波形钢腹板组合箱梁疲劳性能试验与理论分析_图文

1、 第 期 彭 鲲 ， 等： 波 形 钢 腹 板 组 合 箱 梁 疲劳 性能 试验 与 理 论 分析 得到波形钢腹板梁 对 表 的 数 据 进 行 拟 合 ， 可表示为 曲线的经验公式 ， （ （ （ ） ） ） ） 将式 （ 与表 进行比较可知 ， 波形钢腹板梁在 结构类别的 类与 类之间 ， 略高于 类。 中系数 。 ） ） 将式 （ 代入式 （ 后可得 ） （ （ × （ ） 槡 ） 槡 应力集中系数 可表示为 烌 （ ） 烍 （ （ ） ） 烎 式中 ： 为焊趾 的 角 度 ； 为 腹 板 波 折 角 度。 本 文 中 ， 试验梁所采用的波折角 为 计算得应力集中系 °

2、; （ ） 断裂力学分析 大量 焊 接 钢 桥 疲 劳 破 坏 实 例 表 明 ， 疲劳裂纹均 起源于细节中存在初始缺陷的地方 。 疲劳裂纹寿命 主要包含 个部分 ： 指细节在循环 裂纹萌生阶段 ， 荷载作用下形成 大 小 的 裂 纹 ； 裂纹扩展阶段 ， 即裂纹从萌生发展到临界裂纹大小 。 对于钢桥焊接细节 来 说 ， 由于制造工艺精度要求的 焊接细节处一般均会存在较大的初始缺陷 限制 ， （ ， 因此认为其均不存在裂纹萌生阶 ） 即钢桥 细 节 的 疲 劳 寿 命 仅 包 含 裂 纹 扩 展 阶 段 。 段， 使用断裂力学进行疲劳寿命评估的关键工作就是研 究存在初始缺陷条件下的疲劳裂纹扩展

3、规律及疲劳 。 裂纹扩展寿命计算模型 指出构件疲 劳 寿 命 主 要 与 材 料 裂 纹 等 的形成与扩展过程 及 应 力 集 中 程 度 有 关 ， 并提出了 数 为 。 参考不同文献中 与 的关 系 目 前 没 有 定 论 ， 的取值 ， 等 指出 （ ） ） ， （ ） ， ） 综合式 （ 对式 （ 积分后两边求对数得 （ ） （ （ ） ） 根据文献 可知 （ （ （ ） ） ） （ （ （ ） ） ） ） 对比式 （ 与 表 可 知， 波形钢腹板梁 ） （ 略高于 类。 落在结构类别的 类与 类间 ， 著名的疲劳寿命计算公式 ， 即 （ ） 式中 ： 为疲 劳 寿 命 ； 为 应 力

4、 强 度 因 子 幅 度； 为裂缝深度 ； 取 ； 为裂缝的初始深度 ， 为裂缝的最终 深 度 ， 取 钢 板 厚 度； ， 为与材料有 ， 关的参数 ， 根据文献 取 × 。 提出常 幅 荷 载 钢 材 疲 劳 损 伤 裂 缝 曲线的试验结果对比 依据 准 则 ， 则 可 根 据 以 上 所 得 曲线 结果 分 析 见 表 ， 总 计算本次试验梁的疲劳寿命 ， ； 累积损伤结果见表 。 表 试验梁第 级疲劳荷载损伤计算 曲线 ） 式（ ） 式（ ） 式（ ） 式（ 平均值 尖端的应力集中幅度计算式为 （ ） 槡 对于波形钢腹板钢梁结构 ， 等 基于 大 量的试验 研 究 进 一 步

5、 将 应 力 集 中 系 数 的 计 算 具 体 化， 表达式为 （ ） 槡 式中 ： 自由表面 、 有 ， ， ， 分别为裂纹形状 、 限板宽 、 非 均 匀 应 力 修 正 系 数， 根据文献 可表 示为 万次 万次 注： 循环次 ， 分 别 为 第 级 荷 载 作 用 下 的 应 力 幅 、 ， ， 数、 疲劳寿命 、 损伤值 。 表 试验梁第 级疲劳荷载损伤计算 曲线 ） 式（ ） 式（ 万次 万次 ） （ 烌 槡 烍 （ ） ） 式（ ） 式（ 平均值 烎 式中 ： 为 焊 趾 处 椭 圆 微 裂 缝 半 长 度； 为 应 力 集 注： 循环次 ， 分 别 为 第 级 荷 载 作 用

6、 下 的 应 力 幅 、 ， ， 数、 疲劳寿命 、 损伤值 。 表 中 国 公 路 学 报 年 试验梁 级疲劳荷载总累积损伤 板抗剪连接件钢盖 板 最 先 开 裂 ， 裂缝部位在波形钢 腹板平行折板与斜 折 板 的 交 接 处 ， 该处轴向刚度的 突变引起应力集中 ， 最终导致疲劳破坏 。 （ ） 采用翼缘型 连 接 件 的 波 形 钢 腹 板 组 合 箱 梁 的腹板及钢盖板的应力状态与波形钢腹板钢梁具有 一致性 。 （ ） 采用试验数 据 拟 合 曲 线 和 用 断 裂 力 学 推 导 的 其结果与 曲线计算组合箱梁的疲劳损伤时 ， 试验值较接近 ， 但偏于不安全 ， 必须进行修正 。 （

7、 ） 修正 后 得 到 的 波 形 钢 腹 板 梁 的 曲 线， 与试验结果比较吻 合 ， 对于波形钢腹板组合箱梁疲 劳计算比较适用 。 ） （ 对于波形钢腹板组合箱梁的设计 ， 在有限疲 劳寿命设计计算中建议偏安全的采用 中 的 类标准 。 （ ） 本文中研究 了 采 用 翼 缘 形 连 接 件 的 波 形 钢 但对于采用 腹板组合箱梁的疲 劳 特 性 及 计 算 模 式 ， 嵌入型连接件的波形钢腹板组合箱梁的疲劳特性有 待进一步研究 。 参考文献 ： 曲线 ） 式（ ） 式（ ） 式（ ） 式（ 平均值 为 级疲劳荷载总累积 损伤值 。 注： 从总损伤值来看 ， 结 果 与 准 则 时 破

8、 其中最大值为 误差为 坏的假定接近 ， ， ， 最小值为 误差为 结果表明波形钢腹 ， ； 板工 形 钢 梁 的 曲线计算翼缘形钢盖板连接件 的波形钢腹板组合 箱 梁 损 伤 值 时 ， 与试验值吻合较 好 。 无论是试验数据拟合曲线还是用断裂力学推导 的 用 来 计 算 组 合 箱 梁 的 损 伤 时， 其损伤 曲 线， 结 果 是 偏 于 不 安 全 的。 其 主 要 原 因 在 皆小于 ， 于组合箱梁钢翼缘 板 受 到 了 混 凝 土 的 约 束 ， 相对波 形钢腹板 钢 梁 而 言 腹 板 转 折 处 应 力 集 中 效 应 更 明 疲劳问题也 更 突 出 。 建 议 对 应 力 集

9、 中 系 数 进 行 显， ） 修正 ， 将式 （ 修正为 （ ） 笔者根据试验结果和有限元计 为修正 系 数 ， ： ， （ ） ： ， ， ， ， ： ， ， ： ， （ ） ： ， ， ， ： ， （ ） ： ， ， ， ： ， （ ） ： ， ， ， ， ， ： ， （ ） 算对比分析取 则 ， ） ） 从而 ， 式（ 变为 （ （ （ ） ） （ （ ） ） （ ） （ ） （ ） （ （ （ ） ） ） 应力集中系 数 修 正 后 ， 式（ 计算 ） ） （ 试验梁损伤总值 分别为 计算结 ， ， ， 果偏于安全 。 通过 以 上 试 验 与 理 论 分 析 可 知 ， 波形钢腹板

10、组 合箱梁的 曲 线 总 体 上 位 于 分类标 准中的 类与 类之间 ， 略高于 类 。 考虑到波形 钢腹板的加工及焊 接 阶 段 形 成 的 初 始 缺 陷 ， 同时鉴 于相同结构的疲劳 试 验 资 料 有 限 ， 试验数据难免出 现一定的离散和偏差 ， 建议在具体工程设计时 ， 可偏 安全地采用 分类标准中的 类低位值进 行设计 ， 此时相应的 曲线为 （ （ ） ） （ ） 结 语 （ ） 波形钢腹板组合箱梁在疲劳破坏过程中 ， 底 第 期 彭 鲲 ， 等： 波 形 钢 腹 板 组 合 箱 梁 疲劳 性能 试验 与 理 论 分析 波形钢腹板组合梁桥疲劳性能参数研究 刘晓 娣 西安 ：

11、长安大学 ， ： ， 杨丽 波纹钢腹板组合箱梁疲劳性能研究 西 安： 长安大学 ， ： ， 周绪红 ， 林新 元 ， 谭 冬 莲， 等 波纹钢腹板组合箱梁疲 （ ） ： 劳试验 中国公路学报 ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ： 任伟平 焊接钢桥结构细节疲劳行为分析及寿命 评 估 成都 ： 西南交通大学 ， ： ， ， ， （ ） ： ， ： ： ， ， ， ， ： ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， ： ， （ ， 上接第 页） （ ） ： 起重运输机械 ， 劳寿命 ， ， （ ） ： 聂建国 基于断裂力学的组合梁栓钉疲劳性 王宇航 ， ： 清 华 大 学 学 报： 自 然 科 学 版， 能 ，