肋局部稳定试验与设计方法、横肋波纹板方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能、大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段受力性能、钢管混凝土节点承载力计算方法。(2)钢结构桥梁安全运维。主要内容包括:基于超声导波的钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹检测方法、动荷载作用下钢结构涂装的累积损伤机理与预测模型、波纹腹板开孔对预应力钢~混凝土组合梁抗火性能的影响、碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验、大跨桥梁油罐车火灾模型计算方法、服役斜拉索疲劳状态的全场域在线实时监测与智慧感知、工业海洋大气环境下焊接耐候钢Q355NHD腐蚀后力学性能、致损荷载信息缺失在役钢桥的疲劳损伤状态重构问题、复杂环境下连续弯钢箱梁耐火性能提升方法。为响应国家绿色交通建设的号召,实现交通基础设施建造领域中的“减排降碳”，钢结构桥梁是当前我国桥梁工程的重要发展方向。提升钢结构桥梁全寿命高性能设计建造与安全运维,是“碳达峰、碳中和”交通基础设施领域实现战略目标的重要支撑。《中国公路学报》将持续关注该领域的国内外最新研究进展,以期为广大专家、学者及工程技术人员提拱学习、交流的平台,促进我国桥梁建设事业的高质量与可持续发展。     

某PK组合箱梁结构腹板与横梁连接的疲劳性能分析

组合梁结构中构造良好的抗疲劳性能是结构运营安全的重要保障。现对某大跨径斜拉桥的PK组合箱梁腹板与横梁连接构造进行疲劳性能分析。研究采用模型试验和有限元分析相结合的方法,针对过焊孔位置的疲劳性能进行分析。分析结果表明,试验节段焊缝端部的疲劳等级约为112MPa,相当于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)附录里的疲劳细节10且不包含起焊/终焊位置的对接焊缝。研究成果可为同类桥梁设计提供借鉴。     

大跨度索结构桥梁钢塔施工技术研究综述

随着桥梁技术的不断创新,部分钢结构桥梁中桥塔等支撑结构开始采用钢结构,并逐渐成为大跨度索结构桥梁设计的一种趋势,主要介绍钢结构索塔安装的施工方法和关键技术,为今后大跨度索结构桥梁钢索塔设计与安装施工提供一定的借鉴。     

钢箱梁超高腹板设计理论与方法

随着桥梁跨径的不断增大以及功能需求的不断提高,超高腹板钢结构桥梁设计越来越多。目前国内规范大多针对常规桥梁,对于超高桥梁腹板稳定设计没有清晰规定,缺乏明确的设计依据及手段,为此开展超高钢结构梁桥腹板设计关键技术研究,旨在得到合理实用的设计理论与手段,以指导同类桥梁设计。     

疲劳荷载模型Ⅲ下的公路钢结构桥梁疲劳性能分析

结合《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)疲劳荷载模型Ⅲ,以某城市高架分离式双箱钢箱梁正交异性桥面板为研究对象,建立其正交异性桥面板的精细化分析模型。通过有限元方法得到U肋疲劳敏感细节在疲劳荷载模型Ⅲ下的应力分布,验算了其疲劳强度。分析结果表明:正交异性钢桥面板疲劳强度满足抗疲劳设计要求。在疲劳荷载模型Ⅲ作用下,悬臂板处U肋疲劳细节的等效应力幅较箱内和横梁处大,悬臂板处U肋构造细节相对其余位置更容易发生疲劳损伤,为钢箱梁抗疲劳设计验算的控制部位。同时,钢箱梁大悬臂下翼缘疲劳应力幅值较大,设计时需引起重视。     

基于实测应力谱的公路钢桥疲劳分析方法研究

随着我国公路钢桥服役时间的增长,为保证钢结构桥梁的结构安全,基于实测的疲劳应变数据,对公路钢桥应力谱获取及疲劳寿命分析进行了研究。通过对信号的滤波、峰值提取,剔除小应力循环及对基线漂移等处理后,可极大提高疲劳分析的效率和准确性。以上海市卢浦大桥为例,将应变时程数据处理为应力时程数据后,结合雨流计数法,得到桥梁的应力谱,并利用S-N曲线和线弹性损伤累计理论,对桥梁的疲劳寿命进行分析。     

桥梁结构疲劳特性分析发展历程与评定设计方法综述

桥梁结构的疲劳问题是其结构设计中的一个关键问题.本文介绍了从德国人设计第一台疲劳试验机开始研究金属疲劳问题到形成桥梁结构疲劳设计规范整个桥梁结构疲劳特性分析发展历程,同时也较详细地介绍了桥梁结构的一般抗疲劳评定方法和抗疲劳设计方法.     

钢管桁架桥梁的焊接质量及其控制

结合钢结构桁架桥梁的制作实践,详细分析了各类常见焊接缺陷和影响因素,采用正确的焊接工艺、优选设计和科学的质量管理方法,加强对焊接质量的有效控制,提高了钢结构桥梁焊缝检验的一次合格率,对同类钢结构桁架桥梁的制造具有指导意义.     

大气腐蚀对白洋长江大桥钢结构影响研究

大气腐蚀对大跨径钢结构桥梁耐久性能的影响不可忽视,为了研究白洋长江大桥在设计年限内,钢结构受大气腐蚀损失、力学性能的退化规律,建立了白洋长江大桥100年寿命的有限元腐蚀模型。研究结果表明:在腐蚀时间为100年时,弦杆截面损失了12%,腹杆截面损失了15.2%,从而引起钢结构整体应力水平随钢桁梁截面积的损失而升高,加重了桥梁整体的承载负担。因此,在桥梁设计及运营期间,应加强钢结构防腐蚀设计和表面防护涂层管养意识,以延长桥梁的正常使用寿命。     

封一/四

钢结构桥梁形式多样,优点突出,在世界各地应用广泛,为了推进中国钢结构桥梁的建设,促进中国钢结构桥梁抗火防灾研究领域的全面发展,加快钢结构桥梁抗火防灾技术的研究,加强钢结构桥梁抵抗火灾的能力,提升管理部门应对钢结构桥梁遭遇火灾时的应急水平,对钢结构桥梁抗火防灾的研究现状与亟待解决的问题进行了总结。研究了国内外钢结构桥梁火灾发生时的场景以及钢结构桥梁遭遇火灾时的破坏形态,分析了钢结构桥梁火灾发生时的特点,强调了油罐车火灾对钢结构桥梁安全性能的严重威胁,给出了钢结构桥梁抗火防灾的关键技术。继而,对其抗火研究存在的问题进行了梳理,包括钢结构桥梁所用材料的高温特性,复杂环境下钢结构桥梁截面的传热机制、钢-混凝土组合梁界面间的高温作用机理、钢结构桥梁火灾行为的数值模拟与智能预测技术、火灾全过程中钢结构桥梁的试验与测试方法、火灾高温下钢结构桥梁的力学行为以及钢结构桥梁抗火研究的工程应用等七大方面给出了钢结构桥梁抗火研究亟待解决的问题和更高的目标。以期对钢结构桥梁抗火防灾方向的技术研究提供全新的视角和基础资料。     

拱桥吊杆涡激风振疲劳寿命评估

为便于桥梁运营管理单位开展桥梁维护与检修,对易于发生涡激风振的圆形截面刚性吊杆的可承受应力循环次数进行估算,以明确吊杆的合理使用年限。借助经典涡振起振临界风速、涡激力计算模型及钢结构疲劳寿命计算理论,对某钢管混凝土拱桥的所有圆形吊杆的动力特性、内力及对应的涡振风速范围进行计算,并结合桥梁所在地风速分布统计数据,对该桥吊杆的涡振疲劳寿命进行评估。研究结果表明,该桥吊杆的疲劳寿命在当地风速条件下满足使用要求,计算过程可为同类桥梁吊杆涡振疲劳寿命评估提供参考。