局部构造对钢箱梁关键焊缝疲劳性能的影响分析

桥梁 建设2 0 1 4年第 4 4 卷第 2 期 总第 2 2 5期 Br i d g e C o n s t r u c t i o n Vo 1 4 4 No 2 2 0 1 4 To t a l l y No 2 2 5 4 3 文章 编 号 1 0 0 3 4 7 2 2 2 0 1 4 0 2 0 0 4 3 一O 7 局部构造对钢箱梁 关键焊缝疲劳性能 的影响分析 邓 扬 刘 扬 李爱群 1 长沙理工大学土木与建筑学院 湖南 长沙 4 1 0 0 0 4 2 东南大学土木工程学院 江苏 南京 2 1 0 0 9 6 摘 要 为给 车辆 荷载 作 用下钢 箱 梁 的抗 疲 劳设 计提 供依 据 对钢 箱 梁局部 构造 对 其 关键 焊 缝疲劳性能的影响进行研 究 采用有限元方法计算了钢箱梁焊缝在 单轮移动荷载下的应 力曲线 在 此基 础上 分析 了纵 向加 强桁 架对钢 箱 梁关键 焊缝 疲 劳应 力 范 围和 疲 劳损 伤 的影 响 计 算 分 析 表明 纵向加强桁架增大了钢箱梁临近 区域顶板的竖向刚度 并改变 了其 临近焊缝细节的受力状 态 这使 得纵 向加 强桁 架 附近 焊缝 的疲 劳应 力和 疲 劳损 伤远 小于 相 同位 置 无 纵 向加 强桁 架 的钢 箱 梁焊缝 的值 局部 构造 差 异对 钢箱 梁桥 面 关键焊 缝疲 劳性 能 的影响 明显 在钢 箱 梁抗疲 劳设 计 中应 予 以考虑 关键 词 钢 箱 梁 局 部构 造 焊缝 疲 劳应 力 正 交异 性钢桥 面 纵 向加 强桁 架 有 限元 法 中 图分类 号 U4 4 8 2 1 3 U4 4 1 4 文献 标 志码 A An a l y s i s o f Ef f e c t o f Lo c a l S t r u c t u r e o n Fa t i g u e Pe r f o r ma nc e o f Cr i t i c a l W e l di ng S e a ms o f S t e e l Bo x Gi r d e r DENG Ya n g LI U Y an g LJAi q u n 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e C h a n g s h a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Ch a n g s h a 4 1 0 0 0 4 Ch i n a 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g S o u t h e a s t Un i v e r s i t y Na n j i n g 2 1 0 0 9 6 Ch i n a Ab s t r a c t To pr o v i de b a s i s f o r t he f a t i g ue de s i gn o f t he s t e e l bo x gi r d e r un de r t he a c t i on o f v e hi c l e l o a d t he e f f e c t o f t he l o c a l s t r u c t u r e o f t he g i r de r o n t he f a t i gue p e r f or ma nc e o f t he c r i t i c a 1 we l di n g s e a ms of t h e gi r d e r wa s s t ud i e d Th e f i n i t e e l e m e nt me t ho d wa s us e d t o c a l c u l a t e t he s t r e s s c u r v e s o f t he we l d i n g s e a ms o f t he gi r d e r un de r t he s i n gl e whe e l mo v i ng l oa d an d on t he ba s i s o f t he c a l c u l a t i o n t he e f f e c t o f t he l o n gi t u di n a l s t i f f e n i ng t r us s a r r a ng e d i n t he gi r d e r o n t he s t r e s s r a ng e s a nd f a t i g ue d a ma ge s o f t he c r i t i c a l we l di ng s e a ms wa s a na l y z e d The r e s u l t s o f t he c a l c ul a t i o n a n d a na l y s i s s h ow t ha t t h e l ong i t u di n a 1 s t i f f e n i n g t r u s s i n c r e a s e s t he ve r t i c a l s t i f f ne s s o f t h e t o p p l a t e o f t h e g i r d e r i n t h e a d j a c e n t a r e a o f t h e t r u s s a n d a l s o c h a n g e s t h e f o r c e c o n d i t i o n s of t h e we l di n g s e a m d e t a i l s ne a r by whi c h ma ke s t he f a t i g ue s t r e s s a n d f a t i g ue d a ma ge s o f t he we l di ng s e a ms n e a r by f a r l e s s t h a n t h os e of t he we l di ng s e a m s i n t h e s a m e p os i t i o n wi t ho u t t he s t i f f e ni n g t r us s Th e e f f e c t o f t he d i f f e r e n c e s of t h e l o c a l s t r uc t ur e o n t he f a t i g ue p e r f o r m a nc e of t he c r i t i c a l we l d i ng s e a ms i n t he g i r de r d e c k i s s i g ni f i c a nt a n d i n t he f a t i g ue d e s i gn o f t h e gi r d e r t he e f f e c t s ho u l d b e a pp r op r i a t e l y t a ke n i n t o a c c ou nt Ke y wo r d s s t e e l bo x g i r de r l o c a l s t r uc t ur e we l d i ng s e a m f a t i gu e s t r e s s o r t ho t r o pi c s t e e l br i d ge de c k l on gi t u d i na 1 s t i f f e ni n g t r u s s f i ni t e e l e me nt me t h od 收稿 日期 基 金 项 目 作者简介 2 01 3 1 0 0 9 国家 自然科学基金 资助项 目 5 1 3 0 8 0 7 3 5 1 3 7 8 0 8 1 教育部博 士点新教师基 金 2 0 1 2 4 3 1 6 1 2 0 0 0 2 湖南省 自然科学青 年基金 项 目 1 4 3 0 8 7 P r o j e c t F u n d e d b y Na t i o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f Ch i n a 5 1 3 0 8 0 7 3 5 1 3 7 8 0 8 1 D o c t o r a l P r o g r a m F u n d f o r Ne w Te a c h e r s o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n 2 0 1 2 4 3 1 6 1 2 0 0 0 2 P r o j e c t o f Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n f o r Y o u n g S c h o l a r s o f Hu n a n Pr o v i n c e 1 4 J J 3 0 8 7 邓扬 讲师 E ma i l s e u d e n g y a n g f o x ma i l c o m 研究 方向 大跨度桥梁结构疲劳分析理论与方法 4 4 桥 梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 1 引 言 目前 正交 异性 钢 桥 面板 疲 劳 开裂 的事 故 在 国 内外 的大跨 钢 桥 中 均 已出 现 如 著 名 的英 国 塞 文 S e v e r n 桥 在 1 9 7 1年和 1 9 7 7年就在桥面板焊缝 处发现了疲劳裂纹l 1 国内 1 9 9 7年建成通车 的广 东 虎 门 大 桥 从 2 0 0 3年 开 始 桥 面 板 出 现 了疲 劳 裂 纹 2 更 引 发 了学 者对 于 扁 平钢 箱 梁桥 疲 劳破 坏 问 题 的关 注 3 国 内外 已有研 究 成果 大 多关 注 于设 计参数及车辆荷载对钢箱梁疲劳受力 的影响 2 而 较少研 究 局 部 构造 差 异 对 钢 箱 梁疲 劳 性 能 的影 响 在 实际 工程 中 大 部 分 斜 拉桥 钢 箱 梁 中会 沿 顺 桥向设置加强桁架 或加强板 来协助抵抗巨大的轴 向压力 而悬索桥钢箱梁 中的轴向压力可以忽略不 计 一般未设置纵向加强桁架 以国内某座跨长江的大桥为研究背景 该桥 由 斜拉桥 主跨 4 0 6 m 和悬索桥组成 主跨 1 4 9 0 m 斜拉桥钢箱梁有纵向加强桁架 见 图 1 a 悬索桥 钢 箱梁 无纵 向加 强桁架 见 图 1 b 两 桥钢 箱 梁设 计参数差异较小 钢箱 梁焊缝细节 的疲劳强度应是 一 致的 但应力监测数据分析表 明 悬索桥钢箱梁 关键焊缝细节的疲劳损伤要远大于相同位置的斜拉 桥 焊 缝 细 节 焊 缝 细 节 的 位 置 位 于 图 1中 圆 圈之 内 8 图 1中 圆圈所 示 位 置 位 于 桥 面行 车 道 和超 车道之间 此处焊缝极易发生疲劳开裂 而斜拉桥钢 箱 梁正好 在 此处设 置 了纵 向加 强桁 架 a 有纵 向加 强桁架 3 8 7 0 2 b 无 纵向加 强桁架 单位 c m 图 1 钢箱梁标准截面示意 Fi g 1 Ty p i c al Cr o s s Se c t i on s o f St e e l Bo x Gi r d e r 本 文选 取 图 1 所 示纵 向加 强桁架 附近 区域 的焊 缝 细 节为研 究对 象 首 先讨 论 了钢 箱 梁焊 缝 疲 劳 应 力 计算 的有 限元 方法 在 此基 础 上 分 析 了纵 向加 强 桁架 对钢 箱梁关 键焊缝 细节 疲劳应 力 范 围及 损伤 的 影 响 2钢箱 梁有 限元建 模 2 1 加 载工况 选择 纵 向加 强 桁 架 附 近 的 顶 板 一 U 形 肋 焊 缝 即图 2中 的焊 缝 工 顺 桥 向位 置 X一0 和 U 形 肋 对 接焊缝 即焊缝 顺 桥 向位 置 X一0 为 分 析 对 象 对于焊缝 I 提取顶板横桥向弯曲应力作为疲劳 参 考应力 对 于 焊缝 则 提取 U 形肋 的顺 桥 向应 力作为疲 劳参 考应力 计算荷载根据 J TG D6 o 2 0 0 4 g 中的车辆荷载模 型确定 将车辆荷 载模型 的 中轴抽离 出来 采用单轴单轮进行加载 轮重为 6 0 k N 规范中的中轴轮载着地范围为 0 6 m 0 2 m 为了计算方便 将单轮轮载等效为一横桥 向长度 为 0 6 m 的线荷载 如图 2所示 每次加载时 由于 u 形肋 开 口间距 为 3 0 0 1 1 1 1 3 1 1 因此 车轮 荷载 沿 横 桥 向 覆盖 2 个 U 形肋 开 口间距 每次 沿横 向移动 0 1 5 m 即半个 U形 肋 开 口问 距 共 可得 1 O个 横 向加 载 工况 A J 对 于每个加载工况 车 轮沿顺桥 向 即 X 方 向 移 动 5 个 横 隔板 间距 顺 桥 向移动 距 离 为 1 8 5 m 2 3 7 5 m t 3 5 m 2 3 7 5 m 一 工 况 J 厂 r 广 工 砌 厂 T T 广 图 2焊缝细节 的加载示意 Fi g 2 S k e t c h o f Lo a d i ng on W e l d i n g S e a m De t a i l s 2 2 有纵 向加强 桁架 钢箱 梁有 限元模 型 为准 确地模 拟扁平 钢箱 梁关键 焊缝 细节 在 车辆 荷载作用下的受力状态 必须考虑扁平钢箱梁整体 结构尺度与局部构件尺度之间的悬殊差距 同时兼 顾模型节点规模和计算效率 为此 将扁平钢箱梁 结构划分为 2个尺度模型 整体尺度模型 采用 正交异性壳单元等效模拟顶 底板及其纵向加劲肋 在此基础上与横隔板 腹板等组成空间箱形结构分 析模型 局部尺度模 型 采用壳单元精细模拟 钢箱 梁 的各个构 件 并 且对 所 关 注 焊 缝周 围 区域 的 单元网格进行细分 选择主跨跨 中 1个横隔板间距 长 3 5 m 内的上 游 1 2钢 箱 梁 进 行 建模 局 部 尺 一 局部构造 对钢箱梁关键焊缝疲 劳性 能的影响分析 邓 扬 刘 扬 李爱群 4 5 度模型如图 3所示 共计离散为 7 5 1 4个壳单元 图 中 X 方 向为 顺 桥 向 y 为 横 桥 向 Z 为 竖 直 方 向 钢箱梁有限元建模采用的壳单元均为 ANS Ys软件 中 的 S h e l l 6 3单 元 最后 采用 子模 型法 建 立 上述 2种尺 度模 型之 间 的双 向联 系 图 3有纵 向加强桁架钢箱梁的局部 尺度模 型 Fi g 3 Lo c al S c al e Mo de l f or St e e l Bo x Gi r de r wi t h Lo ng i t u di n al S t i f f e ni ng Tr u s s 采用子模型法可以获得钢箱梁焊缝应力的精确 计算结果 川 但需同时建立全桥整体模型和局部精 细化模型 建模过程较为复杂 工作量较大 本节采 用 图 3的局 部精 细模 型直 接计 算焊 缝 细节 的疲 劳应 力变 化 曲线 计算 时 将 模 型 边 界 上 的 节点 均设 置 为 固定约束 图 4给出了工况 F作用下焊缝 I的 2种 应力变化曲线 从图 4可以发现 采用子模型方法和 局部 模 型直接 加 载法 所得 到 的应力 变化 曲线 几乎重 合 这 说 明采 用局 部 模 型 计 算 得 到 的应 力 变化 曲线 仍具有较高的精度 焊缝 的 2种应力变化 曲线也 十分 接近 本 文不 予赘 述 2 3无纵 向加 强 桁架 钢箱 梁 有限元 模 型 图 4有纵 向 加 强 桁 架 焊 缝 I的 2种 应 力 变 化 曲线 Fi g 4 Cha ng i ng Cu r v e s o f Two Ki n d s o f St r e s s of W e l di ng S e a m I o f St e e l Bo x Gi r de r wi t h Lo ng i t ud i n a l S t i f f e ni n g Tr u s s 基于上节的分析 直接采用局部精细模型计算 无纵 向加强桁架的焊接细节的疲劳应力 如图 5所 示 选取 跨 中 3个 横 隔 板 间距 的钢 箱 梁 建 立 局 部精 细模 型 顺 桥 向长 3 3 2 2 m 对 顶 板 及 底 板 的 U 形肋 进 行精 确建模 同时 对所 涉及 的焊接 细节 局部 区域 的单 元进 一 步细分 加 载方 案与 图 2中加 载方 案一 样 并选择 与 图 2中相 同位 置 的顶 板 U 形 肋 焊缝 焊缝 I 和 U 形 肋 对 接 焊 缝 焊 缝 进 行 分 析 计算时将局部模型边界上 的节点均设置为 固定 约束 3焊 缝 疲劳应 力分 析 结果 3 1 有纵 向加 强桁 架钢 箱梁 的焊 缝疲 劳应 力 单轮轮载作用在 X一0时跨中钢箱梁段 的竖向 位移 即 Z方 向位 移场 见 图 6 图 中选择 的横 向加 载 工况 为工 况 E 和工 况 H 由图3 可 知 工 况E 荷 载 的 单位 m 图 5 无纵 向加 强桁架钢箱梁的局部有限元模型 Fi g 5 Lo c a l Fi ni t e El e men t M od e l for St e e l Bo x Gi r d e r wi t h ou t Lo ng i t u d i n al St i f f e n i ng Tr u s s 4 6 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 一 0 4 51 0 1 2 0 3 9 6 7 3l 一 0 3 4 2 4 5 0 2 8 8 l 6 9 0 2 3 3 8 87 0 4 2 3 8 7 l一 0 3 6 9 5 9 0 3 1 5 3 0 9 0 2 61 0 2 8 0 2 0 6 7 4 a 工况 E 一 0 4 5 l 9 7 9 0 3 9 7 4 7 8 0 3 4 2 9 7 8 0 2 8 8 4 7 7 0 2 3 3 97 6 0 4 2 4 7 2 9 0 3 7 0 2 2 8 0 3 l 5 7 2 7 0 2 61 2 2 7 0 2 0 6 7 2 b 工况 H 单位 m 图 6跨 中钢箱梁段的竖 向位移 Fi g 6 M i d s p a n Ve r t i c a l Di s p l a c e m e nt o f S t e e l Bo x Gi r d e r 3 4在纵 向加 强桁架 的左 边 1 4 在 纵 向加强桁 架 的 右边 而工况 H 的线 荷载 则分 布在 纵 向加 强桁 架 的 右边 从 图 6可 以看 出 2个 工 况 的 车轮 荷 载都 造 成 了正 交异性 钢桥 面板 的局 部 凹陷 具体 表现 为 从顺桥向来看 两者的凹陷区域都被 限制在跨 中钢 箱梁段范围之内 即两横隔板之间 可见单轮荷载对 桥 面板 的纵 向影 响范 围是 十分 有 限 的 从 横 桥 向来看 工 况 E的凹陷 区域 分 布 在纵 向加 强 桁 架两 侧 位 移 最 大 值 发 生 在纵 向加 强 桁 架 左 侧 工 况 H 的凹陷区域则全部分 布在纵向加强桁架的右侧 单 轮 荷载 的横 向影 响范 围约 3 4个 U 形肋 开 口间距 即 9 0 0 1 2 0 0 ram 可 见 单 轮 荷 载对 桥 面 板 的横 向影 响范 围亦十分 有 限 图 6的计算结 果说 明钢 箱梁焊 缝细 节的 受力状 态 现象具 有 显著 的局部 效应 因此 对 于本文 所选取 的 2种焊 缝 细节 选择 跨 中 1个 横 隔板 间 距 进行 加 载 即一1 7 5 1 7 5 m 加 载 时 对 于每 个 横 向加 载 工况 车 轮荷载 沿顺桥 向笔 直前进 记 录轮 载到达 不 同顺 桥 向位置 时焊缝 的应 力 得 到 了 图 7 a 所示 的应力 曲线 限于篇 幅 仅 在 图 7 a 给 出 了有 纵 向加 强桁 架 钢 箱梁 的焊缝 I 在 轮载 作用 下的应 力变 化 曲线 计 算 结果 表 明 对 于焊 缝 工 在 工况 B作 用 下 的应 力峰值为 9 3 MP a 为所有工况 的最大值 工况 E 的车轮中心线与焊缝 I横桥 向位置重合 其影响线 的峰值却仅为 7 7 MP a 这是因为纵向加强桁架增 大 了桥 面板 的局部 刚 度 即 使 车轮 荷 载 直接 作 用 在 焊缝 I的上方时 工况 E 其产生的应力峰值在所 有工况中并不是最大 对 于焊缝 应力峰值随 着 车轮 荷载 的右 移 而不 断 增 大 到 工 况 I 时 达 到 最 大 值 8 2 MP a 继而 又减小 曼 1 7 5一 1 2 5 0 7 5 0 2 5 0 2 5 0 7 5 1 2 5 1 7 5 X 方向作用位置 m a 有纵向加强桁架 X 方向作用位置 珥 b 无纵 向加 强桁架 图 7焊缝 I的应 力变化 曲线 Fi g 7 Cha n g i n g Cu r v e s of St r e s s o f W e l d i n g S e a m 1 3 2 无纵向加强桁架钢箱梁的焊缝疲劳应力 无纵向加强桁架钢箱梁的焊缝 工在沿顺桥向移 动轮载 作用 下 的应力变 化 曲线 见 图 7 b 图 中的竖 虚线表示钢箱梁的横隔板 计算结果表明 无论 是焊缝 I和焊缝 应 力变 化 曲线 的有 效 长度 均较 短 基本控制在钢箱梁跨 中两横隔板的距离之 内 这 说明钢箱梁正交异性钢桥面板焊接细节在车辆荷载 作用下的疲劳损伤问题具有极强 的局部效应 焊接 细节疲 劳应 力影 响线 的有效 长度 主要受 横 隔板间距 的影响 对于焊缝 工 在工况 E作用下 的影响线 应力峰值为 2 8 5 MP a 为所有工况 的最大值 这是 由于此 时 的 车轮 荷 载 中心 线 正 好 位 于 焊 缝 I的上 方 对于焊缝 其影响线 的应力峰值随着车轮 的右移 而不 断 增 大 到 工 况 H 时 达 到 最 大 值 3 7 6 MP a 继 而又 开始减 小 这一特 点 与有纵 向加 强桁架 钢 箱梁 相似 局部构造对钢箱梁关键 焊缝疲劳性能的影响分析 邓 扬 刘 扬 李爱群 4 7 4焊 缝疲 劳 性能对 比分析 4 1 应力 范 围 对上述应力曲线进行雨流计数口 可得轮载沿 顺 桥 向通 过桥 面时 所 产 生 的 应力 循 环 表 1给 出 了 雨 流计 数结 果 从 表 1可 以看 出 无 纵 向加 强桁 架 钢箱 梁关 键 位置 焊缝 的应 力 范 围要远 大 于有纵 向加 强桁架钢箱梁 的 如工况 E作用下 有纵 向加强桁 架钢箱梁焊缝 工的应力 范围仅为 3 1 MP a和 l O 7 MP a 而无纵向加强桁架钢箱梁 焊缝 工的应力范 围 则为 5 5 MP a和 3 3 0 MP a 同时 无 纵 向加 强 桁 架钢箱梁焊缝应力循环的数量也多于有纵向加强桁 架钢箱梁 有纵 向加强桁架钢箱梁焊缝 工的应力循 环数多为 1 2 个 而无纵 向加强桁架钢箱梁焊缝 工 的应力 循 环数则 多 为 2 3个 而 引起 这 一 差 异 的原 因应是 纵 向加 强桁 架增 加 了其 附近钢 箱 梁顶 板 的局 部 刚度 4 2 疲 劳 损伤 根 据 欧 洲 规 范 E u r o c o d e 3 1 提 供 的正 交 异 性 板 的 S N 曲线 同 时结合 P a l mg r e n Mi n e r 线 性损 伤累积理论 1 建立钢箱梁焊缝 细节 的疲劳损伤计 算公式 D 一 簪 1 s D L S t D D 式 中 为 常 幅 疲 劳 极 限 当 应 力 范 围 S 大 于 时 疲劳强 度系数 为 K 当应力 范 围 s 小于 时 疲劳强度 系数为 K 和 分别 为大于 和小于等于 的应力循环作用次数 对于本 文所 涉及 的顶 板 一U 形 肋 焊 缝 焊 缝 工 K 和 K 分 别 为 2 5 0 1 O n 和 3 4 7 1 0 对 于 U 形 肋 对 接 焊 缝 焊 缝 I I Kc和 K 分别 为 7 1 6 1 0 和 1 9 0 1 O 利用式 1 计算的焊缝疲劳损伤值见 图 8 从 图 8可 以看 出 1 无纵 向加 强桁 架 焊缝 的 疲 劳损 伤远 大于 有 纵 向加 强桁 架焊 缝 的 两者 相差在 2个数 量级 以上 1 0 4 1 0 6 疆 1 0 1 O I 1 0 坦1 0一 鬟1 0 12 i 0 1 4 1 0 1 6 l A B C D E F G H I J 工况编号 a 焊缝 I 固 有纵向加强桁架困 无纵向加强桁架 l A B C D E F G H I J 工况编号 b 焊缝 图 8 钢箱梁焊缝细节疲劳损伤 Fi g 8 Fa t i g u e Da m a g e s of W e l di ng S e a m De t a i l s of S t e e l Bo x Gi r de r 同时 不论是否有纵 向加强桁架 钢箱梁焊缝 工的疲 劳损伤要远大于焊缝 2 对于无纵 向加强桁 架焊缝 工 发生最大疲 劳损伤 的为工况 E 数值为 1 7 x 1 o 此时车轮荷 载 的中心线 正好 位 于焊缝 I的正上 方 对 于焊 缝 发生最大疲劳损伤的为工况 H 数值为 7 2 1 0 此时 轮荷 载 的中心 线也正 好位 于焊 缝 的正 上方 3 对于有纵向加强桁架 的焊缝 工 发生最 大 疲劳损伤的反而为工况 B 数值为 6 6 1 0 工况 E造成 的疲劳损伤略小 数值为 6 1 1 O 同时 在 工况 H 工况 I 和 工况 J作 用 下 的 疲 劳 损 伤 接 近 于 o 这 是 由于 这 3个 工况 的荷 载 均 位 于 纵 向加 强 桁架的右边 而焊缝 I则处于纵 向加强桁架 的左边 因此 这 3 个 工况 的荷 载基 本不 能影 响到 焊缝 I 4 对 于有纵 向加强桁 架的焊缝 其疲劳损 表 1钢箱梁焊缝的应力范 围 Ta b 1 S t r e s s Ra ng e s o f W e l di ng S e a ms o f St e e l Bo x Gi r de r 部位及应力范 围序号 不同工况下 的应力 范围 MP a 有纵 向加强桁架 焊缝 I 无纵 向加强桁架 有纵向加强桁架 焊缝 无纵 向加强桁架 3 00 5 L L 色 l 7 5 L 2 1 1 7 L 1 3 2 3 2 L 1 2 1 7 5 0 1 3 2 9 3 2 5 3 8 1 O 8 1 2 5 7 4 5 3 3 8 1 0 3 1 1 7 9 1 7 1 O 5 6 1 1 0 8 2 4 4 8 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 2 0 1 4 4 4 2 伤变化规律则与无纵 向加强桁架焊缝 较为类似 随着车轮荷载 的右移 疲劳损伤不 断增 大 至工况 H 时 达到最 大值 继而 疲劳损 伤开 始减小 5 结 论 1 研究表 明 有纵 向加 强 桁 架 钢 箱 梁关 键 焊 缝 的疲 劳性 能与 相 同位 置 的无 纵 向加强 桁架钢 箱梁 焊缝的疲劳性能存在明显区别 这是因为纵向加强 桁 架 增加 了附近 桥 面 的竖 向刚度 同 时也 改 变 了其 临近 焊缝 的疲劳 受力 状 态 这 一 局 部构 造 的差 异使 得有纵向加强桁架钢箱梁和无纵向加强桁架钢箱梁 关键 焊缝 的疲 劳性能 存在 较大差 异 2 分析 表 明 纵 向加 强桁 架 改 变 了钢 箱 梁 顶 板 一U 形 肋 对 接 焊 缝 的疲 劳 损 伤 规 律 对 于 无 纵 向加强桁架焊缝 当车轮荷载中心线正好作用在焊 缝正 上方 时 产 生 的疲 劳损 伤 最 大 而对 于有 纵 向 加强 桁架 的顶板 一U 形 肋 焊缝 由于 纵 向加 强 桁 架 的作用 当车轮荷载处于纵 向加强桁架的异侧时 不 会对 焊缝 产生疲 劳损 伤 3 计算结果表明 由于纵 向加强桁架极大地 增大 了其附近区域正交异性钢桥面的局部刚度 从 而使得有纵 向加强桁架的关键焊缝的疲劳应力范 围 和损 伤要远 小 于相 同位置 的无纵 向加 强桁架 关键 焊 缝 的值 参考 文献 R e f e r e n c e s E 1 E 2 3 3 2 4 w o l c h u c k R Le s s o n s f r o m W e l d Cr a c k s i n Or t h o t r o p i c De c k s o n Th r e e E u r o p e a n B r i d g e s E J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g AS CE 1 9 9 0 1 1 6 1 7 5 8 4 崔 冰 吴 冲 丁文俊 等 车辆轮迹 线位置对 钢桥 面板疲 劳应 力 幅 的影 响 J 建 筑 科学 与 工程 学 报 2 0 1 0 2 7 3 1 9 2 3 CUI B i n g WU Ch o n g DI NG W e n j u n e t a 1 I n f l u e nc e of Ac t i n g Po s i t i on o f Ve hi c l e W he e l Pa t h on Fa t i g u e S t r e s s Amp l i t u d e o f S t e e l D e c k P l a t e J J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d Ci v i l En g i n e e r i n g 2 0 1 0 2 7 3 19 23 i n Chi ne s e 陈斌 邵旭东 曹君辉 正交异 性钢桥面疲 劳开裂研 究 J 工程力学 2 0 1 2 2 9 1 2 1 7 0 1 7 4 CHEN Bi n SHAO Xu d o n g CAO J u n h u i S t u d y o n F a t i g u e Cr a c k i n g f o r Or t h o t r o p i c S t e e l Br i d g e De c k J E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s 2 0 1 2 2 9 1 2 1 7 0 1 7 4 i n Ch i n e s e Ya S Ya ma d a K F a t i g u e Du r a b i l i t y Ev a l u a t i o n o f Tr o u g h t o De c k P l a t e W e 1 d e d J o i n t o f Or t h o t r o p i c S t e e l D e c k l J S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g E a r t h q u a k e E n g i n e e r n g 2 0 0 8 2 5 2 3 3 4 6 E 5 O h C K Ho n g K J B a e D e t a 1 A n a l y t i c a l a n d E x p e r i me n t a l St ud i e s on Op t i ma l De t ai l s of Or t ho t r o pi c S t e e l D e c k s f o r L o n g S p a n B r i d g e s J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S t e e l S t r u c t u r e s 2 0 1 1 l 1 2 2 2 7 2 3 4 6 S i m H B Ua n g C M S t r e s s An a l y s i s a n d P a r a me t r i c S t u d y o n Fu l l S c a l e F a t i g u e Te s t s o f Ri b t o De c k W e l d e d J o i n t s i n S t e e l O r t h o t r o p i c De c k s J J o u r n a l o f B r i d g e En g i n e e r i n g AS C E 2 0 1 2 1 7 5 7 6 5 7 7 3 7 2 丁文俊 吴 冲 赵秋 横 隔板 间距对 钢桥 面板疲 劳应力幅 的影 响I J 公路 交通技 术 2 0 1 1 1 3 4 5 9 62 DI NG We n j u n WU Ch o n g ZHA0 Qi u I n f l u e n c e s of Spa c i ng Be t we e n Di a p hr a g ms on Fa t i gu e St r e s s Am p l i t u d e o f S t e e l B r i d g e D e c k s l J Te c h n o l o g y o f Hi g h wa y a nd Tr a ns p or t 2 011 1 3 4 5 9 62 i n Chi n e s e 8 DE NG Ya n g D I N G Yo u l i a n g L I Ai q u n F a t i g u e R e l i a b i l i t y As s e s s me n t f o r Br i d g e W e l d e d De t a i l s U s i n g L o n g Te r m Mo n i t o r i n g D a t a J S c i e n c e C h i n a Te c h n o l o g i c a l S c i e n c e 2 0 1 1 5 4 9 1 1 1 9 J T G D 6 0 2 0 0 4 公路桥涵设计 通用规范E s J TG D6 0 2 0 0 4 Ge n e r a l C o d e f o r De s i g n o f Hi g h wa y B r i d g e s a n d C u l v e r t s S 1 O R a j a s e k a r a n R No we l l D On t h e F i n i t e E l e m e n t A n a l y s i s o f C o n t a c t i n g B o d i e s Us i n g S u b mo d e l l i n g J J o u r n a l o f S t r a i n An a l y s i s f o r En g i n e e r i n g De