钢桥疲劳设计方法研究
公路钢结构桥梁的抗疲劳设计研究16
公路钢结构桥梁的抗疲劳设计研究摘要：现如今，我国的科技在不断的发展，社会在不断的进步，研究了公路钢结构桥梁抗疲劳的设计方法，先从钢结构桥梁疲劳的问题和影响因素出发，再对抗疲劳设计方法及其重点进行阐述，论述其设计规范和实际应用中的问题后做出总结，为我国公路钢结构桥梁抗疲劳设计提供一些科学的参考，对我国其他交通行业钢结构桥梁抗疲劳设计规范的制订也有着借鉴意义。
关键词：公路钢结构桥梁;抗疲劳设计方法;研究引言钢结构桥梁作为当前桥梁结构的主要类型之一，可按标准化及通用化等要求，在生产、设计、施工时，充分发挥其独特的模块化优势，在环保重复利用等领域也有着非常重要的作用。
在桥梁钢结构使用中，钢结构的抗疲劳性能是影响其最终使用效果的关键因素，也是决定桥梁质量的核心内容。
若钢结构的抗疲劳性能不达标，不仅会缩短其使用寿命，还会增加维修成本，造成人力物力资源的巨大浪费。
因此，从疲劳性能的角度出发，做好桥梁钢结构的抗疲劳设计工作就显得极为必要。
1公路钢结构桥梁的抗疲劳设计方法1.1无限寿命设计方法该种抗疲劳设计方法是最早诞生和应用的一种抗疲劳设计方法，主要确保结构设计应力值要比钢结构桥梁的疲劳极限值更低，这就是无限寿命设计的机理，也是应用该种设计方法的重要先决条件。
伴随着时间的延续，公路钢结构桥梁会出现不稳定变化，应力下变幅主要表现为一种交互变化的应力状态，此时以所产生的最大应力幅为依据，将其等效成构件的最大幅值来进行疲劳极限强度设计。
无限寿命设计的优势是可以极大地简化抗疲劳设计，在设计钢结构桥梁构件过程中，由于仅以最大应力幅值为例来进行设计，这样会使得后续构件设计过程显得有些笨重，无法有效地发挥各种材料的潜能，设计的经济效益不高。
1.2安全寿命设计方法安全寿命设计就是指在预定的设计使用年限内结构不会出现疲劳破坏问题，构件应力值低于疲劳极限值，这种设计方法有效提高了结构应力和疲劳寿命。
不同于无限寿命设计，安全寿命设计属于有限设计范畴，相应的构件应力设计值要高于疲劳极限值。
钢桥疲劳研究关键技术分析
钢桥疲劳研究关键技术分析刘晓光(铁道科学研究院 北京 100081)摘 要 针对当今大跨度钢桥的建设和既有钢桥的使用状况进行分析,结合工程建设和运营管理中涉及疲劳的重点研究领域作了阐述,对钢桥疲劳研究成果的应用作了归纳,并展望了钢桥疲劳研究的前景。
关键词 钢桥 疲劳 整体节点 正交异性 寿命THE KEY TEC HNI QUE ANA LYSIS ON FATI GUE RESEARC HES OF STEEL BRI D GELiu X iaoguang(China Acade my of Railway Science Beijing 100081)ABSTRA CT The construction of long 2spa n steel bridges and the status of e xisted bridges are analyzed.Main fatigue re searches fields are de scribed wit h e nginee ring co nstr uction and ope ration management ,application of the achievements for steel bridge fatigue r esea rc h are induced.Furt her more ,the f oreground of steel bridge f atigue resea rch is prospected.KEY WO R DS steel bridge f atigue integral joints ort hotropic life作 者:刘晓光 男 1961年6月出生 博士 研究员x @11收稿日期61 引 言世界钢(铁)桥的应用和建设已经有200余年的历史,从1779年在英国建造的第一座铁桥到1874年的第一座钢桥,再到1880年建造第一座铁路钢桥,整整经过了百年时间,而此后的100多年则是钢桥发展时代。
开口肋正交异性钢桥面疲劳设计参数研究
Ｆａ ｉｕｅ Ｄｅ ｉ ｎ Ｐａ ａ ｅ ｅ ｓｆ ｒ Ｏ ｒｈｏ ｒ ｐ ｃ Ｓ ｅ ｌＤｅ ｋｓ ｔｇ ｓｇ ｒ ｍ ｔ ｒ ｏ ｔ ｔｏ ｉ ｔｅ ｃ ｏ ｉ ｌ ａ ｂｌ－ ｔ ｙ ｄ Ｂｒｄ ｅ ｆＳ ｎｇｅ Ｐｌｎｅ Ｃａ ｅ Ｓ ａ ｅ ｉ ｇ ｓ
Ｙ ａ ｅ ， ＸＵＸ ｎ Ｑ Ａ Ｇ Ｓ ｉ ｏｇ， Ｈ Ｕ Ｓ ｗ ｉ Ｅ Ｈｕｗ ｎ ｕ ， ＩＮ ｈ ｈ ｎ ｚ Ｏ ｕ ｅ
（ｃｏｌ ｆ ｉｌ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｓｕｈ ｅｔ ｉ ｔｎ ｎ ｅ ｉ ， ｈｎ ｄ １０ １ Ｃ ｉａ Ｓｈｏ ｏ ｖ ｇ ｅｒ ， ｏ ｔ ｓ Ｊ ｏｏｇＵ ｉ ｒ ｔ Ｃ ｅｇｕ６ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｃ ｉＥ ｎ ｎ ｗ ａ ｖ ｓｙ
上， 分析 了 ３种开孔方式 、 造细节 、 构 横隔板厚度及铺装层厚度等因素对疲劳性能的影响． 研究 结果表 明： 横隔板
厚度和铺装层 厚 度 对 疲 劳 性 能 的影 响 很 大 ； 与钥 匙 形 和 圆形 相 比， 果 形 开 孔 结 构 的主 拉 应 力 最 小 ， 苹 为 １ ． Ｐ ， ３７ Ｍ ａ 疲劳 陛能最优 ． 建议开 口肋正交异性板构造横隔板厚度大于 １ ｍ， ６ｍ 并采用苹果形开孔方式． 关键词 ： 正交异性钢桥 面板 ； 单索面斜拉桥 ； 疲劳 ； 试验 ； 有限元分析
ｏ ｈ ｔ ｐｃｓ ｅ ｄ ｃ ｓ ｈ ｒ ｃｐｌｅ ｓ ｎｓ ｅｓ（ ３ ７ＭＰ ）ｎ ａ ｅａｐｅｓａｅ ｕｏｔ ａ ｅ ｒ ｏｒ ｉ ｔ ｌ ｅｋ．Ｔ ｅｐ ｎ ｉａ ｔｎｉ ｔ ｓ １ ． ａ ｅｒ ｈ ｐ ｌ． ｐ ｄｃｔ ｓ ｈ ｔ ｏ ｅ ｉ ｏ ｒ ｔ ｈ ｕｗ ｔ
钢结构桥梁抗疲劳设计的解析
钢结构桥梁抗疲劳设计的解析摘要：随着我国的经济的快速发展，公路桥梁建设项目越来越多。
公路钢结构桥梁具有跨径大、自重轻等特点，由于长期承受自重和车辆荷载循环作用的影响，由于钢结构桥梁应力分布不均，各部分具有不同的疲劳强度，除此以外还有桥梁自身的截面发生突变以及焊接连接的部分和反复应力等等情况造成的裂纹，久而久之会导致桥梁断裂的发生。
由于上述的原因，不同的安全隐患存在于桥梁的服役期间，因此在进设计考虑的时候应当从全局上来进行桥梁结构的设计。
对于疲劳设计而言，在我国现行公路桥梁钢结构设计规范中相对落后，从公路的疲劳问题来看，我们现有的研究认知还不是很全面，因此能够对公路以及桥梁的疲劳进行设计是一项十分必要的工程。
为了降低钢结构桥梁出现疲劳问题的几率，在制订抗疲劳设计方法时，就需要先对影响钢结构桥梁疲劳的因素进行仔细研究。
关键词：钢结构桥梁；抗疲劳设计方法；研究1影响钢结构桥梁疲劳的因素1.1 钢结构材料特性钢结构材料特性的好坏是会直接影响到公路以及桥梁的抗疲劳强度的，其特性所受的影响比较多，除了材料本身的性能之外，钢结构的大小也对其抗疲劳强度造成一定的影响，在起初只有一点点的小裂纹出生，随着时间的推移，之前产生的小裂纹会越来越大，其疲劳的性能也会随之增加，除此以外钢结构的强度增强也会使得其疲劳性能增加，由于这样的原因，还是应当使用强度较为合适的材料。
一般的情况下我们能够总结出，当钢结构表面具有比较高的应力的时候，钢结构的表面在之前一般都会产生裂纹。
1.2钢结构内部和外部因素会对公路结构桥梁疲劳性能而言，钢结构内部因素和外部因素也会对其造成影响，疲劳的性能会因此而发生一定的变化。
公路桥梁的建设结构以及每一个钢构件之间的连接形式都是钢结构构造的一个方面，影响钢结构应力分布的因素包括焊接技术、钢结构制造、焊接处理方法、设计方法等。
钢结构自身缺陷也会影响疲劳性能，除此以外钢结构疲劳的产生还会受到其他外部环境因素的影响，外部影响因素一般包括自然环境发生变化、昼夜温差变化过大、外界施加给桥梁的压力、强冻强高温等。
当代钢桥疲劳理论与设计
当代钢桥疲劳理论与设计当代钢桥是各种桥梁形式中最常见的一种，具有重要的交通功能。
钢桥的设计需要考虑到各种负载条件，其中之一就是疲劳负载。
本文将会介绍当代钢桥疲劳理论与设计，以及欧洲规范中对疲劳设计的要求。
首先，我们来了解一下疲劳。
疲劳是物体在连续受到反复交变荷载作用下发生的破坏现象。
对于钢桥来说，疲劳是由于车流荷载的不断通过而逐渐造成的。
钢桥疲劳实际上是一个复杂的问题，需要综合考虑材料的本身特性、结构的形式和交通负载的影响等众多因素。
目前，工程实践中使用的疲劳计算方法主要有应力幅法和循环应力范围法。
应力幅法是最常用的疲劳计算方法之一，它根据应力历程的变化，以及材料的疲劳性能来评估结构的疲劳寿命。
通过应力幅法，可以得到结构在不同循环数下的疲劳寿命曲线，进而判断结构是否满足设计要求。
循环应力范围法是另一种常用的疲劳计算方法，它通过将应力历程拆分成若干个循环，然后对每一个循环的应力范围进行评估，并根据循环应力范围来计算结构的疲劳寿命。
循环应力范围法相对于应力幅法更加简化，适用范围更广。
在欧洲规范中，对钢桥的疲劳设计有着详细的要求。
根据规范的要求，钢桥的疲劳设计需要考虑桥墩、主梁、横梁和桥面板等结构部件的疲劳寿命。
规范规定了疲劳分级和荷载历程的选择方法，以及疲劳设计的验算方法。
对于疲劳分级，规范根据桥梁的交通量和重要程度将其分为6个疲劳类别。
不同的疲劳类别对应不同的疲劳寿命要求和设计方法。
对于荷载历程的选择，规范提供了一系列的荷载历程，包括不同类型的车流荷载、横风荷载和地震荷载等。
设计时需要根据实际情况选择合适的荷载历程，并进行综合考虑。
在疲劳设计的验算方法方面，规范要求使用极限状态法进行计算。
具体的计算方法包括众多公式和计算规则，需要结合实际情况进行具体设计。
除了上述内容，欧洲规范还对材料的疲劳性能和结构的细节设计等方面有着详细的要求。
在材料方面，规范对钢材的抗拉强度、屈服强度和疲劳极限等性能进行了要求。
正交异性钢桥面疲劳分析方法研究综述
第1期（总261期）2021年1月URBAN ROADS BRIDGES&FLOOD CONTROL科技研究D01:10.16799/ki.csdqyfh.2021.01.050正交异性钢桥面疲劳分析方法研究综述叶九发!，翁怡军!，衡俊霖"（1.中铁二院工程集团有限，成610031；2•深圳大学，广东深圳518060）摘要：正交异性钢桥面构造细节复杂且构件间大量采用焊缝连接，在反复交变车辆载荷的作用下存在突出的疲劳开裂风险，而疲劳试验通常被认为是研究正交异性钢桥面疲劳性能的最直观有效手段。
但疲劳试验周期长、成本 高，直接应用于工程实践的局限性较大。
为此，大量研究者基于数值模拟提出了名义应力、应力、局应力裂力疲劳性能。
的理应用场景各不相同，各有 用件。
关键词'正交异性钢桥面；名义应力应力法；局部应力裂力学方中图分类号：％442.5文献标志码：A文章编号：1009-7716（2021）01-0176-051概述正交异性桥面是通、3P 件焊接成的桥面，2050年代开应用，成为桥的重要⑴o焊接的应用，正交异性桥面能用相较的，局'有较高的，且桥面相，量能20%〜40%o此，正交异性钢桥面被广泛应用于各类桥，不少大桥桥的桥面。
而，正交异性桥面的：风⑴，异性能相应的是反复交变车辆荷载作用下突岀的疲劳。
正交异性桥面存在下1造较为复杂，应力2）大量采用焊接工艺，焊接残余应力大，存在潜在焊接缺陷的可能性大；（3）易疲劳细节数量大；（4）直接承受到车轮荷载的反复作用；（5）早期正交异性桥面焊接施工质量难以保证。
在些因素的共同作用下，正交异性钢桥面容易岀不同程的疲劳裂纹⑵o大量工程和科研机构X正交异性钢桥面的易疲劳造细节行了较为全面的疲劳试验。
但是，疲劳试验的周期较长、成本较高，直接应用于工程实践的局限性较大。
基于此，大量研究者基于数值模拟提岀了各式的疲劳性能。
总，可分成：（1）宏观参数，即名义应力（2）局参数，应力、局收稿日期：2020-08-18作者简介：叶九发（1979―）,男，硕士，高级工程师，主要从事桥梁设计、研究工作。
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。
钢桥疲劳设计方法研究
钢桥疲劳设计方法研究陈惟珍1,D Ko steas 2(11同济大学桥梁工程系,上海200092;21慕尼黑工业大学,德国慕尼黑80333)摘 要:分析了引起钢桥疲劳的各种原因,并对目前国际上最新抗疲劳设计方法作了进一步讨论,对我国钢桥设计将起到一定的推动作用。
关键词:钢桥;疲劳;桥梁设计中图分类号:U 44114 文献标识码:A 文章编号:1003-4722(2000)02-0001-03收稿日期:2000-01-03基金项目:德国学术交流中心资助R estsicherheit und R estlebensdauer aelterer Stah lbruecken (A 96 00240)作者简介:陈惟珍(1962-),男,副研究员,1983年毕业于同济大学桥梁工程系,获学士学位,1986年获硕士学位,1999年毕业于德国慕尼黑工业大学,获工学博士学位,主要从事桥梁CAD 和疲劳断裂研究。
1 概 述结构抗疲劳设计的目的是保证在一定使用可靠水平下整个设计寿命内的结构承载能力,使得结构不会因疲劳而失效或修补。
承受车辆荷载的桥梁可能会因疲劳而遭到破坏,因此在设计中必须对疲劳加以验算[1]。
疲劳验算时要考虑下列因素:(1)精确预测整个设计寿命期间完整的荷载序列;(2)精确计算在此荷载下的结构弹性反应;(3)细节几何形状、制造方法和质量控制主要影响疲劳强度,甚至可能控制结构设计,并极大程度地影响着建造成本。
一般认为疲劳失效通常起始于高应力区,如几何突变处、受拉残余应力区和尖锐的不连续处(按裂纹处理)。
在循环应力作用下,疲劳裂纹起始于此处并逐步扩展。
最终失效发生在剩余截面不能承受荷载峰的情形时。
疲劳裂纹的扩展近似沿最大主应力的垂直方向,其扩展速率呈指数增长,早期增长较慢,占疲劳寿命的大部分。
由于这个原因,在结构中较早地对裂纹进行探测比较因难。
在钢桥设计时,下列可能的疲劳裂纹起始处要加以考虑:①焊缝的根部或焊趾;②倒角;③冲孔或钻孔;④剪开边或锯开边;⑤高接触压力下的表面;⑥张紧索的根部。
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
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二、钢桥抗疲劳设计原理
钢桥疲劳设计方法的探索
道路桥梁Roads and Bridges28钢桥疲劳设计方法的探索周业超（中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014）中图分类号：U45 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2018）09-0028-01摘要：随着钢桥建设规模的扩大，钢桥的结构形式和制造工艺也被不断开发，在现代钢桥建设中，钢桥的性能也越来越被于关注，其疲劳性能也得到了重视。
为了预防钢桥建设中的疲劳性能问题，需要了解钢桥疲劳性能影响因素，分析钢桥疲劳设计的关键参数，根据疲劳设计原则采用合理的疲劳设计方法，让钢桥建设更加稳定，保证桥梁的运营安全。
本文分析了影响钢桥疲劳的因素，总结了钢桥疲劳设计的原则和方法，以供钢桥建设作为参考。
关键词：钢桥；疲劳设计；桥梁设计随着桥梁事业的发展，我国钢桥建设也有了很大的进步，结构构造和制造工艺更加复杂、精细，桥梁的承受荷载逐渐增大，设计安全系数因桥梁的精细化而降低。
在桥梁运营期间，车流量的荷载会随时发生变化，车辆的超载和交通量可能会有所增加，都可能让桥梁的疲劳问题更加明显。
结构抗疲劳设计可以在一定使用中保证桥梁的承受能力，让桥梁结构不会因疲劳而失效或损坏。
通过分析引起桥梁疲劳问题的因素，应用能够解决影响钢桥疲劳性能的设计方法，消除钢桥疲劳问题，让桥梁的运行更加安全。
1 钢桥疲劳影响因素导致钢桥疲劳的因素是钢构件上出现裂纹。
由于荷载量的改变，钢桥构件上的裂纹会不断扩展和增加，导致钢桥构件的性能逐渐降低，最后会因损害而失去性能。
影响钢桥结构疲劳的因素包括材料、构件、构造、加工、荷载等特性。
1.1用于建造钢桥的材料钢桥的材料影响着钢桥的疲劳性能。
建筑钢桥时利用的原材料不同，其中的元素比例不同，会导致钢材料的强度不同，进而影响到钢桥的疲劳性能。
虽然强度大的钢材能够提升钢桥的疲劳性能，但疲劳性能的增加并不明显，性价比不高。
因此对钢桥抗疲劳设计时尽可能不用较高强度的钢材，以免投入更多的成本，而钢桥的性能得不到应有的改善。
midas fea_钢桥疲劳分析
应力类型
①范梅塞斯
节点周围有四个单元时，取范梅塞斯准则的最大、最小应力。
②主应力
首先取主应力的绝对值，当选择最大值时取各最大值中的最大值；当选择最小值时取各最小值中的最小值。
应力值
①平均
取各单元在共享节点上的应力平均值(绕节点平均法)
②最大/最小
取各单元在共享节点上的应力中最大/最小值。
疲劳荷载由几个疲劳荷载组构成，疲劳荷载组由线性分析中的荷载组的应力和用户定义的历程曲线构成。
线性分析的应力结果乘以历程曲线就是疲劳荷载组。多个疲劳荷载组将组成一个疲劳荷载，使用该疲劳荷载进行疲劳分析。
定义荷载谱/应力谱
通过定义集中系数、荷载组、曲线等定义疲劳荷载组。
定义荷载重复次数
输入疲劳荷载重复的次数。
Gerber :按Gerber公式考虑平均应力。
输出
选择要输出的疲劳分析的结果。
损伤度:输出疲劳引起的损伤度，单位是%。
疲劳寿命周期:输出疲劳寿命，用疲劳荷载的反复次数表示。
输出节点
选择输出疲劳分析结果的节点。
边界:模型表面的节点。
全部:所有节点。
选择:选择的网格组内的节点。
疲劳荷载
定义各荷载组的荷载变化历程曲线。程序将对各荷载历程曲线进行线性组合形成一个历程曲线。
四
1.
各荷载组为独立的荷载工况选项说明：
分析工况中各荷载组决定疲劳分析时的变化历程曲线。各荷载组具有不同的荷载曲线和应力集中系数(stress concentration factor)并形成不同的荷载历程曲线(load history curve)。各荷载历程曲线通过线性组合形成一个荷载历程曲线，所以分析时各荷载组应相互独立不关联。
高等桥梁设计理论——钢桥疲劳设计理论
3.荷载谱与应力谱
雨流法图
3.荷载谱与应力谱
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
3.荷载谱与应力谱
3.1 荷载谱定义： 设计基准期内构件所经历实际运营荷载按其大小及出现次数
全部罗列即为荷载谱，也称活载频值谱。 主要处理方法： 计算方法；（计算每一类车通过，结构内力变化历程，然后将所有历程
累加，要考虑设计荷载和实际荷载的差别的处理）
实际调查测试；（实际荷载） 典型列车或典型车辆。（以此代表复杂的变化车辆，有了典型列车或
3.2 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。 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）从谷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。 （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。
循环的应力幅 i 。
（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 i 。
3.荷载谱与应力谱
钢结构桥梁的疲劳设计要点分析
钢结构桥梁的疲劳设计要点分析摘要：随着我国发展建设速度的不断加快，桥梁工程项目的数量随之增多，若想确保其质量符合预期要求，就必须要合理应用各类现代化技术手段，并做好各项设计工作，如疲劳设计便是钢结构桥梁的要点内容之一，应对其进行合理的优化，从而避免在后续应用中发生问题。
下面将对钢结构桥梁的疲劳设计进行分析论述，结合各类外在与内在影响，通过调整确保投入使用的安全性和耐久性，减少桥梁工程的质量安全隐患，推动我国实现可持续发展。
关键词：钢结构桥梁；工程建设；疲劳设计前言桥梁工程与我国的发展建设息息相关，在各类现代化手段的带动下，其施工方式也在不断增多，钢结构便是当前的常用方法之一，在实际工作开展中不仅要加强施工管理和质量控制，还需要对疲劳设计加大关注力度，提高其应用的安全性和耐久性，通过进行全面调整避免埋下风险隐患。
同时，在建设中要结合建设情况预先制订疲劳设计的方案，且需要充分了解施工的重点和难点，以此对各个环节操作进行控制，从而确保作业的安全与质量，使工程能够契合当前时代的需求，为我国实现全面发展奠定坚实基础。
1 钢结构桥梁疲劳设计概述1.1钢结构桥梁建设钢结构与传统结构存在一定的差异，其在实际应用中主要通过各构件连接来设定结构，且搭建技术较为简单，通过人工配合吊装的方式即可完成全过程的焊接组装，提高整体承载力。
钢结构需要应用大量钢筋、钢制骨架结构、钢钉和膨胀螺栓等相互配合，按照标准规定预先出具图纸，从后续的实际应用入手对其进行设计构思，并在此基础上进行整体化评估，提高路桥的使用寿命，避免后续运营中发生交通事故问题，从而为后续发展建设提供基础保障[1]。
1.2钢结构疲劳设计在调查分析中发现，多数事故都是由于设计不当而引发的，为此在实际建设中必须重视设计构思这一基础部分，要结合后续交通运输的要求调整疲劳设计的要点，保证安全性性和稳定性性。
钢架桥梁结构自身的承压能力和稳定性能是影响其使用年限的根本性因素，处理不当可能会发生裂缝现象和断裂现象，且随着疲劳裂纹不断加重会导致钢结构桥梁开裂，最终影响钢结构桥梁的正常使用，为此要意识到疲劳设计的重要性，并针对问题不断优化设计方案。
钢桥设计论文——钢桥的疲劳
现代钢桥设计论文——钢桥疲劳分析09级土木（6）班11S050901609 林波一、概论疲劳是导致现代钢桥使用寿命缩短的主要原因之一。
因此，在设计、制造、架设以及后期的维护中需要特别注意钢桥构造细节的疲劳问题。
但是，目前在役铁路钢桥由于设计、施工水平的局限性和环境因素的影响，许多旧桥在通行高速重载列车时的运营能力已明显不足，于是如何对铁路钢桥进行疲劳损伤检测和剩余寿命预测已成为国内外学术界、工程界研究的热点。
在此我从导致钢桥疲劳的原因出发，分析了钢桥疲劳破坏的特点。
同时在此基础上，总结了防止钢桥疲劳破坏的一些方法。
二、我国钢桥发展历史从钢桥200余年的发展史来看，钢桥的发展紧紧追随着钢的材料和制造技术的进步。
我国早在1888年就开始了钢桥的建设，到现在有100多年的历史了，但建国以前所建的钢桥，跨度都很小，建桥的钢材是进口的，结构是铆接的，采用工艺很简陋。
稍大一点的桥梁大都由外国商人承建，本国技术人员自行建造，具有代表性的钢桥是1937年建成的浙赣铁路钱塘江公铁路桥。
建国后，钢桥技术发展很快。
1956年借用原苏联的钢材和技术，建成京广铁路武汉长江公铁路大桥。
1968年用国产16Mnq钢完全依靠自己的力量建成南京长江公铁路大桥。
20世纪60年代中期，为加快铁路建设，在成昆铁路修建中，系统的研究发展了栓焊钢桥新技术，一举建成各种不同结构形式的检焊钢桥44座。
结束了在我国使用了近100年的铆接钢桥的历史，这在钢桥发展史上是一个很大的进步，为我国钢桥技术发展开展了新纪元。
钢桥在改革开放后发展很快，1993年建成杨浦公路斜拉桥，1996年建成长江西陵峡公路大桥及江阴长江公路悬索桥等。
三、钢桥所用的材料钢桥所用的钢有碳素钢，低合金钢。
现代钢桥用材最多的是钢板。
用钢材制造成钢桥，要经过许多机械加工工艺和焊接工艺。
制成后要承受很大的静、动力荷载与冲击荷载。
因此被选作造桥的钢材，既要能适应制造工艺要求，又要满足使用要求。
公路钢结构桥梁的疲劳设计
公 路 钢 结 构 桥 梁 疲 劳 设 计 方 法
而 有 限 寿命 设计 的构 件应 力设 计 值 在 疲 劳 极 限 值 之 上 ．从 图 １ 中 的 前 半 部 折 线
部 分 ，可 以知 道 在 这 些 区 域 内 的钢 结 构
的增 加 ，呈现 出微 弱 的增 加 趋 势 所 以 公 路钢结 构桥 梁疲 劳设 计 对公 路钢 结 构 桥梁 的设 计 ．采 用强 度 较
陷 产 生 很 大 的影 响 。
而 将公 路 钢 结 构 桥 梁 的 无线 寿 命 设 计 演
变 为 有 限寿 命 设 计 。 影 响 公 路钢 结 构桥 梁 疲 劳性 外部 因素 影 响 公 路 钢 结 构 桥 梁 疲 劳 性 能 的 安全 寿命设 计 能的 因素 根 据 多 年 的 公 路 钢 结 构 桥 梁 设 计 因素 除 了 以上 两 种 类 型 外 外 部 因素 也 安全 寿命 公路 钢结 构桥 梁 设计 ， 经验 ．对 公路 钢结 构桥 梁 疲 劳性 能 产 生 会 对 公 路 钢 结 构 桥 梁 疲 劳 设 计 产 生 一 定 这 种 设 计 方 法 可 以保 证 公 路 钢 结 构 桥梁 影 响 的 因 素 有 很 多 ，综 合进 行分 析 ，可
结 构 构 造 对 公 路 钢 结 构 桥 梁 疲 劳 方 法 在 钢 结 构 桥 梁 设 计 的 过 程 中 ．要 求
抗 疲 劳 性 是 影 响 钢 结 构 桥 梁 使 用 寿 命 的 设 计 的 影 响 主要 体 现 在 ，导 致 公 路 钢 结 结 构 设 计 的 应 力 低 于 钢 结 构 桥 梁 疲 劳 极 主 要 因素 之 一 。为 了将 公 路 钢 结 构 桥 梁
桥 梁 隧 道 Ｉ Ｂ Ｒ Ｉ Ｄ Ｇ Ｅ ＆ Ｔ Ｕ Ｎ Ｎ Ｅ Ｌ ■
正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能研究
正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能研究随着城市快速发展和交通运输需求的增加，桥梁作为城市交通的重要组成部分，承担着巨大的负荷。
而桥面板作为桥梁的承载面，对桥梁的正常运行起着至关重要的作用。
然而，在桥梁使用过程中，桥面板的连接接头往往是容易出现疲劳破坏的部位。
正交异性钢桥面板是一种常用的桥梁结构形式，其接头的疲劳性能对桥梁的安全运行具有重要影响。
因此，对正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能进行研究，对于提高桥梁的使用寿命和安全性具有重要意义。
首先，该研究通过采集实际工地接头的疲劳损伤数据，分析了接头的疲劳破坏模式和破坏机制。
结果表明，工地接头的疲劳破坏主要集中在焊接缺陷和应力集中区域，而接头内部的细微裂纹是导致破坏的主要原因。
接着，研究团队设计了一套正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能试验方案，采用载荷循环加载的方法对接头进行疲劳试验。
通过对试验结果的分析，发现接头的疲劳寿命受到多种因素的影响，包括焊接质量、应力集中系数和荷载水平等。
同时，还发现了接头的疲劳寿命与材料的强度特性之间存在一定的相关性。
最后，研究团队提出了一些改进措施，以提高正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能。
其中包括优化焊接工艺，提高焊接质量；增加接头的强度，减小应力集中系数；合理设计桥梁荷载，减小接头受力。
通过这些改进措施，能够有效延长接头的使用寿命，提高桥梁的安全性和可靠性。
综上所述，正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能研究对于桥梁的安全运行具有重要意义。
通过分析疲劳破坏模式和机制，进行疲劳试验以及提出改进措施，可以有效提高接头的使用寿命和安全性。
相信随着该研究的深入，正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能将得到进一步提升，为城市交通运输的发展提供更可靠的支撑。
公路钢结构桥梁的疲劳设计研究
公路钢结构桥梁的疲劳设计研究发表时间：2018-01-29T15:16:49.210Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第26期作者：杨景麟[导读] 研究了公路钢结构桥梁抗疲劳的设计方法，先从钢结构桥梁疲劳的问题和影响因素出发。
浙江西城工程设计有限公司山西分公司山西太原 030006摘要：桥梁运营期间所面临的车辆荷载作用具有高度随机性，再加上超载和重载现象及交通量的增长，这种可变和往复荷载作用，使桥梁的疲劳问题更加突出。
本文将系统分析影响公路钢结构桥梁疲劳性能的主要因素，剖析疲劳问题的形成机理和破坏原因；给出开展公路桥梁抗疲劳设计的基本要点，保障桥梁的运营安全。
关键词：公路钢结构桥梁；抗疲劳设计方法；研究引言研究了公路钢结构桥梁抗疲劳的设计方法，先从钢结构桥梁疲劳的问题和影响因素出发，再对抗疲劳设计方法及其重点进行阐述，论述其设计规范和实际应用中的问题后做出总结，为我国公路钢结构桥梁抗疲劳设计提供一些科学的参考，对我国其他交通行业钢结构桥梁抗疲劳设计规范的制定也有着借鉴意义。
1钢结构桥梁的优点钢结构具有强度高、自重轻的优点，以常用材料Ｑ345钢材与C50混凝土对比，钢材的抗压强度为混凝土的12倍，而密度仅为混凝土的3.2倍，因而对相同承载力要求的构件，材质采用钢材比混凝土构件断面小，自重轻。
钢构件采用空腹截面和格构型式来增大截面惯性矩，很大程度上提高了材料利用率，减轻结构重量。
一般钢结构比钢筋混凝土结构减轻自重约1／3-1／2。
钢结构抗震性能好，钢材与混凝土比较：①钢材具有强度高、自重轻的优点，因而抗震性能优越。
地震作用在结构上的荷载是结构反应加速度和质量引起的惯性力，因此，减轻自重即减小地震作用力，提高了抗震性能；②钢材具有塑性变形好、耗能强的优点。
钢材组织均匀，接近各向同性，为理想的弹塑性体，钢材的延伸率在20％以上，可使结构刚度减小，结构自震周期增大，衰减地震波，减小地震破坏、保证了结构安全。
当代钢桥疲劳理论与设计(欧洲规范)
160
C
5 Bundle of parallel strands
160
6 Bundle of parallel wires
160
2
影响疲劳性能的若干因素
EN 1993-1-11 中高强钢的疲 劳细节 6种
1 钢结构疲劳概述
2）结构细节
影响疲劳性能的若干因素
2）结构细节 在EN1993-1-9中将结构细节的疲 劳强度分为14大类。
应力状态 序号 105
1
434
2
380
3
339
4
304
5
271
6
244
7
217
8
193
9
171
10 152
11
136
12 122
13 109
正应力 Δσ
14
98
剪应力
Δτ(m=5)
15 146
2 疲劳设计的几种方法
细节类型 2×106
160 140 125
112
100
90 80 71 63 56 50 45
的深度和长度，根据荷载循环次数和应力幅，计算出材料的应力强度 因子设计值，再根据材料冲击功和设计最低温度等影响因素计算出含 裂纹材料的断裂韧性，根据材料的断裂韧性和应力强度因子计算出极 限裂纹长度，在疲劳裂纹的长度发展到极限裂纹长度的30%-50%时及 时对疲劳裂纹进行修补。
7
3）损伤容限法
2 疲劳设计的几种方法
1 钢结构疲劳概述 镜面抛光
精磨
机械加工
热轧
锻造 盐水腐蚀
700
1000 1300
抗拉强度 (Mpa)
加工时的划痕、碰伤(尤其 在孔、台阶等高应力区)，可能是潜在的裂纹源，应 当注意防止碰划。高强螺栓在推刀槽处断裂。
正交异性钢桥面板构造优化及疲劳性能研究的开题报告
正交异性钢桥面板构造优化及疲劳性能研究的开题报告一、研究背景和意义钢桥面板在桥梁工程中起着重要的作用，它是承受车辆荷载的重要承载构件。
然而，目前钢桥面板在设计时常常存在构造不合理、疲劳性能不足等问题。
因此，对钢桥面板构造和疲劳性能进行研究，具有重要的现实意义和工程应用价值。
本研究重点探究正交异性钢桥面板的构造优化以及其疲劳性能的提升。
正交异性钢桥面板由于其特殊的构造形式，其承载能力较强，但也存在一些缺陷，如制造工艺要求高，实用性较差等问题。
因此，开展正交异性钢桥面板构造优化和疲劳性能研究，将有助于进一步完善钢桥面板的结构设计及其工程应用。
二、研究内容和目标本研究拟从以下两个方面展开研究：1. 正交异性钢桥面板构造优化研究正交异性钢桥面板是一种新型材料，其独特的结构形式能够使得其承载能力得到优化。
但是当前正交异性钢桥面板在研究和应用过程中还存在一些问题，如制造难度大、材料成本较高等。
因此，需要深入研究正交异性钢桥面板的材料性能，优化其结构设计，使其能够更好地应用于桥梁工程中。
本研究将通过建立正交异性钢桥面板的数学模型，对其进行数据分析，并借助有限元分析软件进行模拟仿真。
通过优化分析，得出正交异性钢桥面板的最优设计方案，并进行实验验证。
2. 正交异性钢桥面板疲劳性能研究钢桥面板在长期使用过程中，常常会受到重复荷载的作用，从而导致疲劳损伤。
因此，对钢桥面板的疲劳性能进行研究，有助于提高其使用寿命和安全性能。
本研究将通过疲劳试验以及数值模拟方法，研究正交异性钢桥面板的疲劳性能，并分析其损伤机理。
同时，将探究不同材料和结构设计对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响，为其应用于实际工程提供参考和指导。
三、研究方法和技术路线本研究将采用以下主要方法和技术：1. 数学建模方法：建立正交异性钢桥面板的数学模型，对其进行分析和优化设计。
2. 有限元分析技术：借助有限元分析软件，对正交异性钢桥面板进行模拟仿真。
3. 疲劳试验技术：通过实验室疲劳试验，研究正交异性钢桥面板的疲劳行为，并对其进行损伤分析。
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钢桥疲劳设计方法研究陈惟珍1,D Ko steas 2(11同济大学桥梁工程系,上海200092;21慕尼黑工业大学,德国慕尼黑80333)摘 要:分析了引起钢桥疲劳的各种原因,并对目前国际上最新抗疲劳设计方法作了进一步讨论,对我国钢桥设计将起到一定的推动作用。
关键词:钢桥;疲劳;桥梁设计中图分类号:U 44114 文献标识码:A 文章编号:1003-4722(2000)02-0001-03收稿日期:2000-01-03基金项目:德国学术交流中心资助R estsicherheit und R estlebensdauer aelterer Stah lbruecken (A 96 00240)作者简介:陈惟珍(1962-),男,副研究员,1983年毕业于同济大学桥梁工程系,获学士学位,1986年获硕士学位,1999年毕业于德国慕尼黑工业大学,获工学博士学位,主要从事桥梁CAD 和疲劳断裂研究。
1 概 述结构抗疲劳设计的目的是保证在一定使用可靠水平下整个设计寿命内的结构承载能力,使得结构不会因疲劳而失效或修补。
承受车辆荷载的桥梁可能会因疲劳而遭到破坏,因此在设计中必须对疲劳加以验算[1]。
疲劳验算时要考虑下列因素:(1)精确预测整个设计寿命期间完整的荷载序列;(2)精确计算在此荷载下的结构弹性反应;(3)细节几何形状、制造方法和质量控制主要影响疲劳强度,甚至可能控制结构设计,并极大程度地影响着建造成本。
一般认为疲劳失效通常起始于高应力区,如几何突变处、受拉残余应力区和尖锐的不连续处(按裂纹处理)。
在循环应力作用下,疲劳裂纹起始于此处并逐步扩展。
最终失效发生在剩余截面不能承受荷载峰的情形时。
疲劳裂纹的扩展近似沿最大主应力的垂直方向,其扩展速率呈指数增长,早期增长较慢,占疲劳寿命的大部分。
由于这个原因,在结构中较早地对裂纹进行探测比较因难。
在钢桥设计时,下列可能的疲劳裂纹起始处要加以考虑:①焊缝的根部或焊趾;②倒角;③冲孔或钻孔;④剪开边或锯开边;⑤高接触压力下的表面;⑥张紧索的根部。
除上述细节设计的情况外,疲劳裂纹也可能由冶炼、制造和施工等其它原因引起:①材料不连续(如空洞、夹渣)或焊接缺陷;②由机械损伤而形成的刻痕或擦痕;③腐蚀处。
引起疲劳的可能外因有如下几个方面。
(1)荷载具有较高的动静比:比如运输工具、吊机、桥梁等。
(2)荷载频繁作用:它导致应力循环次数增加。
细长结构或构件具有较低固有频率会产生共振,因此放大动应力,比如在风荷载作用下。
(3)采用焊接:某些焊接细节的疲劳强度较低。
(4)复杂接头:复杂接头由于传力路径变化,常常导致较高应力集中,它们对极限状态影响很小但对疲劳强度影响很大。
如果疲劳控制设计,那么接头形状应该保证光滑和简洁,以便应力能够精确计算控制,制造与检测能满足规范要求实施。
(5)环境:在某些热和化学环境中,如果表面没有防护,疲劳强度要降低。
2 疲劳设计方法无限寿命设计: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劳荷载的上限来计算损伤。
它提供一个较保守的疲劳寿命估计,在使用寿命期内,结构的检测一般不予考虑。
损伤容限设计: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,部分构件要加以修补或更换。
此方法适用于应用安全寿命方法影响经济性和细节具有较高疲劳开裂风险时。
它带来比安全寿命方法较高的结构失效风险。
依据试验设计:此方法归类于从规范或其它资料中不可能得到必要的受载应力、疲劳强度或裂纹增长数据的情况。
2.1 无限寿命设计1钢桥疲劳设计方法研究 陈惟珍,D Ko steas无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,按其最大者小于构件等幅疲劳极限的强度条件进行设计。
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。
2.2 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似,都是根据疲劳细节的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,亦即等幅疲劳极限。
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引起疲劳强度的下降,。
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。
由于有限寿命的设计应力一般都高于疲劳极限,而S～N曲线的斜线部分的疲劳寿命各不相同,这时就不能只考虑最高应力,而需要按照一定的累积损伤理论估算总的疲劳损伤。
一般在桥梁疲劳设计中都采用由Palgren2M iner提出的线性损伤累积理论。
预测的结构运营历史常用加载序列和频率来表达,再分析潜在起裂处的应力历史。
采用安全寿命设计方法的条件是: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。
应用安全寿命设计方法的计算过程是:(1)得到一个设计寿命期内运营受载序列的上限估计;(2)计算在潜在起裂处的应力历史;(3)采用名义应力时,要用一个适当的应力集中系数修正几何应力集中区的影响;(4)采用计数法(如雨流法)将应力历史变成不同的应力幅∃Ρi和相应的循环次数n i;(5)按应力幅Ρi递减排列形成应力谱;(6)查细节分级,对相应的细节等级和应力幅∃Ρi 找出使用极限N i;(7)使用迈尔纳规则计算总损伤D lD l=2n i N i(1) (8)计算安全寿命T sT s=T l D l (其中,T l为设计寿命)(2) (9)如果T s<T l,即设计不满足要求时,可以进一步作如下选择:第一,重新设计构件,减少应力水平;第二,改变细节设计,使其具有一个较高的疲劳等级;第三,采用损伤容限方法设计。
2.3 损伤容限设计使用损伤容限方法的前提条件是:①裂纹起裂始于或贴近表面;②所在潜在起裂处设计寿命内的损伤D l超过1.0;③所采用的探测方法可行;④在维护手册中要指明裂纹位置。
预设检测间隔需要考虑一次漏检,即T i≤0.5T f(3) 其中,T f为从可探测裂纹l d到临界长度l f的时间(见图1)。
图1 损伤容限方法的检测策略表面裂纹的最小暴露长度l d考虑了探测可能性、裂纹位置、可能的表面条件和检测方法,见表1。
在有永久构件阻碍使裂纹不能靠近探测时,应考虑加上相应长度作为计算长度l d。
在钢板很厚或起裂位置不可触及处(如空心焊接接头内部),这时应用超声波探伤。
在l f时的静截面应能承受最大静拉力,不致发生裂纹失稳扩展[2]。
表1 可探测表面裂纹长度的最小值检测方法表面裂纹长度的最小值 mm光滑表面粗糙表面(焊缝表面)尖角(焊趾)观察或采用辅助放大203050流体渗透51015 在计算T f时采用断裂力学原理,裂纹形式简化为表面半椭圆形和埋藏的椭圆形[3]。
在交变应力作用下,裂纹前沿在深度方向的扩展可按下式计算:d ad N=A(∃K)m=A(∃ΡYΠa)m(4)其中,A和m为材料常数,Y为几何修正因子,它取决于裂纹形状与方向、细节几何边界条件和所受应力形2桥梁建设 2000年第2期式。
对于简单情形,其表达式可从应力强度因子手册中查找,对于复杂几何细节,可采用有限元方法计算[4]。
若裂纹发生在焊趾处,再需进一步乘上一个放大系数M K ,考虑局部应力集中影响。
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。
每个应力序列中应力是从大到小排列。
对每级常幅应力循环,裂纹增长计算采用与R 相应的裂纹增长曲线,见图2。
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(R =0.8)或常值应力强度因子下的裂纹增长曲线。
图2 裂纹增长曲线裂纹从l d 增至l f 的应力循环数可以通过积分(4)式求出:N =∫l fl dd aA (∃ΡY Πa )m (5) 维护时需要考虑下列情况:①测到裂纹小于l d 时,则不需修补。
②测到裂纹大于l d 时,确定不加修理时的安全寿命,增加有问题处的检测频率。
③测到裂纹超过l f 时,结构应立即退出工作。
2.4 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、受载历史不是确切已知或构造细节太复杂,那么要依据疲劳试验进行设计。
通过试验验算设计细节的疲劳强度,可作为上述设计方法的替代方案。
试验以完整原型或构件中的细节部分,试验时还必须与材料、细节尺寸和制造方法相符合。
3 结 语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,裂纹扩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。
参 考 文 献:[1] D Ko steas .Zum Betriebsfestigkeitsverhalten von A lum ini 2um [J ].Stah lbau 67(1998),Sonderheft A lum inium .111-130.[2] Chen W eizhen .R estsicherheit und R estlebensdauer aelter 2er Stah lbruecken auf der Basis bruchm echanischer V er 2fah ren m ittels F inite E lem ent M ethoden [A ].In :Berich te aus dem Konstruk tiven Ingenieurbau ,3 99.T echnische U 2niversitaet M uenchen ,1999.[3] Chen W eizhen .Si m ulati on der R issausbreitung und Sp roedbruchnachw eis in Schw eissverbindungen [R ].Bauinge 2nieur ,In V o rbereitung .[4] 陈惟珍.有限元方法计算J 积分[J ].计算机辅助工程,2000,(1):56-641Study on Fatigue D esign M ethods for Steel Br idgesCH EN W ei -zhen 1,D .Kos teas2(1.D epartm ent of B ridge Engineering ,Tongji U niversity ,Shanghai 200092,Ch ina ;2.T echnical U niversity of M unich ,M unich 80333,Ger m any )Abstract :V ari ou s facto rs cau sing fatigue in steel b ridges are analyzed .T he up 2to 2date m ethods fo r steel structu re fatigue design having been u sed in ternati onally are discu ssed .T he analysis and discu ssi on s p resen ted in the p aper w ill be helpfu l ,to som e ex ten t ,to p rom o te the steel b ridge design in ou r coun try .Key words :steel b ridge ,fatigue ,b ridge design3钢桥疲劳设计方法研究 陈惟珍,D Ko steas。