钢桥的疲劳分析

1、钢桥的疲劳分析钢桥的疲劳分析目目 录录五、正交异性钢桥面板的疲劳问题的五、正交异性钢桥面板的疲劳问题的讨论讨论四、钢桥抗疲劳的构造细节四、钢桥抗疲劳的构造细节三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法二、钢桥抗疲劳设计原理二、钢桥抗疲劳设计原理一、钢桥疲劳的基本概念一、钢桥疲劳的基本概念一、钢桥钢桥疲劳劳的基本概概念 疲劳破坏定义： 疲劳破坏是材料在低于强度极限的反复荷载作用下，由于缺陷局部微细裂纹的形成和发展直到最后发生脆性断裂的一种破坏。 疲劳破坏产生的原因: 钢桥在反复交变荷载作用下，先在其缺陷处生成一些极小的裂痕，此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂缝，试件截面削弱，而在裂纹根部出现应力

2、集中现象，使材料处于三向拉伸应力状态，塑性变形受到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。一、钢桥钢桥疲劳劳的基本概概念 疲劳破坏的过程 钢材疲劳破坏过程：裂纹形成裂纹扩展迅速断裂。 钢结构疲劳破坏过程：裂纹的扩展迅速断裂。（钢材内部结构不均匀和结构应力不均匀引起） 对比可知：由于实际构建的多重因素，使得钢结构的疲劳复杂化。 疲劳破坏和脆性断裂破坏的区别 都为脆性断裂，但疲劳裂纹出现到断裂有相当一段稳定发展期，承受着反复荷载，断口呈波纹状。 存在拉应力 疲劳破坏必要条件 应力反复 产生塑性变形一、钢桥钢桥疲劳劳的基本概概念 疲劳强度的影响因素 疲劳强度的主要

3、影响因素是材料、内部结构与外部因素等，而与钢材的静力强度无关（但与钢材的质量有关）。 钢材材性：钢材性能、构件尺寸、结构表面状况 结构构造：结构形式、构件连接形式和构造细节 应力幅值，应力循环特征值 外因 荷载循环次数 环境：接触疲劳、高温疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳，应力状态 疲劳强度的测定，主要是通过从小试件到大型构件实物疲劳试验，获得疲劳性能的真实数据，最终确定相应使用荷载环境下的强度。 内因一、钢桥钢桥疲劳劳的基本概概念 荷载疲劳、畸变疲劳 高周疲劳、低周疲劳 接触疲劳、微动磨损疲劳 腐蚀疲劳、热疲劳 随机疲劳、静疲劳低周疲劳 当每次荷载循环中材料经受的应变超出了弹性范围，发生疲劳破坏所对应

4、的循环次数相对较小，这就是低周疲劳。 疲劳的分类一、钢桥钢桥疲劳劳的基本概概念腐蚀疲劳 环境介质导致或加速疲劳裂纹的萌生或者扩展即称为腐蚀疲劳。热疲劳 在材料和结构中，由温度梯度和不均匀膨胀的循环变化产生的循环热应力和应变所导致的疲劳损伤。接触疲劳 构件在循环接触应力作用下，产生局部永久性累积损伤，经一定的循环次数后，接触表面产生麻点，浅层或深层剥落的过程。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理大特点是可以根据初始存在的裂纹来及确定断裂时所具有的剩余疲劳寿命，还可以判定初始裂纹在给定的应力状况下是否扩展，故对焊接结构的疲劳分析收到了良好的效果。2.2 2.2 疲劳应力

5、疲劳应力 疲劳荷载：桥梁结构在使用过程中所承受的车辆荷载、人群荷载、风荷载以及地震荷载等变化着的荷载。 疲劳应力：由疲劳荷载所引起的相应的应力。 把荷载和应力随时间变化的历程则分别称为荷载谱和应力谱。 最简单的应力谱是常幅的，与常幅相对的是变幅应力谱。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理2.6 2.6 疲劳极限疲劳极限 定义：一般情况下，交变应力

6、值越高，疲劳破坏时应力循环次数越低，疲劳寿命越短。疲劳寿命无穷大时的最大交变应力值称为疲劳极限，小于该交变应力区段的荷载也不会造成疲劳破坏，即所谓门坎值问题。2.7 荷载谱与应载谱与应力谱谱 2.7.12.7.1荷载谱荷载谱 和结构的静力设计不同，钢桥疲劳设计所采用的荷载不应是按最不利荷载情况采用强度设计时的标准活荷载，而应考虑采用经常作用的各种实际的车辆荷载，从而计算它们所引起的各种累积损伤。为此，需要研究活荷载的频谱值，也称荷载谱。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理 荷载谱定义：即是将设计基准期内桥梁构件所经历实际运营荷载（或运营荷载与标准活载的比值），按其大小及出现次数全部开列出来即为荷载

7、谱，也称活载频值谱。 荷载谱的制定，原则上应将设计基准期内通过桥梁的每一类车型按不同形状的影响线计算出相应的内力历程，然后再将所有的内力历程予以累计，就得到所需要的荷载谱。为表示方便起见，一般另外再用标准活载对同样的影响线计算出标准荷载所产生的内力，而营运荷载的大小则用营运活载的内力与标准活载的内力之比表示。 由此可见，荷载谱的形状随影响线的形状（长度、顶点位置等）、运量、车辆编组、车辆等因素而异。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理 当然，要将在设计基准期内（100年或120年）通过桥梁的每一列（组）车都按不同形状的影响线计算出相应的内力历程，这实在太繁琐了，既不必要，也不可能。由于一条线路上，

8、特别是铁路上通过的车辆还是有一定规律的，即便是公路，若通过一定的统计分析，仍可找到一些规律性的数据，因此，实际上可以将营运荷载用几种“典型列车编组”、或称“标准营业车”来代表。各典型列车或标准营业车出现的次数也根据与实际营运荷载等效的原则来确定。上述“典型列车编组”或“标准营业车组”用作疲劳验算时又称之为“疲劳车”。这样只计算“疲劳车”的内力历程并乘以其出现的累计次数，再总加起来，就可以得到所需要的荷载谱。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理2.7.22.7.2各国规范对疲劳荷载谱的规定各国规范对疲劳荷载谱的规定1 1 英国英国BS5400BS5400公路疲劳荷载谱公路疲劳荷载谱 由于英国的赛文桥

9、是世界上首个发现疲劳破坏的正交异性板钢桥，因此英国也是对桥梁疲劳早期进行研究的国家之一，而BS5400钢桥、混凝土桥及结合桥的第十篇疲劳设计实用规则也是各国疲劳荷载规范中最为深入和全面的。 BS5400中提出了两种疲劳荷载谱，分别为:标准荷载频值谱;标准疲劳车荷载谱。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理1.1标准荷载频值谱 标准荷载频值谱是在英国干线公路上所记录的不同类型的车辆以及其出现的频率，通过整理和归类所得出来的荷载谱。荷载谱中运营车的最小轴重为30kN，默认总重在30kN以下的车辆活载不会产生疲劳破坏效应。典型营业车的荷载频值谱如表 1所示。1.2标准疲劳车荷载谱 由于典型车辆标准荷载谱中

10、运营车辆较多，计算数据大，因此对不同的车辆型号对常遇到的影响线进行分析，得到不同车辆所造成的损伤度。经过分析发现，4A-H所造成的损伤度比例最大，因此，便以该型号为基础，提出了标准疲劳车。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理 标准疲劳车为一四轴单车，轴重均为80kN，总重为320kN。标准车示意图如图1、图2所示: 二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理2 2欧洲规范欧洲规范EC1EC1中所规定的疲劳疲劳荷载谱中所规定的疲劳疲劳荷载谱 欧洲疲劳规范了5种不同的疲劳荷载模型（Fatigue Load Modle,简称FLM），现将五种模型逐一列举出。 疲劳荷载模型一 该种疲劳荷载模型对集中荷载的折减系数为

11、0.7，均布荷载的系数为0.3。数为0.3。该种疲劳荷载模型经常需要进行修正，否则计算出来的结果会过于保守。采用此种疲劳荷载模型的最大应力以及最小应力值的确定，应当将以上荷载根据所计算桥梁的可能加载位置进行加载。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理 疲劳荷载模型二 疲劳荷载模型二采用一系列的理想加载车成，共有5种货车形式，加载车辆的轴数、轴距轴重以及车轮形式如表3所示。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理 疲劳荷载模型五 疲劳荷载模型五采用所记录的交通数据进行总结模拟，一种适用于所针对桥梁的疲劳荷载谱。这种方法最为准确。 五种疲劳模型所适用的的条件是不同的，规范中对疲劳

12、荷载模型的应用有如下的规定： (a)疲劳荷载模型一与疲劳荷载模型二主要用于确定在常幅疲劳荷载作用下，结构的疲劳寿命是否能够满足设计要求，而第一与第二类模型也只能用于钢结构，而不能用于其它材料的桥梁结构。并且，疲劳模型一包含了多车效应，相对于疲劳模型二更为保守。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理4 4我国学者对疲劳荷载谱的研究工作概述我国学者对疲劳荷载谱的研究工作概述 我国学者同济大学的童乐为教授与西南交通大学的任伟平博士也对公路荷载谱进行了研究，所采用的方法均为基于交通量的实测数据进行。不同的是，童乐为教授采用的是现场记录法，对上海

13、某桥梁的交通量进行记录，并利用统计方法得出了荷载频值谱，该荷载频值谱由6种典型的运营车组成。任伟平博士则是通过江苏、河南、山东、四川等地的公路WIM系统(动态车辆重量监测系统)数据进行统计，并针对不同桥型，提出了几种不同的标准疲劳车模型。以上两位学者的研究对今后我国疲劳荷载谱的完善工作具有重要的参考价值。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理2.7.3 2.7.3 应力谱与应力历程计算应力谱与应力历程计算 如前所述，荷载谱实际上是内力谱，故原则上只要将荷载谱乘上一些系数（如冲击系数、截面几何特征、反应实际应力与计算应力差异的构造系数等）就可以得到设计基准期内营运荷载所产生的按大小和出现次数开列的实际

14、应力集合，或称之为“应力谱”。 应力谱定义：由荷载谱产生构件的应力就叫做应力谱。 根据荷载谱计算产生应力历程，计算时须考虑动力的作用，即冲击系数的发大作用和校验系数等；也可以从实测得到应力历程然后根据应力历程，不同应力幅大小及次数的集合，即应力谱。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理 应力历程计算 如何统计应力历程中各应力幅的次数的两种方法。 1.雨流法 应力历程转动90度，假想雨水沿应力历程流动，由此统计各应力幅的数量，具体方法如下： （1）从古点开始流动的雨水到达峰点时竖直下滴，流到下层屋面并继续往下流，当流到某一层层面遇见一个来源于比本次谷点更低的谷点的雨水，则停止流动。同理，从峰点开始流动

15、的雨水到达谷点时竖直下滴，流到下一层面并继续往下流，当流到某一层面遇见一个来源于比本次峰点更高的峰点的雨水，则停止流动。二、钢桥钢桥抗疲劳设计劳设计原理 （2）任何情况下，在某一层层面流动的雨水遇见上一层面屋面流下的雨水，则停止流动。 （3）每次雨流的起点和终点作为半个应力循环。 2泄水法 泄水法统计应力历程个应力幅次数的计算原则 （1）镜像同样的应力历程图，对称于与竖坐标轴平行的对称轴，将两个最大峰值点5和5用水平虚线相连，把该虚线以下部分图形看作一个水池的横断面。 （2）选择最低的谷点泄水。如果有两个或更多相等的最低谷点，则可以选择任何一个谷点泄水，以水面到该谷点的泄水深度作为一次循环的应

16、力幅。 （3）对泄不出去的剩余水，重复第二步，直到水池的水全部泄完为止，并将每次泄水深度作为一次循环的应力幅。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法3.13.1抗疲劳设计的基本要求：抗疲劳设计的基本要求： 预测整个设计寿命期间完整的荷载序列-荷载谱； 计算荷载下结构应力状态； 绘制各类细部构造的疲劳曲线； 根据疲劳检算原则进行疲劳设计。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法3.23.2抗疲劳设计的一般方法抗疲劳设计的一般方法 抗疲劳设计方法一般可分为四大类： 无限寿命设计 此方法限制应力不超过常幅疲劳极限，保证构件永远不破坏，具有无限寿命。 安全寿命设计 此方法根据疲劳曲线下限和疲

17、劳荷载的上限来计算损伤。它提供了一个较保守的疲劳寿命估计，在使用寿命期内，无须对结构实施检测，故该法也成为有限寿命设计法。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法 损伤容许设计 此方法通过一个接一个检测环节监视疲劳裂纹增长，一旦疲劳裂纹达到一个预设尺寸，部分构件就要加以修补或更换。此方法适用于应用安全设计方法影响到结构的经济性或细部具有较高的裂纹开裂风险时。显然，此法将带来比安全寿命设计方法较高的结构失效风险。 依据实验设计 此法适用于从规范或其它资料中不可能得到必要的承载应力、疲劳强度或裂纹增长的数据时。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法3.33.3无限寿命设计无限寿命设计 无

18、限寿命设计方法的出发点是，构件在设计应力下能够长期安全使用。对于等幅循环应力，即应力幅和平均应力不随时间变化的稳定交变应力状态，无限寿命设计方法的强度条件是构件的工作应力等于或小于等幅疲劳极限。对于变幅循环应力，即随时间变化的不稳定交变应力状态，可按其最大应力幅小于构件的等效等幅疲劳极限强度的条件进行设计，见图9-13。按疲劳极限的定义，当构件的工作应力小于疲劳极限时，构件能够长期安全使用。 无限寿命设计方法在英国规范BS5400中的铁路桥疲劳验算中也称为简化法，它适用于对规范的构造细部级别并按标准荷载频谱受载的构件。按此方法设计，无需考虑构件的疲劳损伤度。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳

19、设计方法3.43.4安全寿命设计安全寿命设计 安全寿命设计方法是保证结构在一定使用期内不发生疲劳破坏，因此允许构件的工作应力超过疲劳极限，结构的重量可以比无限寿命设计方法为轻。目前国际上大都采用这种设计思想进行抗疲劳设计。 安全寿命设计方法是无限寿命设计方法的直接发展，二者的基本设计参数都是名义应力，其设计思想也大体相同，都是根据细部疲劳的S-N曲线进行设计，所不同的只是无限寿命设计方法使用的是S-N曲线的常幅水平部分，即等幅疲劳极限；而安全寿命设计方法使用的是S-N曲线的左支和考虑损伤累积所引起的疲劳强度下降，亦即有限寿命部分。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法 由于有限寿命的设计

20、应力一般高于疲劳极限，而S-N曲线斜线部分的疲劳寿命各不相同，故安全寿命设计方法不能再象无限寿命设计方法那样只验算最大应力不超过等幅疲劳极限即可，而需要按照一定的累积损伤理论估算总的疲劳损伤。目前在桥梁疲劳设计中都采用Palmgren-Miner提出的线性损伤累积理论。 预测的结构营运历程常采用加载序列和频率来表达，再分析潜在起裂处的应力历程，某些国家例如英国的BS5400规范，则可以通过典型车辆或列车的加载获得相应的应力谱。 采用安全寿命设计方法的条件是：构造细部的疲劳强度曲线必须已知，含潜在起裂处构件的制造质量要符合疲劳分级的定义。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳

21、设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法 对于一般性的变幅应力作用,必须象安全寿命设计方法一样计算应力谱,但必须至少拆成10个相同的序列,即每级应力幅的循环数至少分成10份。并将应力序列从大到小排列。对每级常幅应力循环,裂纹增长计算采用与应力比相应的裂纹增长曲线,见图9-17。若裂纹位于焊接区,除非残余应力确切已知,否则,应该采用在高应力比(=0.8)或常值应力强度因子下的裂纹增长曲线。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法

22、三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法3.63.6通过试验设计通过试验设计 如果不具备足够的疲劳强度或裂纹增长数据和受载历程不确切以及构造细部过于复杂等情况,则必须依据疲劳试验的结果进行抗疲劳设计。当然，通过试验来验算设计细部的疲劳强度,可作为上述设计方法的替代方案，但试验必须用完整的原型或构件中的细部部分,它的材料、细部尺寸和制造方法也应与原型相符合。三、钢桥抗疲劳设计方法三、钢桥抗疲劳设计方法3.73.7结论结论 以上讨论了钢桥抗疲劳设计理论的新发展,但在实际应用中还要注意以下几点: (1)安全寿命设计方法是以截面名义应力计算的,对于复杂结构必须采用有限元方法进行应力分析。 (2)在

23、设计中必须详细说明设计细节的制造质量要求,诸如连接不完善的界限值以及相应的探测方法和探测范围。 (3)在应用断裂力学方法计算疲劳寿命时,裂纹展模拟必须考虑到各种不利因素,比如残余应力、热影响区的材质变化等因素。 (4)在设计时必须考虑设计对象所处环境对疲劳强度的影响。 (5)对新的疲劳实验结果加以收集,供以后疲劳设计使用。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节4.14.1现代钢桥中典型的疲劳部位：现代钢桥中典型的疲劳部位： 斜拉桥索梁锚固区、 正交异性钢桥面板、 钢桁桥中横梁与选杆的连接、 管结构焊接节点以及拱桥短吊杆连接等等。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节4.1.14.1.1斜拉桥索梁锚

24、固区：斜拉桥索梁锚固区： 钢箱梁斜拉桥索梁锚固区域是斜索和钢梁的传，力连接构造, 由于结构形式所限, 该区域板件较多,构造复杂, 通常要产生非常明显的应力集中, 而且要直接承受因车辆荷载、风荷载等而产生的动力效应。 为保证这种结构的疲劳性能, 设计时需要注意以下问题: (1) 几何形状变化引起的应力集中; (2) 必须制定合理的焊接制造工艺, 特别是操作空间受限时应更加注意控制焊接质量; (3) 强制约束和面外变形等引起的次应力。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节4.1.24.1.2正交异性钢桥面板正交异性钢桥面板 正交异性钢桥面板以其独特的优点, 已成为世界上大、中跨径现代钢桥通常采用的桥

25、面结构形式。但是, 正交异性钢桥面板疲劳开裂的事例已在许多国家的钢桥中出现。 正交异性钢桥面板疲劳问题比较突出, 主要有以下几个方面: (1) 钢桥面板直接承受车辆轮荷载的反复作用; (2) 各部位应力影响线长度较短, 一辆车经过可能会产生多个应力循环; (3) 钢桥面板应力状况比较复杂, 并且交叉部位应力集中严重; (4) U肋与横隔板角焊缝以及许多现场拼接接头的焊接质量不易保证;(5) 关于钢桥面板构造细节的疲劳强度数据较少, 各国规范对此还没有明四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节确规定。 通过大量疲劳开裂实例和试验研究, 钢桥面板疲劳性能有如下几个方面需要注意: (1) 纵肋与盖板的焊

26、接(焊接方式、未焊透状况、纵肋腹板的加工方式等);(2) 纵肋与横梁的连接(该部位应力状况复杂, 尤其是横梁腹板, 本身处于二向应力状态, 孔和焊缝端部又产生应力集中, 还要受到纵肋挠曲变形引起的面外弯曲应力等); (3) 纵肋现场拼接(特别是全焊连接的疲劳性能取决于焊接技术、焊接质量以及焊接顺序等);(4) 横梁腹板与盖板的焊接等。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节4.1.34.1.3钢桁桥中横梁与弦杆腹板的连接钢桁桥中横梁与弦杆腹板的连接 钢桁桥中横梁与弦杆腹板的连接方式, 由于受载方式及面外变形等因素使该处的疲劳性能一直受到关注。对于采用焊接整体节点的大跨径钢桁梁, 与焊接整体节点密切

27、相关的焊接材料、焊接工艺、各种焊接接头、交叉焊缝以及杆件节点外拼接接头等细节的疲劳强度可能控制结构设计, 设计计算时应引起注意。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节4.1.44.1.4管结构焊接节点管结构焊接节点 现代管结构多采用主支管直接相贯焊接的节点构造型式。就空心管结构而言,由于支管的轴向刚度远远大于支管的径向刚度,支主管的相贯线成为整个结构的薄弱环节。该处不仅会出现很高的应力集中, 而且又存在有焊接缺陷和焊接残余拉应力。多种不利因素相叠加,使管节点对交变荷载的抵抗能力较低,疲劳裂纹往往起源于高应力区的初始缺陷处,常常在热点应力附近由表面裂纹扩展并穿透管壁,见图所示,逐步扩展而使节点破坏

28、,导致整个结构承载力的丧失。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节4.1.5 4.1.5 拱桥短吊杆拱桥短吊杆 拱桥中的短吊杆受力非常复杂。由于短吊杆线刚度较长吊杆大, 因此要承担更大的活载及制动力;同时由于在温度、制动力等水平荷载作用下,反复发生顺桥向的水平位移,上下两个锚点偏离铅垂线,形成很大的折角,锚点附近索段反复弯曲,容易发生疲劳破坏。此外,锚头附近吊杆护套损坏、钢丝锈蚀等不利因素也应予以考虑。此外,大量的研究表明,短吊杆比长吊杆的固有频率高。在同样荷载作用下，短吊杆比长吊杆受动荷载冲击影响要大得多,有时甚至是2倍以上,这会导致构件应力幅增大,对疲劳性能产生不利影响。四、钢桥钢桥抗疲劳劳

29、的构构造细节细节4.24.2提高钢桥焊接细节疲劳强度的方法：提高钢桥焊接细节疲劳强度的方法： 在焊接钢桥的设计和制造过程中，某些疲劳强度较低的细节有时难以避免，若采取增大构件断面降低其名义应力的方法，来确保其疲劳寿命，从技术和经济角度来看是不合适的，特别对于目前趋向使用高强度钢材的情况更是如此。因此采用一定的措施来提高这些焊接细节的疲劳性能对于现代焊接钢桥的进一步发展具有重要的经济意义。 近些年来，人们已经研究出了多种提高焊接细节疲劳寿命的方法，概括起来分为三类： 一是改善结构细节的几何形状，减小结构的几何应力集中（砂轮磨修、TIG重熔等）； 二是在容易产生裂纹缺口的位置预制残余压应力，或者消

30、除有不利影响的焊接残余拉应力（锤击、超声波冲击等）； 三是覆盖特殊涂层，防止腐蚀介质的不利影响（涂装油漆、复合材料等）。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节4.34.3防治焊接钢桥疲劳破坏的方法：防治焊接钢桥疲劳破坏的方法： 拉应力是应力腐蚀发生的主要条件之一, 控制和降低重要构造细节的拉应力是防止疲劳破坏的最有效措施。 构件间的连接尽量避免刚度突然变化, 以减少由几何形状所产生的应力集中。 避免高装配应力和残余应力, 减少冷加工,严格控制受拉构件的冷弯、冷剪工艺。 优先采用对接焊缝, 尽可能不用角焊缝。承受反复应力的焊缝宜采用连续焊缝。使焊缝(焊趾、焊根和焊缝端部) 位于低应力区, 使缺口效

31、应尽量分散。四、钢桥钢桥抗疲劳劳的构构造细节细节 尽可能不采用偏心连接, 避免不必要的附加应力。对部分构造细节, 经焊后处理可大幅度提高名义应力, 必要时可以采用。 在特别危险部位以螺栓接头、锻造连接件或铸造件替代焊接接头。 注意结构构造细节设计, 尽量避免连接件间存在缝隙, 消除易于造成水和污物聚集的死角, 以避免腐蚀和应力腐蚀。五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论5.1 5.1 前言前言 正交异性钢桥面板是一种由相互垂直的纵、横向加劲肋和面板焊接而成的钢桥面结构(见图1)。目前被广泛应用于国内、外诸多中大型公、铁路桥梁的建设中。相比混凝土桥面板，正交异性钢桥面板具有质量轻、

32、强度高、施工快捷等优点，不足之处是结构柔、变形大、易疲劳，其中易疲劳是正交异性钢桥面板设计中不可回避的重点问题之一。已成为大中跨度的的现代钢桥所通常采用的桥面结构形式，它的疲劳性能也格外令人关注。五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论 原因是： 钢桥面板疲劳开裂的事例已在许多国家的钢桥中出现； 钢桥面板直接承受车辆荷载的反复作用，各部位的应力影响线长度短，车辆引起的应力循环次数比一般部位要多； 钢桥面板的应力状况复杂，还有许多现场拼接接头、焊接质量不易保证等问题。五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论5.2 5.2 国内规范现状国内规范现状 我国正交异性钢桥面板的应

33、用起步较晚，但发展迅速。己采用正交异性钢桥面板的大跨度钢桥有肇庆北江大桥、塘沽海门大桥、安康汉江大桥、东营黄河大桥、虎门大桥、宜昌长江大桥、海沧大桥、江阴长江大桥、青马桥、武汉军山大桥、南京第二长江大桥、卢浦大桥、苏通大桥、武汉天兴洲公铁两用长江大桥等。对于正交异性钢桥面板的抗疲劳设计，在我国铁路、公路桥梁规范中均无相关规定，相关研究也鲜见。其设计有参照国外规范进行设计的，有自制标准进行设计的，无相对统一和固定的设计力一法，这导致我国桥梁正交异性钢桥面板抗疲劳设计不够系统和准确。五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论目前在国内已建成的正交异性钢桥面板桥梁中己观察到不同程度的疲劳裂

34、纹，正交异性钢桥面板的疲劳问题有待解决。 对于正交异性钢桥面板的抗疲劳设计，在我国目前无规范可依，参照何种标准对正交异性钢桥面板进行抗疲劳设计一直是我国桥梁工作者面临的一个问题。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，对美国公路桥梁设计规范（简称AASHTO)及欧洲规范3:钢结构设计（简称Eurocode3)中对公路桥梁正交异性钢桥面板抗疲劳设计的相关规定进行介绍，分别从疲劳荷载、疲劳细部分类及疲劳验算公式等三方面对两本规范进行对比，应用两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。五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题

35、劳问题的讨论讨论5.3.25.3.2疲劳细部分类疲劳细部分类 对于桥梁钢结构抗疲劳设计，AASHTO和Eurocode3均是着眼于细节构造，对易发生疲劳破坏的细节构造(称为疲劳细部)进行疲劳评定、统计、归类并分级，试验确定其S-N曲线以指导设计。实际桥梁资料表明，正交异性钢桥面板的疲劳主要产生在以下几个区域的构造细部:纵肋与顶板的连接焊缝区、纵肋与横肋(梁)的连接焊缝区、纵肋对接焊缝区及顶板工地对接焊缝区等。 对AASHTO、Eurocode3中正交异性钢桥面板的疲劳细部分类进行详细的统计、归类并对比后得出:AASHTO、Eurocode3对正交异性钢桥面板的疲劳细部分类基本一致，不但考虑了构造差异，而且考虑了焊接及加五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论五、正交异异性钢桥钢桥面板的疲劳问题劳问题的讨论讨论五、正交异异性钢