钢桥腹板间隙面外变形疲劳应力分析
正交异性钢桥面板典型疲劳裂纹分类及其原因分析
用 的 汽 车 活 载 ， 别 是 超 载 车 辆 ， 因是 构 造 细 节本 身 （ 特 内 包括 制 造 因素 的 影 响 ） 内外 因 的共 同作 用 使 得 在 关键 构 造 ，
细 节 处 产 生较 大 的循 环 应 力 集 中 ， 而 萌 生 裂 纹 。 从 关键 词 ： 交异 性 铜 桥 面 板 ； 劳 裂纹 ； 类 ； 因分 析 正 疲 分 原
ｔ ｅ ｔｃ ｌｓ ｉｆ ｎ ｒ ｏ ｅ ａ ｅ ａ ｃ ． Ｓｏ ｆ ｒ，ｔ ｏ ａ ｅ ａ ｈ ａ ｇｅ ｔｎｕｍ ｂ ｒｏｆｃ ａ ｋｓ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｓ ｈｅ ｖ ｒｉａ ｔｆｅ ｅ ｆｗ ｂ ｐｌｔ ｎｄ ｄｅ ｋ ａ ｈｅ ｆ ｕｒｐｌｃ ｓ ｈ ｖｅｔ ｅ ｌ ｒ ｓ ｅ ｒｃ ． ｅ ｒ ａ ｏｎ ｏ ａ ｉ ｅ ｃ ａ ｋ ｉ ｌ ｅ ｘ ｅ ｎ ｌ ａｕ ｅ ｆｆ ｔｇｕ ｒ ｃ ｓ ｎｃｕｄ ｅ ｔ ｒ ａ ｃ ｓ ｓ， ｎ ｍ ｅ ｙ ｒ ｐｅ ｔ ｄ ｖｅ ｃ ｅ ｏ ｄｓ， ｅ ｐ ｃａ ｌ ｏ ｅ ｌ ａ ｖ ｈｉｌ ａｎ ｉ ｅ ｎ ｌ ａ ｌ ｅ ａ ｅ ｈｉｌ ｌａ ｓ ｅ ｉｌｙ ｖ ｒｏ ｄ ｅ ｃｅ， ｄ ｎｔｒ ａ ｃｕｅ ａ ｓ ｓ，ｔ ｔｉ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｌ ｅ ａｌ ｉ ｃｕｄｉ ｆ ｂｒｃ ｔｏｎ ｆ ｃ ｏｒ Ｂｅ ａ ｅ ｏｆｔ ｏｍ ｂｉ ｄ ｃ ｉｎ ｏｆｔ ｗ ｏ ｋｉ ｓ ｆ ｈａ ｓ ｔ ｕ ｔ ａ ｄ ｔ ｉ， ｎ ｌ ｎｇ ａ ｉａ ｉ ａ ｔ ． ｃ ｕｓ ｈｅ ｃ ｎｅ ａ ｔｏ ｈｅ ｔ ｎｄ ｏ ｒａ ｏ ｅ ｓ ｎｓ，ｃ ｃｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ｅ ｒ ｔｏ ｃ ｕｒ ｙ ｌ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎｃ ｎｔ ａ ｉｎ ｏ ｃ ｓ，ｔ ｅ ｅ ｎｉｉｔ ｓ ｆ ｔｇｕ ｒ ｃ ｈ ｒ ｂｙ ｉ ｔａ ｅ ａ ｉ ｅ ｃ ａ ｋ，ｉ ｏ ｅ ｃ ｉｉａ ｔｕｃ ｕ ａｌｄｅａ ｌ． ｎ ｓ ｍ ｒｔｃ ｌｓｒ ｔ ｒ ｔ ｉｓ ＫＥＹ Ｏ ＲＤＳ： ｔ ｏｔｏ ｃ ｓ ｅ １ｄｅ ｋ； ｆ ｉ ｅ ｃ ａ ｋｓ；ｃａ ｓｆｃ ｔｏｎ；ｒ ａ ｏ Ｗ ｏｒ ｈ ｒ ｐｉ ｔ ｅ ｃ ａｔｇｕ ｒ ｃ ｌｓ ｉｉａ ｉ ｅ ｓ ｎｓ
运用有限元法分析钢桥面受力疲劳破坏机理
运用有限元法分析钢桥面受力疲劳破坏机理摘要本文以南京长江三桥为实例，运用新的有限元法对大跨径钢桥面进行受力分析，验证了钢桥面铺装层的最大横向拉应力出现在横隔板附近的梯形加劲肋肋顶和纵隔板顶区域，最大纵向拉应力出现在横隔板顶部的结论。
因此，横隔板附近容易同时出现纵向和横向裂缝，纵隔板顶部易产生纵向裂缝，从而导致桥面疲劳破坏，为下一步开展桥面铺装层疲劳性能试验及影响因素研究奠定了基础。
关键词钢桥面铺装，有限元，应力正文1.1课题的研究背景随着我国高等级公路大规模兴建的同时，大跨径桥梁也进入建设高潮。
其中一个共同的特点是，这些大跨径桥梁的主桥普遍采用了钢箱梁结构，这与以往采用的水泥混凝土桥梁结构有着很大的不同。
通过调查，近些年来，钢桥面相继出现鼓包、开裂尤其是H 型结构性开裂病害（沿纵、横向加劲肋顶部开裂）等疲劳破坏，给桥梁运营安全带来了极大的隐患。
这就需要我们结合钢桥面铺装层的特点，对桥面疲劳破坏的机理进行研究分析，进而采取对应的控制措施。
1.2钢桥面受力机理与水泥混凝土桥面铺装不同，钢桥面铺装层直接铺设在正交异性钢桥面上，由于正交异性钢桥面板由钢面板、纵肋、横隔板、纵隔板组成，因其受力作用复杂，铺装层铺筑在正交异性板上，共同承受外载作用，因此，在分析铺装层的受力变形时，需将铺装层与正交异性板结构作为一个整体进行分析。
2. 南京长江三桥桥面铺装有限元受力分析钢桥面铺装层由于钢板加劲肋的作用，使其在加劲肋侧肋顶部附近产生明显的应力集中现象，用梁、板等理论都不能准确地计算出铺装层内部的最大控制应力值以及力学特性，南京长江三桥是我国首次采用环氧铺装的大型钢桥，至今使用时间最长，出现一定程度的早期损坏，本节从南京长江三桥出发，用有限元研究钢桥面的受力特点。
图2-1 正交异性钢桥面板2.1铺装层内部的最大拉应力（拉应变）铺装层开裂破坏是钢桥面铺装常见的一种破坏类型，铺装层最大拉应力与拉应变是控制铺装层开裂破坏的重要设计指标，分析其分布变化规律可以了解铺装层开裂破坏的特性以采取有效的防范措施。
钢桥面板U肋与横隔板焊缝疲劳特性分析
钢桥面板U肋与横隔板焊缝疲劳特性分析正交异性钢桥面板广泛应用于中大跨度桥梁结构,但这种桥面板结构构造复杂,焊接易造成应力集中,在局部车轮荷载的往复作用下,构造细节处易疲劳开裂。
本文以最易萌生和开展疲劳裂纹的细节—U肋与横隔板连接处为研究对象,对正交异性钢桥面板疲劳开裂问题进行了深入研究。
主要工作和结论如下:(1)对U肋与横隔板连接处疲劳裂纹失效现象进行了分析,分析表明:影响关注细节疲劳性能的变形作用主要包括横隔板面外及面内变形以及U肋的畸变。
(2)以武汉青山长江大桥疲劳试验研究项目为依托,建立有限元模型,沿横向和纵向变换轮载加载位置,分析轮载作用下U肋与横隔板连接处应力分布与组成情况。
分析结果表明:U肋一侧腹板正上方为横向最不利位置,关注细节处的应力对轮载的横向位置较为敏感。
横隔板以面内受力为主,面外弯曲作用很小,而U肋腹板同时受面内外变形及畸变的共同作用。
(3)调研表明U肋与横隔板连接处主要存在四类常见裂纹,从常见疲劳裂纹角度出发,确定了各破坏模式下决定裂纹萌生和扩展的控制应力,并对各控制应力做了相应的对比分析。
分析结果表明:对于开孔自由边的C1裂纹,控制应力为孔自由边的切向应力,对于U肋与横隔板焊缝端部的C2和C3裂纹,控制应力分别为U肋腹板外表面的竖向拉应力和纵向拉应力,前者在数值上为后者的2~3.9倍,C2裂纹出现的可能性大于C3裂纹。
(4)针对U肋与横隔板连接处的应力组成情况,以常见裂纹控制应力值为对比指标,对关注细节处构造做了相应的优化和分析,优化措施包括增设U肋内加劲构造和采用横隔板不同开孔形式。
分析结果表明:内部加劲肋构造形式优化效果最佳,而6类开孔形式中,孔型4疲劳性能较好。
文中还研究了顶板厚度、横隔板厚度、U肋厚度对U肋与横隔板连接处疲劳性能的影响,并推荐了相对较优的板件厚度。
钢桥腹板缝隙区域疲劳应力敏感性有限元分析探究
文章编号：1001－7291（2020）03－0125－04文献标识码：B钢桥腹板缝隙区域疲劳应力敏感性有限元分析探究杨晓红（新疆交通规划勘察设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）摘要：有限元模拟分析简述；腹板缝隙区域应力分布一般规律；腹板缝隙区域平面形变影响要素敏感性分析。
参考典型腹板钢桥的工程实用数据，基于敏感性分析法，借助高可靠性的An-sys有限元工程模拟分析系统，重点围绕最大范式等效应力、最大平面移位量等重要参数，对钢桥腹板缝隙区域疲劳应力敏感性状态开展有限元数理模拟计算分析，探究钢桥腹板缝隙部位的受力和形变情况，助力建设安全牢固的腹板钢桥工程。
关键词：钢桥腹板；缝隙区域；疲劳应力；敏感性；有限元；模拟计算；分析探究1有限元模拟分析简述ANSYS软件是当前颇受业界人士认可与青睐的一款有限元分析（FEA）软件，同时也是国内外进展最快的计算机辅助设计工程（CAE）软件。
由于它能与国内当前使用的大部分计算机辅助设计（CAD）软件相兼容，既可轻松完成数据交换，还提高了工作效率。
它是集多重功能优势为一身的大规模有限元分析软件，凭借强大的电场、磁场等各场景的分析功能，实现了在国防军事、铁路、岩土工程等多领域的规模化普及与广泛使用。
ANSYS凭借操作简单、功能强大等显著优势受到了全球各国使用者的青睐与欢迎。
从它诞生之日起到现在，在FEA中的榜首位置就一直没有被撼动过。
ANSYSWorkbench是近期推出的一款协作仿真条件，同样它也由美国知名厂商ANSYS独自研发而成。
通过搭建模拟的产品开发环境，形成了一套融合多种主流技术方案的完善CAE技术仿真系统环境。
ANSYS-Workbench的适用范围非常广，可对压电、动力学、声场等进行全面且可靠的有限元分析。
出于腹板缝隙岀平面形变影响要素的综合考量，决定对静力单元进行分析。
从实际出发，钢桥腹板缝隙部位采用的材料具有明显的线弹塑性，因此在构建相匹配的有限元模型时，不仅要保证应力与应变间的关系满足胡克定律，还要处于线性阶段。
公路钢桥腹板出平面疲劳细节分析
公路钢桥腹板出平面疲劳细节分析近几年钢桥的修建数量呈爆发性增长, 钢桥因疲劳破坏造成的人员伤亡和经济损失引起了桥梁界的广泛重视。
我国相关的桥梁标准中对疲劳细节的分类仍不够精确,很多新型的构造形式仍没有具体的疲劳验算模型, 缺少实验数据支撑,所以对钢桥中各个疲劳细节的研究具有很重大的意义。
钢桥发生疲劳破坏主要由承受的荷载和面外变形造成, 荷载疲劳领域现在国内外研究数据较丰富, 具有成熟的疲劳设计体系; 而面外变形造成的疲劳破坏那么因为与不同构造的疲劳细节受力形式相关, 需要对钢桥中各个部位进行精确的疲劳应力研究才能对其进行分类, 所以需要大量研究数据作为依据。
因为考虑到翼缘板受较大拉力易产生横向裂纹, 故在横向连接板与翼缘处留有一小间隙区域, 而本文研究的腹板出平面疲劳细节正是位于钢桥主梁腹板与横向连接板端部的小间隙区域位置,在该区域产生的面外变形在实际的钢桥设计中, 不能做到完全防止, 且产生的疲劳裂纹局部位于主梁腹板上, 直接影响钢桥整体的疲劳强度。
本文首先对钢桥腹板出平面疲劳细节进行描述, 分析了小间隙区域在实际中承受随机车辆荷载作用时,其应力变化的形式以及疲劳裂纹的延伸走向, 然后介绍了本文研究涉及的荷载谱与应力谱、雨流计数法、疲劳强度曲线和疲劳损伤累积准那么等理论知识。
在总结国内外相关的疲劳荷载车模型后, 针对西南地区的车辆荷载特点, 利用疲劳损伤累积准那么推出一个等效损伤后的简化标准疲劳车模型。
通过有限元计算结果发现越靠近高应力点区域, 应力变化梯度越大, 沿主梁纵向分析各点有限元应力数据, 发现纵向应力变化范围大于竖向应力变化范围, 说明高应力点附近U 型裂缝延伸范围大于水平裂缝。
在对钢桥的腹板出平面疲劳细节进行优化分析中，采用大型有限元软件ANSYSg拟某小型钢桥进行计算，讨论了横梁的设置、腹板与加劲肋连接处不设置倒角、主梁下翼缘与加劲肋焊接、腹板高度、腹板厚度、小间隙高度、加劲肋厚度、加劲肋宽度等细部构造对腹板间隙处面外变形疲劳性能的影响效果。
钢桥疲劳分析
2007.02
北京 迈达斯技术有限公司
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Advanced Nonlinear and Detail Analysis
钢桥 疲劳分析
8. 平均应力效应（Mean Stress Effect）
Su: Ultimate tensile strength
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Se: Fully reversed fatigue strength
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钢桥 疲劳分析
3. S-N 曲线
抗疲劳的特性可以用S-N曲线来代表。S-N曲线用钢材在常幅应力下的重复次 数来表示。 抗疲劳破坏的特性直接与应力幅值相关。 画出应力幅S与疲劳重复次数Nf的相关曲线叫做S-N曲线。 施加荷载是常幅荷载。
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加载循环次数
2007.02
在本案例中，考虑了汽车荷载匀速通过桥面一次的加载， 计算损伤度。用户可以根据实际要考虑的时间区段内， 模型车通过的次数，循环加载计算该时间段内的损伤度。
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汽车荷载是按照BS5400规范中的320kN、4轴标准疲劳车加载的。并且，按照BS5400规范要求， 单车道加载。加载位置，考虑到正交异性钢桥面板疲劳薄弱处多为桥面板与横隔板连接处、U型肋 与横隔板连接处等，本案例的加载位置选择跨中横隔板弯矩最大的影响线加载。
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钢桥疲劳分析
Stress 0
Typical curve for concrete steel reinforcement
Rod
Stress range
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S-N 曲线
钢桥疲劳分析
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2. 分析步骤
钢桥疲劳分析
1) 首先做结构静力分析确定最大和最小应力的绝对值或者计算von Mises 应力，从而获得应力幅。 2) 当作用应力为变幅时，使用可将各应力幅组成起来的雨流计数法(Rain flow counting)和S-N曲 线计算。
Fatigue damage = 0.9 means: 1,000 load cycles can be applied before fatigue failure.
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5. 疲劳分析
钢桥疲劳分析
BS 5400中，对钢桥不同构造细节分为9个等级。在本案例中，主要分析U型肋与横隔板相接处的疲
劳效应。该部位为BS5400规范c细节分级。将对应等级参数从表格中选取带入S-N曲线方程式中， 得到该分级的疲劳曲线。
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钢桥的疲劳分析范文
钢桥的疲劳分析范文引言：钢桥是一种重要的交通基础设施，承担着车辆和行人的通行。
长期以来，由于交通流量的增加和重载车辆的增多，钢桥疲劳已成为桥梁设计和维护的重要问题。
本文将对钢桥的疲劳问题进行分析，探讨其原因、影响因素以及相应的解决方案。
一、疲劳问题的原因1.动力因素：钢桥在承受车辆荷载的同时还要面对自身的自重和震动荷载。
长期以来，车辆荷载和震动荷载的频繁作用会导致钢桥的材料疲劳，进而导致桥梁的损坏和断裂。
2.环境因素：钢桥承受了来自自然环境的多种因素的影响，如气候变化、温度差异和湿度等。
这些因素会导致桥梁材料的膨胀和收缩，从而产生内部应变，加速钢桥的疲劳破坏。
3.施工因素：钢桥的施工质量将直接影响其使用寿命和疲劳性能。
如果施工质量不达标，如焊接不牢固、连接部位强度不足等，将使钢桥易受疲劳破坏。
二、疲劳破坏的影响因素1.轴重：车辆荷载是引起桥梁疲劳破坏最主要的因素之一、大型重型车辆以及超限荷载的频繁通行将极大地加速钢桥的疲劳损伤。
2.荷载频率：荷载频率指的是钢桥受到车辆荷载的作用频率。
频繁通行以及车流量大的地区会导致高频率的荷载作用，进而加速疲劳破坏的发生。
3.震动荷载：震动荷载是指由于地震、强风和行人等外来因素引起的钢桥振动荷载。
频繁的震动荷载会对钢桥产生影响，从而影响其疲劳性能。
4.桥梁结构设计：桥梁的结构设计将直接影响其抗疲劳能力。
合理的结构设计可以减少桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。
三、疲劳分析和解决方案1.疲劳分析方法：采用有限元方法对钢桥进行疲劳分析，模拟不同荷载条件下的桥梁应力分布。
通过数值计算和模拟试验，对桥梁的疲劳性能进行评估，找出潜在的疲劳破坏部位。
2.组织检测和监测：通过常规的检测方法，如无损检测和应力监测，定期对钢桥进行结构健康检测。
及时发现和修补疲劳破坏的部位，可以提高钢桥的抗疲劳性能。
3.结构优化：通过改进桥梁结构的材料和几何形状，降低桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。
采用较短的跨度和更好的材料可以有效地提高桥梁的抗疲劳能力。
钢桥面板疲劳裂纹与维修对策
钢桥面板疲劳裂纹与维修对策钢桥面板多使用于悬索桥或斜拉桥等长大桥梁，在使用过程中桥面板（尤其焊接部分）较易产生疲劳裂纹。
文章从钢桥面板的疲劳裂纹类型、相应维修方法、检测技术和桥面铺装等方面全面介绍了日本相关的经验及最新技术，为中国今后钢桥面养护提供参考。
标签：钢桥面；疲劳裂缝；维修；日本经验技术Abstract：Steel bridge panels are mostly used in long bridges such as suspension bridges or cable-stayed bridges. In the process of the use of it，the deck slab （especially the welded part）is easy to produce fatigue cracks. This paper introduces the relevant experience and the latest technology in Japan in the aspects of fatigue crack type，corresponding maintenance method，inspection technology and deck pavement of steel bridge slab，which provides reference for the maintenance of steel bridge deck in China in the future.Keywords：steel bridge deck；fatigue crack；maintenance；Japanese experience and technology钢桥面板多使用于悬索桥或斜拉桥等长大桥梁，而此类大桥由于超载车辆通行产生的集中应力，造成桥面板变形，尤其焊接部分较易产生疲劳开裂。
钢桥的疲劳分析ppt课件
➢ 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。
二、钢桥抗疲劳设计原理
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:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
二、钢桥抗疲劳设计原理
2欧洲规范EC1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
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
二、钢桥抗疲劳设计原理
➢ 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。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
二、钢桥抗疲劳设计原理
钢桥面板疲劳应力幅
钢桥面板疲劳应力幅钢桥面板是连接桥梁两侧的重要部分，承载着车辆和行人的重量。
然而，随着时间的推移和使用的频繁，钢桥面板会受到不同程度的疲劳应力幅影响。
疲劳应力幅是指在不同荷载作用下，钢桥面板所受到的应力波动幅度。
长期以来，疲劳应力幅一直被认为是导致桥面板疲劳破坏的主要原因之一。
因此，对于钢桥面板的疲劳应力幅进行准确评估和控制，对于确保桥梁的安全性和可靠性至关重要。
钢桥面板的疲劳应力幅受到多种因素的影响。
首先，车辆的负载是决定疲劳应力幅大小的重要因素之一。
不同类型和重量的车辆会对桥梁施加不同程度的荷载，从而导致疲劳应力幅的不同。
其次，桥梁的设计和施工质量也会对疲劳应力幅产生影响。
良好的设计和施工可以减少应力集中和不均匀分布，从而降低疲劳应力幅的大小。
最后，桥梁的维护和保养也是影响疲劳应力幅的关键因素。
及时检测和修复潜在的损伤可以减少应力集中和应力集中的发生，从而降低疲劳应力幅。
为了评估和控制钢桥面板的疲劳应力幅，需要进行结构分析和实测。
结构分析可以通过使用有限元方法来模拟不同荷载情况下的应力分布和应力集中情况。
实测可以通过安装应变传感器和应力传感器来监测桥梁的实际应力变化。
通过结合结构分析和实测结果，可以对钢桥面板的疲劳应力幅进行准确评估和控制。
在钢桥面板疲劳应力幅的控制方面，需要采取一系列的措施。
首先，可以通过限制车辆的负载和速度来减小疲劳应力幅。
其次，可以采用合理的设计和施工方法来减少应力集中和不均匀分布，从而降低疲劳应力幅的大小。
最后，需要加强桥梁的维护和保养，及时检测和修复潜在的损伤，以减少应力集中和应力集中的发生。
钢桥面板的疲劳应力幅是导致桥梁疲劳破坏的重要因素之一。
通过结构分析和实测，可以对钢桥面板的疲劳应力幅进行准确评估和控制。
在实际工程中，需要采取一系列的措施来减小疲劳应力幅，从而确保桥梁的安全性和可靠性。
只有这样，我们才能保证人们在桥梁上行走和驾驶的安全。
钢桥面板疲劳裂纹分析
钢桥面板疲劳裂纹分析1 概述钢桥面板诞生于20世纪30年代的美国和德国。
20世纪70年代以后，使用U肋的正交异性钢桥面板得到广泛运用。
在中国，早期的钢箱梁主要用于悬索桥的加劲梁，例如西陵长江大桥（1996年）、虎门大桥（1997年）、江阴长江大桥（1999年）。
其后，主梁采用钢箱梁的斜拉桥有南京第二长江大桥（2001年）、武汉军山长江大桥（2002年），截止2010年建成了许多采用钢箱梁的大跨径悬索桥和斜拉桥。
而连续钢箱梁桥的建设则迟于悬索桥和斜拉桥，最大跨径185m的崇明至启东长江公路大桥。
钢桥面板的疲劳损伤事例以英国的Severn桥、Wye桥最为著名，在日本，重车交通线路的国道、城市高速公路上于20世纪80年代末也发现了疲劳损伤。
之后，由于疲劳损伤不断增多，相关机构开始进行研究和疲劳试验，分析疲劳损伤的原因、研究和实施修复对策，设计钢桥面板时开始充分考虑到疲劳耐久性。
国内最近正在设计和施工的大跨度公路桥梁中，很多都采用了有利于钢桥面板抗疲劳耐久性的细节构造。
因此，对正交异性钢桥面板疲劳病害成因的分析和研究对正交异性钢桥面板的抗疲劳设计有一定的参考意义。
2 正交异性钢桥面板疲劳裂纹钢桥面疲劳裂纹出现的位置图2-1和表2-1所示：3 正交异性钢桥面板主要疲劳裂纹成因正交异性钢桥面板的疲劳损伤容易发生在交通量多的大型车辆混入率高的桥梁。
U肋钢桥面板中，纵肋和横肋（横隔板）的下侧切口部分的环形焊缝损伤（②）占比最多，接下来损伤较多的部位是顶板和竖向加劲肋的焊接部分（③），然后是顶板和纵肋的焊接部分损伤（④）。
②～④损伤类型占绝大多数，其次是纵肋之间的对接焊缝的损伤（⑦）。
3.1 U肋和横肋的交叉部分U肋和横肋的焊接部分产生的损伤类型如图3.1-1所示。
一般情况下，在加劲肋的交叉部分U肋截面贯穿于横肋，横肋一侧设置了切口和过焊孔。
为此，横肋和U肋在U肋两侧的腹板与密贴于横肋的切口/过焊孔之间通过角焊缝连接，由于其形状，应力集中很高，且板材的紧贴精度和狭窄的切口/过焊孔的环焊质量难以保证，因此环焊的焊趾部分开裂的情况较多。
浅谈钢桥面板疲劳裂纹及其焊接对策
浅谈钢桥面板疲劳裂纹及其焊接对策摘要：钢桥面板类桥梁因车辆超载而引发集中应力，继而导致钢桥面板变形、焊接处出现疲劳裂纹。
钢桥面板疲劳裂纹主要涉及三种类型，裂纹处不同其引发原因、发展情况也不尽相同，还需逐一加以鉴别、处理。
关键词：钢桥面板；疲劳裂纹；焊接1、桥面板疲劳裂纹种类与起因分析1.1横、纵肋焊缝裂纹纵肋包括开口肋、闭口肋两种，因而此类裂纹也涉及两种，即:横肋与开口肋焊缝裂纹，横肋与闭口肋焊缝裂纹。
1）横肋与开口肋焊缝裂纹。
此类多见于曲线钢桥面板中，裂纹起点或位于开口肋上、下端工艺孔切口焊缝处，或位于上端过焊孔焊缝处，或处于下端工艺孔切口母材处。
此类裂纹的损伤多位于负载下方开口肋处，其产生原因，一方面是因负载作用引发剪切变形，使得工艺孔切口方向应力过于集中，导致切口远处受压、近处受拉，继而产生裂纹；另一方面是由于切口半径不超过20～35mm，会导致应力集中且放大，一旦焊接效果不佳，就会出现裂纹。
2）横肋与闭口肋焊缝裂纹。
①上端过焊孔处裂纹；②相交点纵肋下端切口处裂纹。
后者与开口肋相似，多因负载下方纵肋处损伤集中而引起；而前者是由于负载直接作用，引发纵肋腹板局部有变形。
1.2面板与加劲肋焊缝裂纹此类裂纹十分常见，主要涉及三种:①加劲肋焊缝边缘裂纹；②面板焊缝边缘裂纹；③两侧焊缝边缘裂纹。
究其原因，一方面是建造时缝隙预留过大；另一方面是负载导致面板局部变形，致使焊缝处所承载应力过于集中。
为了避免此类裂纹，要使负载点尽量远离主梁腹板处。
但因受制于车辆线路、线形而难以控制，还需采取有效的应对之策，如在加劲肋上端布设一个半圆开口孔，这样有助于缓解应力过于集中的问题，还可将面板下端焊缝打造成全熔透焊缝；若非如此，可在该处设置适当缝隙。
1.3面板与闭口肋焊缝裂纹此类裂纹涉及两种，即焊缝走向裂纹与面板纵向裂纹。
前者是面板与闭口肋焊缝处自根部起纵向延伸的裂纹，此类裂纹具有发展快、情况复杂等特点，还需密切关注，由于焊缝上端受到过强负载，导致根部应力过分集中，加上熔深不足，极易导致裂纹大量产生；后者是面板与闭口肋焊缝根部向面板厚度延伸的裂纹，此类也十分常见，其起因是由于肋上端直接承受负载力而导致面板应力过于集中。
浅谈钢桥的疲劳和断裂
浅谈钢桥的疲劳和断裂摘要:本文针对疲劳研究的必要性、疲劳损伤机理、钢桥疲劳裂纹维修措施进行了探讨，仅供参考。
关键词:钢桥；疲劳；断裂引言曾经有几座老钢桥因为有疲劳开裂而没有被发现，在某一天突然断裂，造成严重事故。
例如，韩国圣水大桥悬挂跨落水事故，死亡32人，受伤127人，汽车15辆落水。
这些事故使人谈虎色变。
一、疲劳研究的必要性公路钢桥的疲劳是指在车辆荷载的反复作用下构件在低于钢材屈服强度的情况下发生的脆性破坏。
钢结构构件最常遇到三种破坏形式：拉构件强度破坏、压构件失稳破坏、反复拉压构件疲劳断裂。
其中疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因。
据美国1982统计结果，80%-90%钢桥的破坏与疲劳断裂有关，1967年美国西弗吉利亚州的Point Pleasant大桥在没有任何征兆的情况下突然倒塌，造成46人死亡，调查结果显示是由于一拉杆下缘产生解理断裂。
警醒下，各国对疲劳给于了相当的重视，随着工程实践和研究的加深，规范也在不断的修订和更新。
由于我国公路钢桥规范的落后导致了钢桥在设计、施工与养护时，不得不参考和使用英国、日本、美国等国外的规程和技术标准，而实际这些国外的规程和技术标准又不完全适合我国的国情。
进行我国公路钢桥的抗疲劳设计,保证钢桥长期安全使用是摆在桥梁工作者面前的重要研究课题。
二、疲劳损伤机理疲劳是造成桥梁损伤，影响桥梁使用年限的主要因素。
目前桥梁钢结构大多使用焊接工艺，在焊接区域，桥梁结构由于当初设计的不合理性和反复重载作用下，很容易产生应力，从而在钢结构上产生疲劳裂纹，缩短钢桥的寿命。
在钢桥结构中，由于变形引起疲劳裂纹主要分为两种：一种是腹板的呼吸疲劳，当板梁腹板的长宽比、高厚比超过一定限度时，在大于屈曲荷载的面内的荷载作用之下，腹板将会产生更宽的面外位移，而这个面外位移又将反过来在焊接板的边缘形成较高的弯曲应力。
长此以往，在重复荷载的作用下，将产生疲劳裂纹，最终使得钢结构提前失去效应。
正交异性钢桥面板常用截面形式疲劳应力分析
正交异性钢桥面板常用截面形式疲劳应力分析正交异性钢桥面在各种车辆荷载反复作用下引起的累积损伤以及直接受车辆的局部作用，因其应力影响线短，车辆驶过会引起数次应力循环，加上焊接节点的应力集中和难免的焊接缺陷，钢桥面板易于疲劳开裂。
下面采取正交异性钢桥面板中闭口纵肋常用的u形截面形式，建立正交异性钢桥面板局部有限元模型，计算分析车辆荷载作用下对钢桥面板出现的疲劳位置做应力分析对比。
1、建立有限模型某桥局部有限元模型采取横桥向2片纵梁纵向桥10片横梁，纵、横梁间距分别为10.8m、4m，纵肋相邻间距为0.6m，桥面总宽度为19.5m。
纵粱、横梁、纵肋采用shell63单元，桥面铺装采用solid45单元。
模型的边界条件如下图：2、钢桥面板出现疲劳裂缝的主要位置(1)钢桥面板和u肋腹板的焊缝处：(2)钢桥面板纵向加劲肋的对接处；(3)钢桥面板U肋与箱梁腹板相交处(即纵向加劲在横隔板的开口处)；(4)钢桥面板纵向加劲肋的腹板焊接处。
选取对以上四项关键部位进行疲劳应力分析。
3、施加移动荷载全桥为双向四车道车辆荷载，按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)取用标准车辆荷载及进行横桥向车辆布置对于每个车轮轴重，按照其着地面积，以面荷载的形式布置到模型上(车轮的着地面积所对应的单元区域，进行荷载换算)。
车辆荷载的纵向布置要根据所关注的最不利工况，现只是对纵梁最大正应力荷载布置如下图所示(图中尺寸单位为m，荷载单位为KN)：4、模型疲劳应力分析结果模型荷载有三种工况：1.结构自重荷载、2.车辆荷载、3.自重荷载加车辆荷载经分析取荷载工况3符合实际工程。
结果如下图示：根据上述应力图可知，在车辆荷载作用下纵梁下翼缘最大应力达到272MPa，纵梁腹板264MPa，横梁最大应力为182MPa，U形肋最大应力为64.9MPa。
根据Miner线性累积损伤理论的破坏准则，当细节损伤度为l时，疲劳细节损坏。
通过上述应力图计算出各出现疲劳破坏细节处的疲劳损伤度都<1，在50年以内不会出现疲劳破坏能达到使用要求。
正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析
桥梁建设㊀２０２０年第５０卷第４期(总第２６５期)ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬＶｏｌ.５０ꎬＮｏ.４ꎬ２０２０(ＴｏｔａｌｌｙＮｏ.２６５)文章编号:１００３－４７２２(２０２０)０４－００５４－０７正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析林上顺１ꎬ２(１.福建工程学院土木工程学院ꎬ福建福州３５０１１８ꎻ２.福建省土木工程新技术与信息化重点实验室(福建工程学院)ꎬ福建福州３５０１１８)摘㊀要:为研究正交异性钢桥面板典型疲劳细节在单轮荷载作用下的应力及疲劳损伤度ꎬ以福州长门特大桥为背景ꎬ采用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立钢桥面板节段模型和３处易开裂部位(横隔板－Ｕ肋焊缝㊁横隔板处和横隔板间的顶板－Ｕ肋焊缝)的子分析模型ꎬ分析车轮荷载作用位置变化时疲劳细节的应力时程ꎻ并采用雨流计数法分析各细节处的应力幅ꎬ对疲劳细节进行疲劳损伤度分析ꎮ结果表明:单轮荷载顺桥向位于相邻横隔板间时ꎬ对横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝应力产生较大影响ꎻ荷载横向分布接近ʃ７５０ｍｍ时ꎬ疲劳细节的应力时程曲线较为平缓ꎬ荷载对其应力的影响较小ꎻ疲劳损伤最大的是横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝焊根部位ꎬ该部位易产生疲劳破坏ꎮ建议在该部位增设钢角撑或钢板等ꎬ以降低该位置的应力幅和疲劳损伤度ꎬ提高结构的耐久性ꎮ关键词:正交异性钢桥面板ꎻ疲劳ꎻ焊缝ꎻ子分析模型ꎻ车轮荷载ꎻ损伤度分析ꎻ有限元法中图分类号:Ｕ４４３.３２ꎻＵ４４１.４文献标志码:Ａ收稿日期:２０１９－０５－０７基金项目:福建省自然科学基金项目(２０１９Ｊ０１７７９)ꎻ福建交通科技项目(２０１７０７)ＰｒｏｊｅｃｔｏｆＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ(２０１９Ｊ０１７７９)ꎻＰｒｏｊｅｃｔｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ(２０１７０７)作者简介:林上顺ꎬ教授ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｌｉｎｓｈａｎｇｓｈｕｎ＠ｆｊｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ研究方向:预制拼装桥梁ꎬ钢与混凝土组合结构桥梁ꎬ桥梁抗震ꎮＦａｔｉｇｕｅＤａｍａｇｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｙｐｉｃａｌＤｅｔａｉｌｓｏｆＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＤｅｃｋＬＩＮＳｈａｎｇ￣ｓｈｕｎ１ꎬ２(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＦｕｚｈｏｕ３５０１１８ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ(ＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)ꎬＦｕｚｈｏｕ３５０１１８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｏｅｘａｍｉｎｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓａｎｄｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｄｅｇｒｅｅｏｆｔｙｐｉｃａｌｆａｔｉｇｕｅｄｅｔａｉｌｓｉｎｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｓｔｅｅｌｂｒｉｄｇｅｄｅｃｋｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ￣ｗｈｅｅｌｌｏａｄꎬｔｈｅＣｈａｎｇｍｅｎＢｒｉｄｇｅｉｎＦｕｚｈｏｕｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｓｔｕｄｙｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ.Ｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｄｅｃｋａｎｄｔｈｒｅｅｓｕｂ￣ｍｏｄｅｌｓｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｅｓｔａｂ￣ｌｉｓｈｅｄｂｙＡＢＡＱＵＳꎬｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄｅｔａｉｌｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｖａｒｉａ￣ｔｉｏｎｏｆａｃｔｉｎｇｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｗｈｅｅｌｌｏａｄｓ.Ｔｈｅｓｕｂ￣ｍｏｄｅｌｓｃｏｎｔａｉｎｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｓｉｎｔｈｅｗｅｌｄｏｆｄｉａｐｈｒａｇｍａｎｄＵ￣ｒｉｂꎬａｔｄｉａｐｈｒａｇｍｓａｎｄｉｎｔｈｅｗｅｌｄｏｆｔｏｐｐｌａｔｅ(ｂｅｔｗｅｅｎｄｉａｐｈｒａｇｍｓ)ａｎｄＵ￣ｒｉｂꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｅａｃｈｆａｔｉｇｕｅｄｅｔａｉｌｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｒａｉｎｆｌｏｗｃｏｕｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄｅｔａｉｌｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｎｇｌｅ￣ｗｈｅｅｌｌｏａｄｌｏｃａｔｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏａｄｊａｃｅｎｔｄｉａｐｈｒａｇｍｓａｌｏｎｇｔｈｅｂｒｉｄｇｅｌｅｎｇｔｈｃａｎｅｘｅｒｔｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅｗｅｌｄｏｆｔｏｐｐｌａｔｅｓ(ａｔｄｉａｐｈｒａｇｍｓ)ａｎｄＵ￣ｒｉｂ.Ｗｈｅｎｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｌｏａｄｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｓʃ７５０ｍｍꎬｔｈｅｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｓｏｆｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄｅｔａｉｌｓａｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｆｌａｔꎬｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｏａｄｓｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓｉｓｍｉｎｉｍａｌ.Ｔｈｅｍｏｓｔｓｅｖｅｒｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｏｃｃｕｒｓａｔｔｈｅｔｏｅｓｏｆｔｈｅｗｅｌｄｓｏｆｔｏｐｐｌａｔｅｓ(ａｔｄｉａｐｈｒａｇｍｓ)ａｎｄＵ￣ｒｉｂｓꎬｗｈｅｒｅａｒｅｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅｔｏｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ.Ｉｔｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｏｅｓｏｆｔｈｅｗｅｌｄｓｏｆｔｏｐｐｌａｔｅｓ(ａｔｄｉａｐｈｒａｇｍｓ)ａｎｄＵｒｉｂｓｂｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｗｉｔｈｓｔｅｅｌａｎｇｌｅｓｔｒｕｔｓ４５正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析㊀㊀林上顺ｏｒｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓꎬｓｏａｓｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｄｅｇｒｅｅｏｆｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉ￣ｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃｓｔｅｅｌｄｅｃｋꎻｆａｔｉｇｕｅꎻｗｅｌｄꎻｓｕｂ￣ｍｏｄｅｌｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓꎻｗｈｅｅｌｌｏａｄꎻｄａｍａｇｅｄｅ￣ｇｒｅｅａｎａｌｙｓｉｓꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ１㊀引㊀言正交异性钢桥面板因具有自重轻㊁强度高㊁稳定性好等优点ꎬ在大跨径缆索体系桥梁中得到了广泛运用[１￣３]ꎮ钢桥面板直接承受车轮荷载作用ꎬ局部构造复杂ꎬ在循环荷载作用下ꎬ会产生不同方向的面外变形ꎬ钢桥面板在营运时间内损伤不断累积ꎬ最终会出现疲劳裂纹[４￣７]ꎮ由于顶板㊁Ｕ肋㊁横隔板是钢桥面板的关键受力部位[８]ꎬ对增强桥面板刚度ꎬ提高其稳定性有着至关重要的作用ꎮ因此ꎬ有必要对这些典型细节的疲劳性能开展研究ꎮ钢桥面板疲劳损伤评估方法较多ꎬ主要有名义应力法和热点应力法[９￣１５]ꎮ其中ꎬ名义应力法具有概念明确㊁评估过程简单的特点ꎬ因此得到了非常广泛的应用ꎬ但名义应力是取离焊缝较远处某点应力ꎬ没有有效反映焊缝真实的应力特征ꎻ热点应力法考虑了应力集中和焊接接头类型等因素ꎬ比名义应力法更适用于复杂焊接细节的疲劳分析ꎬ但部分构造细节还没有可参考的疲劳曲线ꎮ因此ꎬ需要在既有研究的基础上ꎬ对车轮荷载在桥面板顺㊁横桥向不同位置作用下的典型疲劳细节应力变化历程进行分析ꎬ为车轮荷载作用下的钢桥面板疲劳损伤研究提供参考ꎮ本文以福州长门特大桥为背景ꎬ采用子分析模型与钢桥面板节段模型相关联的有限元数值模拟方法建模ꎬ通过施加标准疲劳车的单轮荷载ꎬ改变车轮荷载的横向分布ꎬ提取各典型疲劳细节的应力时程ꎬ研究典型疲劳细节的最不利荷载位置ꎮ基于雨流计数法分析了各疲劳细节处的应力幅ꎬ并对疲劳细节进行损伤度的对比分析ꎮ２㊀工程背景福州长门特大桥为主跨５５０ｍ的双塔双索面混合梁斜拉桥[１５]ꎬ设计荷载等级为公路－Ⅰ级ꎮ主跨采用钢箱梁结构ꎬ顶板全宽３８.５ｍ(含风嘴)ꎮ横隔板采用整体式ꎬ标准间距为３.７５ｍꎬ由上㊁下板熔透对接组成ꎮ钢箱梁内设置２道纵隔板ꎬ根据梁段不同分为实腹板式和桁架式ꎮ除中央分隔带及靠近外腹板泄水管处设置１６ｍｍ厚的板肋外ꎬ其余部位均采用Ｕ肋进行加劲ꎮＵ肋上㊁下口宽分别为３００ｍｍ和１８０ｍｍꎮ３㊀有限元模型３.１㊀钢桥面板节段模型采用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立钢桥面板节段模型ꎬ如图１所示ꎮ模型中横桥向取７个Ｕ肋(编号１~７)ꎬ相邻Ｕ肋间距为６００ｍｍꎻ顺桥向取５个横隔板(编号Ａ~Ｅ)ꎬ相邻横隔板间距为３７５０ｍｍꎬ铺装层厚７０ｍｍꎮ顶板㊁Ｕ肋㊁横隔板厚度分别为１６ꎬ８ꎬ１０ｍｍꎬ顶板与横隔板㊁Ｕ肋与横隔板连接焊缝的焊脚尺寸取６ｍｍꎬ在过焊孔处采用１０ｍｍˑ１０ｍｍ的焊缝进行封焊ꎬ如图２所示ꎮ在车轮荷载施加的整个过程中认为模型处于线弹性工作状态ꎬ钢材弹性模量为２.０６ˑ１０５ＭＰａ㊁泊松比为０.３ꎮ考虑到铺装层弹性模量受温度作用的影响较大ꎬ其弹性模量为１０００ＭＰａ㊁泊松比为０.３ꎬ不考虑铺装层与桥面板之间的滑移作用ꎮ图１㊀钢桥面板节段模型Ｆｉｇ.１ＳｅｇｍｅｎｔａｌＭｏｄｅｌｏｆＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＤｅｃｋ３.２㊀子分析模型考虑整个钢桥面板节段模型尺寸较大ꎬ对于需要研究的多个细节进行网格细化后ꎬ模型网格较多ꎬ计算耗时较长ꎮ且钢桥面板节段模型构造复杂ꎬ对局部构造进行网格细化会致使整体模型网格难以划分ꎬ增大了工作量ꎮ因此ꎬ采取建立子分析模型的方法对钢桥面板节段模型进行粗网格划分ꎮ本文选取３处极易发生开裂的钢桥面板部位作为子分析模型(图１):横隔板Ｃ处４号Ｕ肋位置处的横隔板－Ｕ肋焊缝(子分析模型１ꎬ简称横隔板－Ｕ肋焊缝)㊁横隔板Ｃ处的顶板－Ｕ肋焊缝(子分析模型２ꎬ简称横５５桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ５０(４)图２㊀顶板Ｕ肋大样Ｆｉｇ.２ＤｅｔａｉｌｓｏｆＵ￣ｒｉｂｓｔｏＴｏｐＰｌａｔｅ隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝)ꎬ横隔板Ｂ和横隔板Ｃ中间位置处的顶板－Ｕ肋焊缝(子分析模型３ꎬ简称横隔板间的顶板－Ｕ肋焊缝)ꎮ根据圣维南原理确定子分析模型尺寸ꎬ建立子分析模型并进行网格细化(图３)ꎬ以保证计算结果的准确性ꎮ将钢桥面板节段模型计算所得的边界条件与子分析模型相关联ꎬ之后再进行子分析模型工况的加载和运算ꎮ为便于在Ａｓｓｅｍｂｌｙ模块中定位子分析模型坐标及后续荷载子程序的编写ꎬ将坐标轴原点置于铺装层端部的横向中点处ꎮ子分析模型采用Ｃ３Ｄ８Ｒ(八节点线形六面体)单元以及Ｃ３Ｄ１０(十节点二次四面体)单元进行混合网格划分ꎮ模型网格尺寸为２０ｍｍꎬ对于子分析模型关注的细节部位采用２ｍｍ的细网格进行加密(图３)ꎮ由于模型构造复杂ꎬ为避免切分后的块之间网格尺寸互相影响ꎬ提高局部网格质量ꎬ加密区和其他区域间采用Ｃ３Ｄ１０网格过渡ꎮ３.３㊀边界条件及加载工况顶板㊁Ｕ肋㊁横隔板采用有限元Ａｓｓｅｍｂｌｙ模块中的Ｍｅｒｇｅ连接ꎮ根据钢桥面板节段模型的边界情况ꎬ约束两端Ｕ肋断面３个方向的平动自由度(Ｕ１＝Ｕ２＝Ｕ３＝０)ꎬ约束两侧横隔板的全部自由度(３个方向的平动自由度和３个方向的扭转自由度ꎬＵ１＝Ｕ２＝Ｕ３＝０ꎬＵＲ１＝ＵＲ２＝ＵＲ３＝０)ꎮ荷载施加时ꎬ采用«公路钢结构桥梁设计规范»(ＪＴＧＤ６４－２０１５)中标准疲劳车的单轮进行加载(单轮重６ｋＮ)[１４]ꎮ单轮荷载的横桥向着地宽度为６００ｍｍ㊁顺桥向着地长度为２００ｍｍꎬ荷载集度为０.５ＭＰａꎮ利用ＦＯＲＴＲＡＮ编制的ＤＬＯＡＤ子程序进行加载ꎮ车轮荷载顺桥向共设置３８个荷载步(从横隔板Ｂ向横隔板Ｄ移动ꎬ即从－３７５０ｍｍ移动到－１１２５０ｍｍ)ꎬ步长２００ｍｍꎬ在第１９个荷载步时ꎬ单轮荷载正好位于横隔板Ｃ的正上方ꎻ车轮荷载横桥向共划分为１１个工况(工况１~１１ꎬＸ从－７５０ｍｍ移动到７５０ｍｍ处)ꎬ横桥向加载间距为１５０ｍｍꎮ顺㊁横桥向加载布置如图４所示ꎮ图４㊀顺、横桥向加载布置Ｆｉｇ.４ＬｏａｄｉｎｇｉｎＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌａｎｄＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＢｒｉｄｇｅＤｉｒｅｃｔｉｏｎｓ图３㊀子分析模型网格划分Ｆｉｇ.３ＭｅｓｈｉｎｇｆｏｒＳｕｂ￣ｍｏｄｅｌｓ６５正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析㊀㊀林上顺４㊀应力时程分析４.１㊀横隔板－Ｕ肋焊缝横隔板－Ｕ肋连接位置应力集中显著ꎬ在车轮荷载的作用下ꎬ该部位承受不同方向的弯矩和扭矩作用ꎬ会产生面外变形ꎮ在循环拉㊁压应力作用下极易产生疲劳裂纹[１２]ꎮ横隔板－Ｕ肋焊缝常见的起裂点有３处:横隔板－Ｕ肋焊缝的围焊端部㊁横隔板焊趾㊁横隔板弧形缺口部位ꎮ横隔板－Ｕ肋焊缝的围焊端部和横隔板焊趾应力时程曲线如图５所示ꎮ由图５可知:①横隔板－Ｕ肋焊缝的围焊端部的主拉应力时程呈明显的对称双峰分布ꎮ当车轮横桥向坐标Ｘ＝０时ꎬ即荷载作用位置位于桥纵向中心线上时ꎬ围焊端部应力达到各工况下的峰值ꎻ车轮运动到第２２个荷载步(即顺桥向坐标为－８１５５ｍｍꎬ此时车轮荷载刚越过所关注的横隔板细节上方)时ꎬ围焊端部主拉应力达到最大值１１.９ＭＰａꎮ②横隔板－Ｕ肋的横隔板焊趾处主拉应力时程呈非对称双峰分布ꎮ当车轮横桥向坐标Ｘ＝１５０ｍｍ㊁顺桥向坐标为－７１５５ｍｍ时ꎬ横隔板焊趾应力达到峰值４.０ＭＰａꎮ在车轮横向荷载自Ｘ＝０至Ｘ＝７５０ｍｍ偏移过程中ꎬ荷载沿顺桥向运动时ꎬ车轮对横隔板焊趾的影响范围逐渐减小ꎮ分析横隔板弧形缺口的应力时程曲线可知:当车轮在横桥向坐标为Ｘ＝７５０ｍｍ时ꎬ仅当车轮位于顺桥向－９０００~－６０００ｍｍ范围内时ꎬ对该部位的疲劳细节有影响ꎮ当车轮在横桥向坐标为Ｘ＝－１５０ｍｍ㊁顺桥向坐标为－７７５５ｍｍ时ꎬ即车轮刚好位于弧形缺口细节上方时ꎬ该部位压应力为０.０１８ＭＰａꎮ横隔板弧形缺口细节在整个车轮加载过程中只产生压应力ꎬ且数值较小ꎮ４.２㊀横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝在横隔板处与横隔板间的顶板－Ｕ肋均容易出现疲劳裂纹ꎮ由于顶板与Ｕ肋连接处大多采用半熔透剖口焊ꎬ疲劳裂纹极易发生于焊缝焊趾及焊缝根部ꎬ裂纹可能会沿顶板厚度方向扩展ꎬ直至裂穿顶板ꎮ其中ꎬ焊趾是顶板㊁横隔板㊁Ｕ肋３个方向的焊缝交汇处ꎬ其构造复杂ꎬ焊缝几何形状不规则ꎬ较容易产生显著的应力集中现象ꎬ是容易开裂的重点部位之一ꎬ需要重点关注ꎮ横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝焊趾应力时程曲线如图６所示ꎮ由图６可知:横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝焊趾应力变化呈现显著的对称双峰分布ꎮ车轮荷载横桥向坐标Ｘ＝－３００ｍｍꎬ顺桥向坐标位于－７１５５图５㊀横隔板－Ｕ肋焊缝的围焊端部和横隔板焊趾应力时程曲线Ｆｉｇ.５Ｔｉｍｅ￣ＨｉｓｔｏｒｙＣｕｒｖｅｓｏｆＳｔｒｅｓｓｅｓｉｎＥｎｄｓｏｆＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＷｅｌｄｏｆＤｉａｐｈｒａｇｍａｎｄＵ￣ｒｉｂａｎｄＳｔｒｅｓｓｅｓｉｎＷｅｌｄＴｏｅｏｆＤｉａｐｈｒａｇｍ图６㊀横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝焊趾应力时程曲线Ｆｉｇ.６Ｔｉｍｅ￣ＨｉｓｔｏｒｙＣｕｒｖｅｏｆＳｔｒｅｓｓｅｓｉｎＷｅｌｄＴｏｅｓｏｆＴｏｐＰｌａｔｅｓ(ａｔＤｉａｐｈｒａｇｍ)ａｎｄＵ￣Ｒｉｂｓｍｍ时ꎬ焊缝焊趾达到峰值主拉应力１.９ＭＰａꎮ当顺桥向坐标位于－４５００ｍｍ和－１１５００ｍｍ时ꎬ各工况下的应力一致趋于０ꎬ表明顺桥向荷载的影响范围在－１１５００~－４５００ｍｍꎬ即横隔板Ｂ㊁Ｄ之间ꎮ分析横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝焊根应力时程曲线可知:焊根在轮载施加的过程中呈受压状态ꎬ焊７５桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ５０(４)缝焊根处的应力集中现象显著ꎮ当荷载横向坐标Ｘ＝０ꎬ沿顺桥向加载ꎬ从第１８个荷载步起ꎬ顶板－Ｕ肋焊缝焊根处的主应力上升显著ꎻ当荷载位于顶板－Ｕ肋焊缝焊根正上方时ꎬ焊根处主应力达到峰值－５.８ＭＰａꎮ荷载横桥向分布越接近ʃ７５０ｍｍꎬ应力时程曲线越趋于平缓ꎬ荷载对其应力的影响越小ꎮ与焊趾部位类似ꎬ仅当车轮在横隔板Ｂ㊁Ｄ之间时ꎬ荷载对焊根应力才产生影响ꎮ以上分析结果表明:横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝的焊趾和焊根的应力集中现象显著ꎮ对于横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝ꎬ车轮荷载顺桥向仅在横隔板Ｂ㊁Ｄ之间才能对其应力产生影响ꎮ４.３㊀横隔板间的顶板－Ｕ肋焊缝分析横隔板间的顶板－Ｕ肋焊缝的焊趾应力时程曲线可知:焊趾的主应力时程呈单边的双峰分布ꎮ不论荷载的横桥向分布ꎬ在顺桥向当车轮位置超出－７７５５ｍｍ后(越过横隔板Ｃ后)ꎬ其对横隔板间的顶板－Ｕ肋焊缝焊趾应力几乎不产生影响ꎮ当荷载横向位置越接近ʃ７５０ｍｍ时ꎬ应力曲线波动越小ꎬ故当车轮在此范围之外时ꎬ可认为荷载对该细节应力影响较小ꎮ此外ꎬ当车轮在横向坐标为Ｘ＝－１５０ｍｍ㊁顺桥向位于－５５５５ｍｍꎬ即焊趾细节正上方时ꎬ焊趾主拉应力达到最大值５.７ＭＰａꎮ以上结果表明:仅当车轮横向位于ʃ７５０ｍｍ之间㊁顺桥向位于横隔板Ｂ㊁Ｃ之间时ꎬ车轮荷载对横隔板间的顶板－Ｕ肋焊趾应力有明显的影响ꎮ５㊀典型细节的疲劳损伤度计算５.１㊀各工况应力幅随机车辆行驶过程中将产生不同的应力幅ꎬ不同的应力幅对疲劳损伤累计的贡献也不同ꎮ研究表明:较大的应力幅会引起较大的疲劳损伤ꎮ针对横隔板－Ｕ肋和顶板－Ｕ肋的易开裂细节ꎬ在提取了各细节的应力时程后ꎬ采用雨流计数法分析各细节处的应力幅(取３个应力循环)ꎻ然后再计算易开裂细节的疲劳损伤度ꎮ在应力幅的计算中ꎬ发现横隔板弧形缺口位置为压应力循环ꎬ且应力幅值相比于其他关注细节较小ꎬ故考虑车轮荷载对该桥弧形缺口位置影响较小ꎬ可不予重点关注ꎮ各细节处的应力幅如图７所示ꎮ图７中横向工况１~１１ꎬ分别对应车轮荷载横桥向坐标－７５０~７５０ｍｍꎬ步距为１５０ｍｍꎻ应力幅１~３为不同横向工况下的３个应力循环所对应的应力幅ꎮ由图７可知:各细节在车轮荷载作用下的应力变化为拉应力图７㊀各细节处的应力幅Ｆｉｇ.７ＳｔｒｅｓｓＡｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆＥａｃｈＤｅｔａｉｌ循环ꎻ循环次数基本为２次或以上ꎮ其中ꎬ横隔板－Ｕ肋焊缝焊趾在工况７时ꎬ出现了２.５次的拉应力循环ꎻ横隔板处的顶板－Ｕ肋焊根在工况６之后ꎬ都只经历了１次拉应力循环ꎮ５.２㊀疲劳损伤度计算参照我国«公路钢结构桥梁设计规范»[１４]ꎬ顶板－Ｕ肋连接部位部分熔透焊缝的设计疲劳强度为７０ＭＰａꎬ横隔板－Ｕ肋焊缝的设计疲劳强度为９１ＭＰａ(考虑９７.７％的保证率ꎬ２００万次疲劳寿命对应的名义应力幅特征值)ꎬＳ~Ｎ曲线的斜率为３ꎮ依据国际焊接学会(ＩＩＷ)的推荐ꎬ取Ｍｉｎｅｒ准则中的临８５正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析㊀㊀林上顺界损伤度Ｄｃｒ＝０.５ꎮ疲劳损伤度Ｄ＝ðｎｉ/Ｎｉꎬ式中ꎬｎｉ为第ｉ个应力幅的循环次数ꎻＮｉ为对应于第ｉ个应力幅的疲劳失效寿命ꎬＮｉ＝２ˑ１０６ˑ(７０/Δσｉ)３ꎬΔσｉ为第ｉ次循环的应力幅ꎮ根据雨流计数法得到的疲劳应力幅ꎬ计算出不同工况下各细节的疲劳损伤度ꎬ结果如表１所示ꎮ由表１可知:车轮荷载横向坐标Ｘ＝０时ꎬ对横隔板－Ｕ肋焊缝的围焊端部和横隔板处的顶板－Ｕ肋焊根造成的疲劳损伤度最大ꎮ车轮荷载横向坐标Ｘ＝－３００ꎬ－１５０ꎬ１５０ｍｍ时ꎬ对横隔板处的顶板－Ｕ肋焊趾㊁横隔板间的顶板－Ｕ肋焊趾㊁横隔板－Ｕ肋焊缝的焊趾造成的疲劳损伤度也达到最大ꎮ对表１中５个典型细节的损伤度进行对比可知:横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝焊根部位是受车轮荷载疲劳损伤最大的位置ꎬ此时车轮荷载横向作用位置在顺桥向中心线上ꎬ最易产生疲劳破坏ꎮ因此ꎬ该部位是大桥主桥的疲劳重点关注部位ꎮ６㊀结论与建议本文以福州长门特大桥钢桥面板为研究对象ꎬ采用数值模拟的方法ꎬ通过施加标准疲劳车的荷载ꎬ对钢箱梁的典型疲劳细节在最不利荷载作用下的疲劳损伤度进行了分析ꎬ得到以下结论与建议: (１)当单轮荷载顺桥向位于相邻横隔板之间时ꎬ才能对横隔板处的顶板－Ｕ肋细节应力产生较大影响ꎬ易开裂部位焊趾和焊根在车轮荷载作用下应力集中最为显著ꎮ(２)当荷载横向分布接近ʃ７５０ｍｍ时ꎬ疲劳细节的应力时程曲线较为平缓ꎬ荷载对其应力的影响较小ꎮ其中在车轮荷载作用下的横隔板弧形缺口位置为压应力循环ꎬ压应力幅明显小于其余易开裂部位ꎬ可不予重点关注ꎮ(３)单轮荷载对钢桥面板常见易开裂细节疲劳损伤最大的是横隔板处的顶板－Ｕ肋焊缝焊根部位ꎬ此时车轮荷载横向作用位置在顺桥向中心线上ꎬ造成的疲劳损伤度显著大于其余典型疲劳细节ꎬ容易产生疲劳破坏ꎮ(４)在工程设计中ꎬ应进行典型疲劳细节在最不利荷载作用下的疲劳损伤度分析ꎬ并据此在局部位置采用增设钢角撑或钢板等加强措施ꎬ以降低该位置的应力幅和疲劳损伤度ꎬ提高结构的耐久性ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀徐㊀捷ꎬ吉伯海ꎬ姚㊀悦ꎬ等.钢桥面板面外变形下顶板与Ｕ肋连接焊缝应力特征[Ｊ].工业建筑ꎬ２０１８ꎬ４８(１０):３４－３９.(ＸＵＪｉｅꎬＪＩＢｏ￣ｈａｉꎬＹＡＯＹｕｅꎬｅｔａｌ.ＴｈｅＳｔｒｅｓｓＣｈａｒａｃ￣ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＲｉｂ￣Ｔｏ￣ＤｅｃｋＪｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒＯｕｔ￣ｏｆ￣ＰｌａｎｅＤｅ￣ｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅ[Ｊ].ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎ￣ｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ２０１８ꎬ４８(１０):３４－３９.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [２]㊀祝志文ꎬ黄㊀炎ꎬ向㊀泽ꎬ等.货运繁重公路正交异性板钢桥弧形切口的疲劳性能[Ｊ].中国公路学报ꎬ２０１７ꎬ３０(３):１０４－１１２.(ＺＨＵＺｈｉ￣ｗｅｎꎬＨＵＡＮＧＹａｎꎬＸＩＡＮＧＺｅꎬｅｔａｌ.Ｆａ￣ｔｉｇｕｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＦｌｏｏｒｂｅａｍＣｕｔｏｕｔＤｅｔａｉｌｏｆＯｒｔｈｏｔｒｏ￣ｐｉｃＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅｏｎＨｅａｖｙＦｒｅｉｇｈｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＨｉｇｈｗａｙ[Ｊ].ＣｈｉｎａＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔꎬ２０１７ꎬ３０(３):１０４－１１２.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[３]㊀吉伯海ꎬ陈㊀祥ꎬ刘㊀荣ꎬ等.钢桥面板顶板与Ｕ肋接头疲劳效应分析[Ｊ].建筑钢结构进展ꎬ２０１４ꎬ１６(６):５６－６２.(ＪＩＢｏ￣ｈａｉꎬＣＨＥＮＸｉａｎｇꎬＬＩＵＲｏｎｇꎬｅｔａｌ.ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＦａｔｉｇｕｅＥｆｆｅｃｔｏｆＴｈｒｏｕｇｈ￣ＤｅｃｋＰｌａｔｅＷｅｌｄＪｏｉｎｔｔｏＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＤｅｃｋＳｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＳｔｅｅｌＢｕｉｌｄｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１４ꎬ１６(６):５６－６２.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [４]㊀何翠颖ꎬ傅中秋ꎬ吉伯海ꎬ等.钢桥面板横隔板弧形缺口位置疲劳受力分析[Ｊ].工业建筑ꎬ２０１８ꎬ４８(１０):２２－２７ꎬ１１４.(ＨＥＣｕｉ￣ｙｉｎｇꎬＦＵＺｈｏｎｇ￣ｑｉｕꎬＪＩＢｏ￣ｈａｉꎬｅｔａｌ.Ｒｅ￣ｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＦａｔｉｇｕｅＳｔｒｅｓｓｏｆＡＲＣ￣ＳｈａｐｅｄＮｏｔｃｈｏｆＤｉａ￣ｐｈｒａｇｍｉｎＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＤｅｃｋ[Ｊ].ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃ￣ｔｉｏｎꎬ２０１８ꎬ４８(１０):２２－２７ꎬ１１４.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)表１㊀不同工况下各细节的疲劳损伤度Ｔａｂ.１ＦａｔｉｇｕｅＤａｍａｇｅＤｅｇｒｅｅｏｆＶａｒｉｏｕｓＤｅｔａｉｌｓｕｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＬｏａｄｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ疲劳细节疲劳损伤度Ｘ＝－３００ｍｍＸ＝－１５０ｍｍＸ＝０Ｘ＝１５０ｍｍ横隔板－Ｕ肋焊缝的围焊端部６.５３ˑ１０－１０９.０６ˑ１０－１０１.１３ˑ１０－９１.１１ˑ１０－９横隔板－Ｕ肋焊缝的焊趾２.７３ˑ１０－１１３.１６ˑ１０－１１４.０６ˑ１０－１１６.３５ˑ１０－１１横隔板处的顶板－Ｕ肋焊趾２.００ˑ１０－１１１.５０ˑ１０－１１６.３７ˑ１０－１２１.７９ˑ１０－１２横隔板处的顶板－Ｕ肋焊根１.８８ˑ１０－４４.０５ˑ１０－４５.５７ˑ１０－４５.４６ˑ１０－４横隔板间的顶板－Ｕ肋焊趾２.３８ˑ１０－４２.８４ˑ１０－４１.６５ˑ１０－４５.９５ˑ１０－４９５桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ５０(４)[５]㊀童乐为ꎬ沈祖炎.正交异性钢桥面板疲劳验算[Ｊ].土木工程学报ꎬ２０００ꎬ３３(３):１６－２１ꎬ７０.(ＴＯＮＧＬｅ￣ｗｅｉꎬＳＨＥＮＺｕ￣ｙａｎ.ＦａｔｉｇｕｅＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＤｅｃｋｓ[Ｊ].ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌꎬ２０００ꎬ３３(３):１６－２１ꎬ７０.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [６]㊀李立峰ꎬ张东波ꎬ袁卓亚ꎬ等.正交异性钢桥面板中弧形缺口的受力分析[Ｊ].公路交通科技ꎬ２０１２ꎬ２９(４):５５－６１.(ＬＩＬｉ￣ｆｅｎｇꎬＺＨＡＮＧＤｏｎｇ￣ｂｏꎬＹＵＡＮＺｈｕｏ￣ｙａꎬｅｔａｌ.ＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｒｃ￣ＳｈａｐｅｄＣｕｔｏｕｔｓｉｎＳｔｅｅｌＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃＤｅｃｋＰｌａｔｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔꎬ２０１２ꎬ２９(４):５５－６１.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[７]㊀祝志文ꎬ黄㊀炎ꎬ陈㊀魏ꎬ等.某正交异性板钢桥弧形切口疲劳开裂的现场监测分析[Ｊ].铁道科学与工程学报ꎬ２０１８ꎬ１５(１):１１８－１２８.(ＺＨＵＺｈｉ￣ｗｅｎꎬＨＵＡＮＧＹａｎꎬＣＨＥＮＷｅｉꎬｅｔａｌ.ＦｉｅｌｄＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＡｎａｌｙｓｅｓｏｆＤｉａｐｈｒａｇｍＣｕｔｏｕｔＦａｔｉｇｕｅＣｒａｃｋ￣ｉｎｇａｔａｎＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ１５(１):１１８－１２８.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[８]㊀孔祥明ꎬ吉伯海ꎬ傅中秋ꎬ等.钢桥面板典型细节疲劳应力及变形特征分析[Ｊ].工业建筑ꎬ２０１７ꎬ４７(５):５－１１.(ＫＯＮＧＸｉａｎｇ￣ｍｉｎｇꎬＪＩＢｏ￣ｈａｉꎬＦＵＺｈｏｎｇ￣ｑｉｕꎬｅｔａｌ.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＦａｔｉｇｕｅＳｔｒｅｓｓａｎｄＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＴｙｐｉｃａｌＤｅｔａｉｌｓｏｆＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＤｅｃｋ[Ｊ].ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ２０１７ꎬ４７(５):５－１１.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[９]㊀张清华ꎬ崔㊀闯ꎬ魏㊀川ꎬ等.钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统研究[Ｊ].中国公路学报ꎬ２０１８ꎬ３１(１１):６６－７７ꎬ１１２.(ＺＨＡＮＧＱｉｎｇ￣ｈｕａꎬＣＵＩＣｈｕａｎｇꎬＷＥＩＣｈｕａｎꎬｅｔａｌ.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＳｙｓ￣ｔｅｍｆｏｒＦａｔｉｇｕｅＤａｍａｇｅｏｆＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃＳｔｅｅｌＤｅｃｋＳｔｒｕｃ￣ｔｕｒａｌＳｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＣｈｉｎａＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓ￣ｐｏｒｔꎬ２０１８ꎬ３１(１１):６６－７７ꎬ１１２.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [１０]㊀ＨｏｎｇＪＫ.ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＷｅｌｄＲｏｏｔＦａｉｌｕｒｅＵｓｉｎｇＢａｔ￣ｔｅｌｌｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＳｔｒｅｓｓＭｅｔｈｏｄ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｆｆ￣ｓｈｏｒｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＡｒｃｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１３ꎬ１３５:４２０－４３１.[１１]㊀ＣｕｉＣꎬＢｕＹＺꎬＢａｏＹꎬｅｔａｌ.ＳｔｒａｉｎＥｎｅｒｇｙ￣ＢａｓｅｄＦａ￣ｔｉｇｕｅＬｉｆｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＤｅｃｋ￣ｔｏ￣ＲｉｂＷｅｌｄｅｄＪｏｉｎｔｓｉｎＯＳＤＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｓｏｆＳｔｏｃｈａｓｔｉｃＴｒａｆｆｉｃＬｏａｄａｎｄＷｅｌｄｅｄＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｒｉｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ２３(２):１－１５.[１２]㊀何家胜ꎬ鄢梦琪.含纵向内裂纹管道的应力分析及应力强度因子研究[Ｊ].化工装备技术ꎬ２０１７ꎬ３８(１):１－４.(ＨＥＪｉａ￣ｓｈｅｎｇꎬＹＡＮＭｅｎｇ￣ｑｉ.ＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅＳｔｕｄｙｏｆＳｔｒｅｓｓＩｎｔｅｎｓｉｔｙＦａｃｔｏｒｆｏｒＰｒｅｓｓｕｒｅＰｉｐｅｗｉｔｈＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌａｎｄＩｎｎｅｒＣｒａｃｋ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１７ꎬ３８(１):１－４.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [１３]㊀王益逊ꎬ吉伯海ꎬ傅中秋ꎬ等.顶板与竖向加劲肋围焊端部开裂焊合修复技术[Ｊ].工业建筑ꎬ２０１８ꎬ４８(１０):５２－５７ꎬ９.(ＷＡＮＧＹｉ￣ｘｕｎꎬＪＩＢｏ￣ｈａｉꎬＦＵＺｈｏｎｇ￣ｑｉｕꎬｅｔａｌ.Ｒｅ￣ｓｅａｒｃｈｏｎＲｅ￣ｗｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｔｈｅＤｅｃｋＶｅｒｔｉｃａｌＳｔｉｆｆｅｎｅｒＷｅｌｄｉｎｇＥｎｄ[Ｊ].ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.２０１８ꎬ４８(１０):５２－５７ꎬ９.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[１４]㊀ＪＴＧＤ６４－２０１５ꎬ公路钢结构桥梁设计规范[Ｓ].(ＪＴＧＤ６４￣２０１５ꎬＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈｗａｙＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅ[Ｓ].)[１５]㊀林上顺.正交异性钢桥面板典型疲劳细节变形与裂缝尖端应力分析[Ｊ].世界桥梁ꎬ２０２０ꎬ４８(１):７１－７６.(ＬＩＮＳｈａｎｇ￣ｓｈｕｎ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＴｙｐｉｃａｌＦａｔｉｇｕｅＤｅｔａｉｌｓａｎｄＳｔｒｅｓｓｅｓａｔＴｉｐｏｆＣｒａｃｋｓｉｎＯｒｔｈｏｔｒｏ￣ｐｉｃＳｔｅｅｌＤｅｃｋ[Ｊ].ＷｏｒｌｄＢｒｉｄｇｅｓꎬ２０２０ꎬ４８(１):７１－７６.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)ＬＩＮＳｈａｎｇ￣ｓｈｕｎ林上顺１９７２－ꎬ男ꎬ教授１９９５年毕业于福州大学公路与城市道路工程专业ꎬ工学学士ꎬ２００７年毕业于福州大学建筑与土木工程专业ꎬ工学硕士ꎬ２０１４年毕业于福州大学桥梁与隧道工程专业ꎬ工学博士ꎮ研究方向:预制拼装桥梁ꎬ钢与混凝土组合结构桥梁ꎬ桥梁抗震Ｅ￣ｍａｉｌ:ｌｉｎｓｈａｎｇｓｈｕｎ＠ｆｊｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ(编辑:王㊀娣)０６。
钢桥疲劳分析基本理论综述
钢桥疲劳分析基本理论综述科技经济市场疲劳是钢材在重复荷载所引起的反复应力作用下，在材料传力途径有局部缺陷或疵点处逐渐形成裂纹并扩展到断裂的一种行为。
由于桥梁应用材料科学理论发展的不完善、材料本身的缺陷、施工技术、施工方法、施工质量问题、车辆超载等方方面面的原因，许多桥梁都发生了疲劳破坏，给人民群众生命财产造成巨大损失，同时也在社会上造成极其不良的影响。
正交异性闭口加劲钢桥面板已成为大中跨度现代钢桥所通常采用的桥面结构形式，它的疲劳性能更格外令人关注。
钢桥面板受力复杂，节点类型及构造细节多式多样，它们的疲劳性能目前正在一些发达国家中开展研究，并取得了一定的成果[1]。
可是到目前，各国桥规还没有关于钢桥面板疲劳设计的细则，在桥梁疲劳分析方面较为先进的英国桥规BS5400指出疲劳验算时应力分析和连接细节的疲劳强度分类需做专门的研究[1][2]。
目前钢桥面板疲劳验算的基本理论有疲劳验算所用的荷载和加载方式以及疲劳分析方法。
1疲劳验算采用的荷载及加载方式1.1荷载谱和应力谱1.1.1荷载谱和结构的静力设计不同，钢桥的疲劳设计所采用的荷载不应是按最不利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，从而计算他们所引起的累积损伤。
为此，需要研究活荷载的频值谱，也称荷载谱。
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来表示。
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。
虽然钢桥疲劳是由于日常各种荷重的车辆反复作用而引起的累积损伤过程，因此疲劳验算所用的荷载应尽可能与实际相符，但这需要现场交通调查，并在调查的基础上综合预测分析，其工作量很大，故可进一步简化处理，（1）车辆荷载频值谱，通过对公路桥梁的交通调查得出日常各种典型车辆的荷重和出现的相对频率。
钢桥腹板间隙出平面变形影响因素敏感性分析
钢桥腹板间隙出平面变形影响因素敏感性分析发布时间：2021-05-28T12:05:47.970Z 来源：《科学与技术》2021年5期作者：刘海明1 刘剑2 [导读] 桥梁在陆路交通中属于一种特殊的结构，是日常生活的基础设施之一刘海明1 刘剑21身份证号：37120219860308**** 2济南市莱芜雪野水库管理处山东济南 250014摘要：桥梁在陆路交通中属于一种特殊的结构，是日常生活的基础设施之一。
自古至今，桥梁作为交通枢纽中较为重要的一环，其安全性一直是人们关注的焦点。
桥梁安全性主要分为建设安全性与使用安全性。
基于各种因素，桥梁在施工与运营期间会出现结构变形，桥梁变形程度能够直接反映出桥梁的健康状况。
随着国民经济的日益增长和近现代交通技术的不断发展，桥梁的体积越来越大，桥梁结构越来越复杂，桥梁的应用环境越来越多样。
因此在桥梁建设过程中，如何实时地检测桥梁的变形程度，以确保桥梁工程的安全就成为桥梁建设的一项重要技术。
基于此，本文章对钢桥腹板间隙出平面变形影响因素敏感性进行探讨，以供相关从业人员参考。
关键词：钢桥；腹板间隙；平面变形；影响因素；敏感性引言在多根钢筋的钢桥中，相邻的主梁通常连接筋和横杆，以实现横向输送和桥梁荷载分布。
为避免机翼焊接筋时出现疲劳故障，筋和法兰之间通常存在间隙，称为腹板宽度。
由于行车道载荷不能均匀分布在各个梁上，因此相邻梁之间会产生相对垂直偏移，从而导致对角线和筋旋转，而普通钢梁的顶面受混凝土板等的约束，因此腹板宽度将承受此部分的变形，特别是在将筋连接到主梁时，这会导致应力集中，从而导致应力断裂。
1钢结构在桥梁工程运用的优势和弊端优势诸如从施工的便捷度和工期上来看，由于相关部件可提前预定，因此现场吊装便捷，能有效缩短工程周期。
又如从材料本身特质上看，不仅品质可控，而且可回收利用程度高，钢材拆卸后可回收利用在其他建筑上，缩减后续其他工程成本。
同时，由于钢材的延展性比混凝土好，且本身自重较轻，因此，钢架结构不仅可以用于跨度大的桥梁，而且轻盈美观。
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第27卷 第1期2010年3月建筑科学与工程学报Journal of Architecture and Civil EngineeringVol.27 No.1Mar.2010文章编号:167322049(2010)0120065208收稿日期:2010201210基金项目:高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金项目(2007B49)作者简介:王春生(19722),男,黑龙江绥化人,教授,工学博士,E 2mail :wcs2000wcs @ 。
钢桥腹板间隙面外变形疲劳应力分析王春生,成 锋(长安大学桥梁与隧道陕西省重点实验室,陕西西安 710064)摘要:采用ANS YS 大型通用有限元软件对3跨连续钢板梁桥进行了三维数值模拟,研究了腹板间隙面外变形所产生的应力状态,并对腹板间隙大小、腹板厚度、横撑类型、横撑刚度等关键结构参数进行了分析;根据某高速实际车辆动态称重实测结果,分析了超载车辆作用下腹板间隙处的面外变形应力。
结果表明:腹板间隙大小和腹板厚度均对面外变形应力影响较大;车辆超载时,腹板间隙处极易萌生疲劳裂纹。
关键词:钢桥;腹板间隙;面外变形;疲劳应力;超载中图分类号:U441.4 文献标志码:AOut 2of 2plane Distortional F atigue Stress Analysis atWeb G aps of Steel BridgesWAN G Chun 2sheng ,CH EN G Feng(Key Laboratory for Bridge and Tunnel of Shaanxi Province ,Chang πan University ,Xi πan 710064,Shaanxi ,China )Abstract :Three 2dimensional numerical simulation of a t hree 2span continuous steel plate girder bridge was established to st udy t he complex st ress state caused by t he out 2of 2distortion in web 2gap using finite element software ANS YS.Meanwhile ,some key st ruct ural parameters ,such as web gap size ,web t hickness ,cross 2bracing type and cross f rame stiff ness were analyzed in t he numerical models.The measured web gap sizes and web t hickness types gave t he great affection on t he out 2of 2plane distortion fatigue st resses at web gap s.The result s show t hat t he influences of web gap s and cross frame on out 2of 2plane distortion are great.Fatigue cracking occurs easily at web gap s under overload.K ey w ords :steel bridge ;web gap ;out 2of 2plane distortion ;fatigue st ress ;overload0引 言如何确保钢桥的疲劳使用安全一直是桥梁工程界关注的重要研究课题。
国外早期建造的钢桥,由于当时焊接施工水平不高,设计者对疲劳的认识和考虑亦不充分,导致钢桥疲劳开裂问题十分严重[1]。
1982年美国ASCE 发表的研究报告中指出80%～90%的钢结构破坏与疲劳断裂有关[2]。
钢桥的疲劳可分为荷载疲劳和面外变形疲劳,荷载疲劳只需计算荷载作用下钢梁的面内应力即可进行疲劳设计与分析,这已被工程师所熟知;面外变形疲劳并不与荷载直接相关,而是取决于钢梁细节处的局部面外变形。
已有研究表明,钢板梁桥、钢箱梁桥、钢框架桥墩等都存在大量面外变形引起的疲劳裂纹。
Con 2nor 等[3]的最新研究结果表明钢桥中的疲劳裂纹90%为面外变形疲劳裂纹。
钢桥中出现如此大量的面外变形疲劳裂纹,主要原因是钢桥设计时一般只考虑面内变形与应力,并未考虑腹板间隙处面外变形导致的局部数值很大的二次弯曲拉应力。
笔者以1座3跨连续钢板梁桥为例,研究了车辆荷载作用下腹板间隙处面外变形疲劳应力状态,并探讨了公路超载车辆荷载作用下面外变形疲劳应力的特征。
1研究现状在多主梁钢桥中,荷载需通过横撑、横梁等连接件进行横向传递和分配,为了避免受拉翼缘和竖向加劲肋焊接细节发生疲劳失效,常在受拉翼缘和加劲肋之间留有一定高度的腹板间隙。
由于混凝土桥面板、主梁翼板的约束,在车辆荷载作用下,各钢梁之间会产生相对挠度差,这样主梁间的横向连接件将传递给竖向加劲肋一个作用力,使腹板间隙发生面外弯曲变形,如图1所示,腹板间隙处构造复杂、应力集中显著,面外变形只需达到0.1mm 就会在间隙处产生超过100M Pa 的高幅应力,从而使腹板间隙处成为疲劳裂纹萌生与扩展的温床,如图2所示。
国外对既有钢桥出现这种面外变形所导致的疲劳开裂原因开展了深入的研究,并取得了一些进展[4]。
Fisher 早在20世纪70年代末就提出了腹板间隙面外变形疲劳问题,并建议采用C 类疲劳细节评估腹板间隙疲劳抗力,并通过疲劳试验、实桥测试、数值分析等手段对腹板间隙面外变形疲劳应力产生机理、维修加固方法进行了研究[527]。
20世纪90年代中期,Cousins 等[8]、Stallings 等[9]在Au 2burn 大学对横梁与主梁连接处腹板间隙疲劳开裂行为开展了研究,他们建议通过取消横梁来消除腹板间隙疲劳。
Fraser 等[10]在Alberta 大学对从1座斜交铁路钢板梁桥上割取的8片钢梁进行了疲劳试验和数值分析,研究表明,采用美国规范AASH TO 中C 类疲劳细节评估腹板间隙细节的疲劳性能将产生过于保守的结果,建议维修时采用增设加强板与止裂孔相结合的方法。
Miki 等[11212]对高速铁路、高速公路桥梁出现的一些不曾预料的面外变形疲劳问题进行了研究,并给出了相应的维修建议。
王春生等[13]对陇海线咸阳渭河钢板梁桥出现的面外变形疲劳问题进行了初步研究,并建议了维修加固措施。
2桥梁概况本文中以1座3跨连续钢板梁桥为例进行腹板间隙处面外变形疲劳应力的数值模拟。
该桥跨径为25m +35m +25m ,由5片钢梁组成,钢梁间距为2.7m 。
混凝土桥面板厚度为0.22m ,钢梁通过栓钉和混凝土桥面板相连;纵向每5m 设置X 型中横撑,在中支点和桥台处设置槽型横梁。
中横撑由角钢组成,角钢的单边肢长为150mm ,厚度为12mm 。
为防止出现很低的疲劳细节,跨中下翼缘和中支点附近的上翼缘均不与竖向加劲肋焊接,因此在跨中竖向加劲肋和下翼缘之间留有50mm 的间隙,中支点附近区域的竖向加劲肋和上翼缘之间也留有50mm 的间隙,其余加劲肋均和上下翼缘板焊接,梁桥平面和横断面如图3所示,钢梁图中括号内的数值为中支点附近负弯矩区翼板厚度尺寸。
3有限元模型采用ANS YS 程序对该桥进行全桥仿真模拟,其中混凝土板采用Solid45单元模拟,钢梁采用Shell63单元模拟,而横撑采用Beam188单元模拟,混凝土和钢梁之间则采用耦合自由度的方式,使其位移协调一致[14],梁桥的有限元模型如图4所示。
为得到支点附近腹板间隙面外变形最大响应,将美国规范AASH TO 中的疲劳车最后一个轴作用于横撑Ⅰ处,同时在横桥向变化车辆作用位置,分为以下6个工况进行静力分析:66建筑科学与工程学报 2010年工况1:纵桥向疲劳车最后一个轴位于中横撑Ⅰ处,横桥向为左轮中心线距护栏边缘0.5m(图5)。
工况2:纵桥向疲劳车最后一个轴位于中横撑Ⅰ处,横桥向为左轮中心线距钢梁1中心线右侧1.35m。
工况3:纵桥向疲劳车最后一个轴位于中横撑Ⅰ处,横桥向为左轮中心线位于钢梁2中心线。
图5工况1荷载立面及横向布置(单位:mm)Fig.5E levation and H orizontal Layout ofLoad C ase1(U nit:mm)工况4:纵桥向疲劳车最后一个轴位于中横撑Ⅰ处,横桥向为左轮中心线距钢梁2中心线右侧1.35m。
工况5:纵桥向疲劳车最后一个轴位于中横撑Ⅰ处,横桥向为左轮中心线距钢梁3中心线左侧0.9m。
同样,为得到跨中附近下腹板间隙面外变形最大响应,考虑如下工况:工况6:纵桥向疲劳车第2个轴位于中横撑Ⅱ处,横桥向同工况1横桥向布置相同。
4面外变形应力分别在中横撑Ⅰ、Ⅱ的腹板间隙处等间距布置5个分析点,各分析点如图6所示,其中,Δ为A、B、C、D、E点相对于分析点A的横桥向位移,或为A′、B′、C′、D′、E′点相对于分析点A′的横桥向位移。
在工况1荷载作用下,钢梁2的中横撑Ⅰ处腹板间隙各分析点的应力和位移如表1所示。
由表1可知:在荷载作用下,中横撑Ⅰ处各分析点相对于A点发生了相对的横向位移,随着距离的增大,相对位移也随之增大;在弯矩作用下,A点的最大拉应力为113.9M Pa,随着A点向E点变化,拉应力逐渐减小,到D点已经变成压应力,而到E 点压应力达到最大值。
由此可知,A点和E点的弯矩方向反向,形成面外双向弯曲状态。
通过有限元分析,在中横撑Ⅱ处,腹板间隙各分析点的应力变化和中横撑Ⅰ类似,但其数值较小,最大拉应力为2.7M Pa。
腹板间隙处的应力云图如图7所示。
工况1、6作用下中横撑Ⅰ、Ⅱ处各钢梁腹板间隙76第1期 王春生,等:钢桥腹板间隙面外变形疲劳应力分析图6腹板间隙的各分析点Fig.6Analytical Points at Web G aps表1工况1作用下钢梁2的中横撑Ⅰ处腹板间隙各分析点的应力和位移T ab.1Stresses and Displacem ents of A nalytical Points of T opWeb G ap at Cross Frame Ⅰof G irder 2U nder Load C ase 1分析点间隙位置横向相对位移Δ/mm竖向应力σy /MPa纵向应力σz /MPaA 上翼缘与腹板间隙0.000113.939.4B 上翼缘与腹板间隙0.00065.823.7C 上翼缘与腹板间隙-0.00928.29.4D 上翼缘与腹板间隙-0.023-9.5-5.6E上翼缘与腹板间隙-0.036-56.1-24.3的各分析点的横向相对位移变化及竖向应力变化如图8所示。