疲劳荷载模型Ⅲ下的公路钢结构桥梁疲劳性能分析
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（１）采 用 基 于 概 率 的极 限状 态 法 进 行 抗 疲 劳 设 计 ；
（２）规 定 了三 种 疲 劳车 辆 荷 载模 型 Ｉ、ＩＩ和 ＩＩＩ； （３）规 定 了不 同 疲 劳 细 节 分 级 对 应 的疲 劳 设 计 应 力 幅 ； （４）将 疲 劳应 力 幅作 为 抗 疲 劳 设 计 的 主要
尺 寸 为 ２０ ｍｍ，模 型共 划 分 ２１万 个单 元 。横 隔板 网格 划 分 如 图 ４所 示 。 计算 模 型 在 钢 箱 梁 中 心 线 处 采 用 对 称 边 界 条 件 ，钢 箱 梁 两 端 处 约 束 壳 单 元 ｕ１、Ｕ２和 Ｕ３自由度 。
图 １ 工 程 实 例 典 型 断 面 图 （单 位 ：ｍｍ 】
１ 工程 实例
某城 市高架 桥梁 采用 为 ４０ ｍ＋６０ ｍ＋４０ ｍ跨 径 的 分 离 式 双 箱 钢 箱 连 续 梁 结 构 形 式 ，桥 面 宽 ２３．５ ｍ，跨 中梁 高 为 ２．０ ｍ，中 间 支 点 梁 高 ２．５ ｍ， 桥 面板 结 构 采 用典 型 的正 交异 性 桥 面 板构 造 。
收 稿 日期 ：２０１６—０３—１６ 作者简 介 ：粱维全 （１９７９一），男 ，河 南光 山人 ，工 程师 ，从 事桥梁 设 计 工 作 。
参 数 。 采 用 基 于 概 率 的 极 限 状 态 法 和将 疲 劳 应 力 幅
作 为 抗 疲 劳 设 计 的主 要 参 数 的做 法 是 国 内 、外 规 范 的主 流 方 式 。新 规 范 还 规 定 了三 种 疲 劳 车 辆 荷 载 模 型 ，疲 劳 荷 载计 算 模 型 Ｉ对应 于无 限寿 命 设 计 方法 ，疲劳荷载计算模 型 ＩＩ是根据交通运输部《公 路桥梁疲劳设计荷载标准》研究结论 给出 的，疲劳 计算模 型 ＩＩＩ是在 欧洲规范 疲劳荷 载模 型 ３的基 础上修改车轮着地面积得到 的。其 中疲 劳荷载计 算模型 ＩＩＩ主要用于桥面系构件的疲 劳强度验算 。
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 。
关 键 词 ：疲劳荷 载模 型 ＩＩＩ；公路 ；钢结构 ；桥梁 ；疲劳 性能
基 于 新 规 范对 公 路 钢 结 构 桥 梁 抗 疲 劳 设 计 的 规定 ，为新规范体系下 的公路钢结构桥 梁抗疲劳 设计和疲 劳强度验算提供参考。本文结合《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 。
摘 要 ：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
钢梁箱梁截面为分离式双箱单室截面 ，外侧为 斜 腹板 ，内侧 为 竖直 腹 板 。顶 缘箱 室 宽度 为 ４．１ ｍ，
１３０ 桥梁 结构
城 市 道桥 与 防 洪
２０１６年 ０７月第 ０７期
悬 臂 板宽 度 为 ３．８５ ｍ，箱室 之 间 横梁 宽 度 为 ７．６ ｍ。 顶 底 板 处 均设 置 ２％横 坡 。跨 中处 典 型 断 面顶 板 厚 １６ ｍｉｌｌ，加 劲 肋 采 用 ｕ型 加 劲 肋 和 Ｉ型 加 劲 肋 形 式 。 图 １为 工程 实 例 典 型 断 面 图 。
２０１６年 ０７月第 ０７期
ＤＯＩ：１０．１６７９９０．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｆｈ．２０１６．０７．０３８
城 市道 桥 与 防 洪
桥梁结构 １２９
疲劳荷 载模 型 ＩＩＩ下 的公路钢 结构桥 梁 疲劳性 能 分析
梁维 全
（上海 市政 交通 设计 研究 院有 限公 司 ，上 海市 ２￣０３０１
．
中图分 类号 ：Ｕ４４１
文献标 志码 ：Ａ
文章 编号 ：１００９—７７１６（２０１６）０７—０１２９一ｏ４ Ｏ Nhomakorabea引 言
正 交 异 性 钢 桥 面板 是 由相 互 垂 直 的纵 、横 向 加劲 肋和桥面板焊接而成 的钢桥面构造 ，被广泛 应用 于 国 内 、外 公 路 钢 结 构 桥 梁 结 构 中 ［１］。 正 交 异 性钢桥 面板在车辆荷载的反复作 用下 ，桥 面系构 造 容 易 发 生 疲 劳破 坏 【ｚ－。疲 劳 是 结 构在 反 复 荷 载作 用 下 产 生 的 裂 纹 的生 成 、不 断 扩展 、最 终 导 致 构件 断裂 的现象 。２０世纪 ７０年代欧美国家 的正交异性 桥 面 板 频 繁 出现 疲 劳 破 坏 的现 象 ，引 起 了 国 内外 桥 梁 工 程 师 高 度 关 注 ，并 进 行 了 一系 列 疲 劳损 伤 基 础 性 研 究 ，一 些 研 究 成 果 ，如 各 类 构 造 细 节 、疲 劳强度等级分类和疲劳车辆荷载模型也反 映在 欧 美 各 国钢 结 构 桥 梁 设 计 规 范 的条 文 规 定 内 。 随着 《公路钢结构桥梁设计 规范｝（ＪＴＧ Ｄ６４—２０１５）【３＿（下 称 新规范 ）颁 布 ，弥补 了《公路桥 涵钢结 构及木结 构设 计 规 范 ｝（ＪＴＪ０２５—８６）（下 称 旧规 范 ）抗 疲 劳设 计 的缺 陷 。 主要 改进 有 以下 几 点 ：
（２）规 定 了三 种 疲 劳车 辆 荷 载模 型 Ｉ、ＩＩ和 ＩＩＩ； （３）规 定 了不 同 疲 劳 细 节 分 级 对 应 的疲 劳 设 计 应 力 幅 ； （４）将 疲 劳应 力 幅作 为 抗 疲 劳 设 计 的 主要
尺 寸 为 ２０ ｍｍ，模 型共 划 分 ２１万 个单 元 。横 隔板 网格 划 分 如 图 ４所 示 。 计算 模 型 在 钢 箱 梁 中 心 线 处 采 用 对 称 边 界 条 件 ，钢 箱 梁 两 端 处 约 束 壳 单 元 ｕ１、Ｕ２和 Ｕ３自由度 。
图 １ 工 程 实 例 典 型 断 面 图 （单 位 ：ｍｍ 】
１ 工程 实例
某城 市高架 桥梁 采用 为 ４０ ｍ＋６０ ｍ＋４０ ｍ跨 径 的 分 离 式 双 箱 钢 箱 连 续 梁 结 构 形 式 ，桥 面 宽 ２３．５ ｍ，跨 中梁 高 为 ２．０ ｍ，中 间 支 点 梁 高 ２．５ ｍ， 桥 面板 结 构 采 用典 型 的正 交异 性 桥 面 板构 造 。
收 稿 日期 ：２０１６—０３—１６ 作者简 介 ：粱维全 （１９７９一），男 ，河 南光 山人 ，工 程师 ，从 事桥梁 设 计 工 作 。
参 数 。 采 用 基 于 概 率 的 极 限 状 态 法 和将 疲 劳 应 力 幅
作 为 抗 疲 劳 设 计 的主 要 参 数 的做 法 是 国 内 、外 规 范 的主 流 方 式 。新 规 范 还 规 定 了三 种 疲 劳 车 辆 荷 载 模 型 ，疲 劳 荷 载计 算 模 型 Ｉ对应 于无 限寿 命 设 计 方法 ，疲劳荷载计算模 型 ＩＩ是根据交通运输部《公 路桥梁疲劳设计荷载标准》研究结论 给出 的，疲劳 计算模 型 ＩＩＩ是在 欧洲规范 疲劳荷 载模 型 ３的基 础上修改车轮着地面积得到 的。其 中疲 劳荷载计 算模型 ＩＩＩ主要用于桥面系构件的疲 劳强度验算 。
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 。
关 键 词 ：疲劳荷 载模 型 ＩＩＩ；公路 ；钢结构 ；桥梁 ；疲劳 性能
基 于 新 规 范对 公 路 钢 结 构 桥 梁 抗 疲 劳 设 计 的 规定 ，为新规范体系下 的公路钢结构桥 梁抗疲劳 设计和疲 劳强度验算提供参考。本文结合《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 。
摘 要 ：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
钢梁箱梁截面为分离式双箱单室截面 ，外侧为 斜 腹板 ，内侧 为 竖直 腹 板 。顶 缘箱 室 宽度 为 ４．１ ｍ，
１３０ 桥梁 结构
城 市 道桥 与 防 洪
２０１６年 ０７月第 ０７期
悬 臂 板宽 度 为 ３．８５ ｍ，箱室 之 间 横梁 宽 度 为 ７．６ ｍ。 顶 底 板 处 均设 置 ２％横 坡 。跨 中处 典 型 断 面顶 板 厚 １６ ｍｉｌｌ，加 劲 肋 采 用 ｕ型 加 劲 肋 和 Ｉ型 加 劲 肋 形 式 。 图 １为 工程 实 例 典 型 断 面 图 。
２０１６年 ０７月第 ０７期
ＤＯＩ：１０．１６７９９０．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｆｈ．２０１６．０７．０３８
城 市道 桥 与 防 洪
桥梁结构 １２９
疲劳荷 载模 型 ＩＩＩ下 的公路钢 结构桥 梁 疲劳性 能 分析
梁维 全
（上海 市政 交通 设计 研究 院有 限公 司 ，上 海市 ２￣０３０１
．
中图分 类号 ：Ｕ４４１
文献标 志码 ：Ａ
文章 编号 ：１００９—７７１６（２０１６）０７—０１２９一ｏ４ Ｏ Nhomakorabea引 言
正 交 异 性 钢 桥 面板 是 由相 互 垂 直 的纵 、横 向 加劲 肋和桥面板焊接而成 的钢桥面构造 ，被广泛 应用 于 国 内 、外 公 路 钢 结 构 桥 梁 结 构 中 ［１］。 正 交 异 性钢桥 面板在车辆荷载的反复作 用下 ，桥 面系构 造 容 易 发 生 疲 劳破 坏 【ｚ－。疲 劳 是 结 构在 反 复 荷 载作 用 下 产 生 的 裂 纹 的生 成 、不 断 扩展 、最 终 导 致 构件 断裂 的现象 。２０世纪 ７０年代欧美国家 的正交异性 桥 面 板 频 繁 出现 疲 劳 破 坏 的现 象 ，引 起 了 国 内外 桥 梁 工 程 师 高 度 关 注 ，并 进 行 了 一系 列 疲 劳损 伤 基 础 性 研 究 ，一 些 研 究 成 果 ，如 各 类 构 造 细 节 、疲 劳强度等级分类和疲劳车辆荷载模型也反 映在 欧 美 各 国钢 结 构 桥 梁 设 计 规 范 的条 文 规 定 内 。 随着 《公路钢结构桥梁设计 规范｝（ＪＴＧ Ｄ６４—２０１５）【３＿（下 称 新规范 ）颁 布 ，弥补 了《公路桥 涵钢结 构及木结 构设 计 规 范 ｝（ＪＴＪ０２５—８６）（下 称 旧规 范 ）抗 疲 劳设 计 的缺 陷 。 主要 改进 有 以下 几 点 ：