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。     

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。     

欧美规范中公路桥梁正交异性钢桥面板抗疲劳设计对比分析

为给我国公路桥梁正交异性钢桥面板抗疲劳设计提供参考,从疲劳荷载、疲劳细部分类及疲劳验算公式等方面对比AASHTO、Eurocode 3规范,并分别应用2本规范对我国一座公路桥梁的正交异性钢桥面板进行疲劳验算.结果表明:针对公路桥梁正交异性钢桥面板的抗疲劳设计,AASHTO、Eurocode 3两本规范在设计思路、细部分类、验算公式等方面基本一致,参考其对我国公路桥梁正交异性钢桥面板进行抗疲劳设计是可靠的,鉴于Eurocode 3对正交异性钢桥面板的疲劳细部规定更全面,参考Eurocode 3对公路桥梁正交异性钢桥面板进行抗疲劳设计较为合适.     

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。     

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。     

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。     

公路钢结构桥梁的疲劳设计研究

在总结疲劳设计方法的基础上,将当前主要的钢结构桥梁设计规范的疲劳设计部分进行了对比,可作为钢结构桥梁疲劳设计、研究的参考,也为我国交通行业钢结构桥梁规范的制订提供借鉴。     

沥青稳定碎石抗疲劳性能研究

采用三点弯曲疲劳试验对沥青稳定碎石进行疲劳性能研究,分析不同设计方法下不同公称最大粒径对混合料疲劳性能的影响.试验结果表明,采用Superpave法设计的混合料的抗疲劳性能最好,但对应力的变化较敏感;依据公路规范推荐的级配中值设计的混合料的抗疲劳特性与采用贝雷法设计的混合料的抗疲劳特性相当,但采用贝雷法设计的混合料对荷载应力的敏感度最小;粒径较小、细集料含量较高、均匀密实的混合料的抗疲劳性能较好;设计方法对n值和k值有显著影响,而公称最大粒径及其与设计方法的交互作用对n值和k值影响较小.     

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.     

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.     

公路钢桥精细化抗疲劳设计方法及其应用

提出公路钢桥细节精细化抗疲劳设计方法,通过整体结构活载分析确定全桥疲劳关键部位,综合交通量调查及国外相关规范选取等效疲劳车进行移动荷载时程分析,确定关键部位构件的内力幅,建立关键部位局部分析模型进行热点应力幅分析,然后根据特定类型细节构造的S～N曲线计算其疲劳寿命,最后结合设计年限内交通量状况对结构抗疲劳能力进行评估.天津海河国泰桥抗疲劳设计评定的算例分析表明,本方法思路清晰,计算简单,便于工程设计人员掌握;参考不同的国外规范进行设计,其疲劳安全性相差不大,AASHTO标准略为保守.     

基于热点应力法的钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳评估

为准确预测钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳寿命,提出一种基于热点应力的疲劳评估方法。该方法采用全桥多尺度三维有限元模型计算节点热点应力幅,并进行回归分析得到钢管混凝土节点的热点应力幅S～N曲线。基于该方法对一座已建成的钢管混凝土桁式拱桥进行节点疲劳评估。结果表明：疲劳易损部位位于1/4跨附近的拱肋上弦节点,起始裂纹位于节点主管表面的冠点处;采用《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中的疲劳荷载计算模型Ⅱ和疲劳荷载谱计算得到的疲劳寿命分别为20 210 049次和27 311 265次,采用疲劳荷载谱计算时多车效应纵向修正为14.9%;采用《公路钢结构桥梁设计规范》预测的节点疲劳寿命偏低,导致设计偏于保守。     

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。     

低应力幅值对钢桥疲劳性能的影响研究

为研究低应力幅值对结构构件疲劳性能的影响,对各国疲劳设计规范的疲劳设计曲线的不同形式进行了深入细致地比较和研究。研究结果表明:各国疲劳设计规范中的疲劳曲线的主要不同在于疲劳曲线在常幅疲劳极限处斜率是否改变以及是否设置变幅疲劳极限。对应于常幅疲劳极限处曲线斜率的改变,意味着在低于常幅疲劳极限的低应力幅值对构件的疲劳寿命仍然存在影响,只是影响程度有所减弱;设置变幅疲劳极限,则意味着当应力幅值小于一定程度时,对构件的疲劳寿命没有影响,对结构的疲劳性能无损伤作用。该研究结论可为我国公路钢结构桥梁设计规范的制定奠定一定的理论基础。     

基于不同设计方法的沥青稳定碎石弯曲疲劳特性

研究采用三点弯曲疲劳试验对沥青稳定碎石进行疲劳性能研究,分析不同设计方法下不同公称最大粒径对混合料疲劳性能的影响。试验结果表明,采用Superpave法设计的混合料抗疲劳性能最好,但对应力的变化较为敏感;依据《规范》推荐的级配中值混合料抗疲劳特性与采用贝雷法设计的混合料的抗疲劳特性相当,但采用贝雷法设计的混合料对荷载应力的敏感度最小;粒径较小、细集料含量较高、均匀密实的混合料抗疲劳性能较好。设计方法对n值和k值有显著性影响,而公称最大粒径及其与设计方法的交互作用对n值和k值影响较小。     

城市公路桥梁抗倾覆验算与加固改造的设计方案研究

以成都某公路独柱墩桥梁为背景,通过对实际桥梁发生倾覆时受力特点进行分析,使用通用的桥梁结构计算空间有限元MIDAS/Civil分析软件进行该桥的计算、建模、分析,计算模型为梁格法模型,制定出适用于独柱墩桥梁倾覆稳定性的验算方法,在独柱墩曲线梁桥原有独柱墩上,进行钢结构支撑的添加,在支撑上部,加设2个支座,也就是在1号桥墩和2号桥墩两侧各进行一个支座的加设,在进行该独柱墩曲线梁桥加固后,脱空问题并没有表现在公路I级验算的支座当中,-272.0 kN~272.0 kN的支座3反力增加到420.0 kN。当汽车超载达到3车道公路I级荷载工况组合时,全部支座均未出现脱空现象。给已有独柱墩桥梁的改造和加固以及新建独柱墩桥梁的设计提供参考。     

大跨度波形钢腹板PC组合连续箱梁桥疲劳强度计算分析

某大桥主桥是一座跨径布置为100＋160＋100m大跨度波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,结构新颖,受力比较复杂。采用Midas Civil软件有限元模型求得各验算截面的内力影响线,经影响线计算和最不利荷载布置,确定各截面验算位置疲劳荷载作用下的最大应力幅值,依据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-201×报批稿）抗疲劳设计要求,对本桥波形钢腹板间连接以及波形钢腹板与混凝土顶底板连接进行了疲劳强度验算。得到一些有价值的结论,供以后类似的设计和计算参考。     

正交异性桥面板钢箱梁疲劳设计和疲劳评估规范的现状研究

该文首先对目前国内外公路、铁路钢桥设计规范的疲劳设计方法和疲劳荷载谱予以回顾。针对正交异性桥面板钢箱梁疲劳受力特点分析了疲劳设计应注意的问题,并将我国焊接桥在发展过程中的主要疲劳研究成果作了概述。最后提出正交异性桥面板钢箱梁疲劳设计亟待解决的问题,提供给钢结构同行参考。     

桥梁疲劳强度的模糊可靠性设计与疲劳寿命分析

本文根据模糊可靠性设计理论,对公路钢筋混凝土桥梁强度的模糊可靠性设计方法进行分析,运用二级模糊综合评判方法和贝叶斯理论确定桥梁疲劳寿命概率分布.综合疲劳强度和疲劳寿命两种失效模式对桥梁安全性的影响,对桥梁体系的模糊可靠性进行了评估,预测该桥梁的剩余使用寿命,进而提出了整改措施.     

桥梁疲劳强度的模糊可靠性设计与疲劳寿命分析

本文根据模糊可靠性设计理论，对公路钢筋混凝土桥梁强度的模糊可靠性设计方法进行分析，运用二级模糊综合评判方法和贝叶斯理论确定桥梁疲劳寿命概率分布。综合疲劳强度和疲劳寿命两种失效模式对桥梁安全性的影响，对桥梁体系的模糊可靠性进行了评估，预测该桥梁的剩余使用寿命，进而提出了整改措施。