钱冬生--关于正交异性钢桥面板的疲劳
关于正交异性钢桥面板的疲劳——对英国在加固其塞文桥渡时所作研究的评介钱冬生3提 要 对英国塞文桥渡正交异性板构造的疲劳裂纹产生的原因、所作试验及对其疲劳寿命计算作了介绍,并进行了探讨。
关键词 英国 塞文桥渡 钢正交异性板 疲劳3教授,610031,西南交通大学1 塞文桥渡的原结构塞文桥渡包含:中跨988m 的塞文悬索桥,中跨234.7m 的瓦埃斜拉桥,跨度61.7～64.0m 的连续梁(引桥)。
其钢梁为全部采用正交异性钢桥面板的单室单箱截面梁。
钢正交异性板桥面是在第二次世界大战之后于50年代初期出现的。
开始时纵肋用开口截面,在60年代逐渐改为闭口截面。
由于制造工艺使闭口纵肋长度受到限制,其设计长度以相邻两横梁之间的距离来决定。
在塞文桥渡,此长度为4.572m (悬索桥范围内)和4.267m (其余部分)。
纵梁两端抵住横梁,用角焊缝作连接(横梁实质上由横肋及横隔板组成,将箱梁的部分顶板和底板当作横梁的翼缘使用;横梁高度与箱梁高度相同。
)。
按照悬索桥的设计说明,强度和刚度都不控制加劲梁。
因此,钢材厚度主要按制造和安装要求决定。
面板厚度为11.5mm ,纵肋厚度为6.4mm ,角焊缝焊脚为6mm 。
图1为英国TRRL (T ran spo rt and Road R esearch L abo rato ry ,运输和道路研究试验所)所用试件的截面,其中(a )完全按塞文桥渡各钢梁的尺寸办理,(b )表示改进方案,将纵肋截面从梯形改为V 形;在纵图1 TRRL 试件截面肋同横梁相遇处,在横梁开孔,让纵肋穿过。
还需指出:塞文悬索桥在压低造价方面有些过火。
它省去储梁场地,省去运梁驳船;只是需要在梁段端头敞口处,用一厚5mm 的横隔板充当“封头板”,使梁段变成浮体;既可在水上储存,又可用拖船直接将它推顶到桥位。
这样一来,封头板上端便同梯形纵肋下缘相焊,而这一焊接构造就使纵肋在运营中开裂。
2 英国桥规BS 5400第10篇英国B S 5400第10篇是1980年公布的。
其译本见文献[1],对其主要部分、特别是其从文献[3]制订焊接构造分级的经过,见文献[2]。
此规范的优点,在于讲明基本原理,那就是凭借荷载频值谱来推算验算点的应力频值谱,再用M iner 的线性积伤规则,将应力频值谱换算成常幅加载的应力,借以同验算点的疲劳抗力相比,若前者不大于后者,则验算就是通过。
文献[1]p 182的插页内的表11,或文献[2]p 84的插页内的图3-11,都是该规范的典型营业车荷载。
而文献[1]p 181的图10-17则是迹线分布频数图,这就是说,当某验算点的应力在横桥方向的影响线很短而纵标变化剧烈时,需要将横向影响线按100mm 宽度划分成10多份,按这图所给分布频数推算各份之内的车数,再按影响线纵标推算相应的应力,从而推出应力频值谱。
文献[4]p 1所介绍的疲劳检算方法,就指出了要使用文献[1]的表11和图10-17。
关于验算点的疲劳抗力,文献[1]在第10篇附录H 用表17a 、b 、c 的图和文字说明了各种构造按疲劳抗力所进行的分级,包含A 、B 、C 、D 、E 、F 、F 2和G 以及W ,而附录A 则用S 2N 关系(致伤应力脉—加载次数)表达不同分级构造对疲劳的抗力。
由文献[2]所介绍的制订这项构造分级的经过可知:所用作依据的疲劳试验的试件,一般是承受轴向力的小试件。
因此,在这一规范正文第5.4条(见文献[1]p 115)明确指出:表17中的各分级不适用于公路桥正交异性钢桥面板的焊接构造。
8 桥梁建设 1996年第2期3 塞文桥渡钢梁裂纹的修复文献[5]明确指出:塞文桥渡的钢梁只是在下列三种构造发现开裂,经试验研究,拟订了修复、加固措施,并成功地实现。
3.1 封头板同纵肋下缘焊连处的开裂在桥梁开通5年时就已发现。
这是因为纵肋在汽车荷载下要下挠,而封头板顶住纵肋,不让它下挠,使纵肋在局部产生很高的应力。
开裂从焊缝端头开始,接着向焊缝之内,以及纵肋基材的纵向及横向发展。
经将封头板切开,对裂缝进行补焊。
经按单件制成试件,并用静力试验来量测汽车荷载使开裂点所致的最大应力脉动量,知其为77N mm2。
通过疲劳试验及推算,知这种补焊构造的使用寿命只是3至5年。
经将纵肋下缘开裂处切除,使用高强螺栓及拼接板来传力(以越过切口);先用单件为疲劳试件,继而按板段制为试件,经证明这种构造在应力脉为77N mm2之下的寿命超过120年。
于是,按这种构造在桥上修补了3处,并装配量测仪表,以便TRRL进行应力测读。
在使用达7年之后,将这种构造拆下来检查,没有发现异常。
全桥共进行了这种修补160处。
到文献[5]发表时,一般已使用了10年,其行为堪称满意。
进行每一个这种修补,需20个工时。
3.2 纵肋端头用角焊缝连在横梁处的开裂纵肋的壁厚,横梁(横肋)的腹板厚,都是6.4mm。
在纵肋端头和横梁之间,用6mm角焊缝作连接。
桥梁开通11年时,发现角焊缝开裂。
其初用静力试验来量测该处因荷载所生应力,发现其差异能达3倍,猜想这是和制造尺寸及装配误差有关。
经按原设计制成若干单件和一个板段进行疲劳试验,其结果是离散性颇大,只能将其抗力分级按B S5400第10篇的G级(最差的一级)考虑。
再按规范的典型营业车荷载谱进行推算,发现原构造的疲劳寿命只是6年。
为使疲劳寿命达120年,需将此值放大20倍。
但在对此桥的这一开裂出现频率进行认真考察,并将桥上实际通过的车辆重量同设计中的采用值对比后,认为:只需将寿命放大9倍,也就是将抗力分级从G提高到D就行。
曾经提出过好几种修补方案,先是进行单件疲劳试验进行筛选,再对其疲劳抗力较高者按板件进行疲劳试验来验证。
筛选时落选的主要是:①加大角焊缝的脚长,或加大熔深,原因是其对抗力的提高很有限;②高强栓构造,原因是纵肋及横梁间的构造尺寸变异性大,使拼接板的预制有困难;纵肋是闭口截面,安置螺栓不方便;工作地点狭窄,非有专用工具不行;③用粘合剂将小连接板粘在这里进行补强,工艺质量不稳定,疲劳抗力也提高不多;④将小连接板改为用焊接作连接,其效果比用粘合剂者为优,但它还不如将小连接板改为“兜底板”。
最终采用的兜底板截面尺寸是8mm×40mm,长度大约400mm,每纵肋的每一端用一块。
将它加热,借能置在纵肋下面,照纵肋形状来弯曲、密贴于纵肋下缘,并靠着横梁;然后用角焊缝将它的一边焊于纵肋,另一边焊于横梁上。
为提高其疲劳抗力,还用小锤敲击其焊缝趾部。
经用板件作疲劳试件,证实其疲劳抗力远远高出D级。
这样的每个修补,需耗30个工时。
对于这里的荷载应力特性以及残余应力,文献[5]未加讨论。
这在下面4.2再讲。
3.3 纵肋边缘用角焊缝连于面板处的开裂此桥原用的角焊缝脚长是6mm,通车11年后发现这里有裂纹。
经按原构造制成疲劳试件,试验结果表明其抗力是F级。
若将现有角焊缝铣去,在纵肋壁开坡口,用多趟仰焊,让角焊缝焊脚达9mm,有效厚度(喉深)达7.5mm,则所得构造的疲劳抗力能越过D级,能满足要求。
当时所遇的困难是工艺问题。
用于铣削的设备,需要满足4个条件:①因为桥面板不很平,纵肋不太直,而钢材又较薄,如铣削过度就不易补正,故对于机具的走行轨道和切削深度需要精确控制;②铣削是在不中断行车条件下进行的,机具应能适应面板因通行活载所发生的总体及局部挠度;③机具装置在桥面板之下,其工作需仰着向上进行,对意外情况(例如停电)下的安全需有保证;对于纵肋,不容许钻孔;④箱梁进入孔的尺寸是600mm ×300mm,机具必需能通过此孔;箱内空间有限,机具的装拆及操纵至多只容许两人同时工作。
TRRL经将机具的研制发包给制造工程研究所(P roducti on Engineering R esearch A ssociati on)进行。
条件是:机具不能用人工手持(因总修补长度达50km,历时很长;而在焊接完成之后,对于坡口尺寸又无法检查,这就不能依靠手持工具);每次铣削长度为1m(在不中断行车条件下,为了安全,每次所能铣去的焊缝长度至多只能是1m)。
最后采用的设备,是用立在箱梁底板的门架(其柱的长度可用气缸及压缩空气调节),在门架上面装设轨道,在轨道上设置装有机具的跑车,让机具通过可调节的球面支承抵紧桥面板和纵肋,而铣削深度都是以相对于桥面板和纵肋来决定。
在将这套设备在实验室和实桥反复调试并修改之后,乃决定采用。
其铣削速度是20mm m in;对每一长4.57m的纵肋,需耗40个工时。
对于开裂断面的位置,文献[5]没有说明,这将在本9关于正交异性钢桥面板的疲劳——对英国在加固其塞文桥渡时所作研究的评介 钱冬生 文4.1按文献[4]补列。
4 正交异性钢桥面板有6种构造需要考虑疲劳文献[4]对这6种构造有所论述,今将它们逐个介绍如下。
同时摘述文献[6]专门论述纵肋边缘对桥面板的焊连。
4.1 纵肋边缘用角焊缝连于面板的构造(1)对于连续的角焊缝构造,疲劳开裂可以发生在焊缝根部,断口穿过焊缝;也可以发生在焊缝趾部,断口穿过基材(在本情况下,或是穿过纵肋壁,或是穿过桥面板)。
按荷载位置及加载方向,开裂敏感点所受应力可以是拉或压,这就影响到开裂断面的位置。
(2)验算点的选择。
按照老观点,验算点应该选在开裂敏感点,这样,焊缝根部和趾部的应力便是验算对象。
但是,这些点的应力很难量测;一般只能在其附近量测几点,而后进行外插。
文献[4]乃决定:将验算点取在离焊根(理论点)15mm 处;在做静力试验来决定应力影响线纵标及进行疲劳试验时,应力值都按贴在这里(离焊根15mm 处)的电阻应变计来决定。
这种做法的优点是:①应力不受焊脚大小及焊趾几何缺陷的影响;②不同试件的成果可以直接相比;③在疲劳验算中,作用应力和疲劳抗力都取在同一点;④这一应力可以直接量测。
图2表示疲劳试验的一种加载情况,在其左上的大样内,标出验算点(离焊根15mm )及应变计位置。
试件宽度(在垂直于纸面方向)是305mm 。
在荷载作用下,试件内的桥面板和纵肋壁都将受弯(可以将图示构造当作一宽度不变的刚架考虑)。
图2 纵肋对桥面板的焊接及单体疲劳试验(加载情况,应力测点位置)应变计所量测的,就是弯矩所致表面(外缘)法应力。
图3(a )表示桥面板下面应力的横向影响线,其绝大部分是压应力;图3(b )表示纵肋壁外面应力的横向影响线,当轮荷载在左首时为拉应力,在右首时为压应力。
用静力试验来决定影响线,在室内用板段作试件,用单个轮荷载加载,并移动其位置;在桥上则用两轴车作荷载,并移动其位置。
图3 纵肋对桥面板的连接处应力的横向影响线(载重30kN )(3)疲劳试验表明:从焊根开裂扩展为焊缝断开,其抗力颇受角焊缝尺寸影响。
若照原构造取焊脚6mm ,则以肋壁离焊根15mm 处的应力脉动量所表示的疲劳抗力在F 级,无法达到设计寿命。
高速铁路正交异性钢桥面板构造细节疲劳性能研究
高速铁路正交异性钢桥面板构造细节疲劳性能研究摘要：随着高速铁路的快速发展，对桥梁结构的要求也越来越高。
正交异性钢桥面板作为高速铁路桥梁的重要组成部分，其疲劳性能对桥梁的安全运营起着至关重要的作用。
本文通过对正交异性钢桥面板的构造细节进行研究，探讨了其疲劳性能的影响因素，为高速铁路桥梁的设计与施工提供了参考依据。
关键词：高速铁路；正交异性钢桥面板；构造细节；疲劳性能1. 引言高速铁路作为一种快速、安全、高效的交通方式，受到了广大旅客的喜爱和追捧。
而桥梁作为高速铁路的重要组成部分，其结构的安全性和稳定性成为了工程设计和施工的重要考虑因素。
正交异性钢桥面板作为高速铁路桥梁的承载面层，其疲劳性能对桥梁的使用寿命和安全运营起着至关重要的作用。
2. 构造细节对疲劳性能的影响正交异性钢桥面板的构造细节对其疲劳性能具有重要影响。
首先，焊缝的质量和强度直接关系着桥面板的承载能力和使用寿命。
焊缝的缺陷和不均匀性会导致应力集中和裂纹的产生，从而降低了桥面板的疲劳强度。
其次，板材的厚度和强度也会影响桥面板的疲劳性能。
过厚的板材会增加桥面板的自重，增加了应力集中的可能性；而过薄的板材则容易发生变形和破坏。
此外，桥面板的支承结构和连接方式也会对其疲劳性能产生影响。
3. 疲劳性能测试与分析为了研究正交异性钢桥面板的疲劳性能，我们进行了一系列的试验和分析。
首先，我们对不同构造细节的桥面板进行了疲劳试验，得到了其应力-循环次数曲线。
通过分析曲线的形状和斜率，我们可以评估桥面板的疲劳强度和寿命。
其次，我们采用有限元方法对桥面板进行了数值模拟，验证了试验结果的准确性。
最后，我们还通过对桥面板构造细节的优化设计，提高了其疲劳性能。
4. 结论通过对正交异性钢桥面板的构造细节进行研究，我们得出了以下结论：焊缝的质量和强度、板材的厚度和强度以及支承结构和连接方式都对桥面板的疲劳性能产生重要影响。
通过合理设计和施工，可以提高桥面板的疲劳强度和使用寿命，保。
正交异性钢桥面板构造细节的疲劳性能研究的开题报告
正交异性钢桥面板构造细节的疲劳性能研究的开题报告一、选题背景及意义正交异性钢桥面板(Element-Fabricated Steel Orthotropic Deck, 简称EOSD)是近年来在大桥建设领域中广泛应用的桥面结构形式。
EOSD桥面板采用了正交异性钢板结构，是由水平方向的钢板和垂直方向的横筋组成的。
EOSD施工速度快，强度高，使用寿命长，同时还具有较好的舒适性和维护性。
因此，目前大桥建设中越来越多地采用EOSD桥面板。
然而，由于真实工况下的荷载、温度等因素的影响，EOSD桥面板的疲劳性能需要得到重视，以提高桥梁的安全性和寿命。
因此，进行正交异性钢桥面板构造细节的疲劳性能研究，有着重要的现实意义。
二、研究内容本研究着眼于EOSD桥面板的构造细节，重点是正交异性钢板和横筋之间的连接部位，通过模拟桥面板在真实工况下的荷载、温度等因素下的受力情况，研究EOSD桥面板的疲劳性能。
具体研究内容包括：1. EOSD桥面板构造细节的设计原理和结构组成的介绍以及疲劳破坏的机理分析。
2. 采用ANSYS软件对不同疲劳循环次数下的EOSD桥面板进行有限元分析，确定桥面板的应力分布规律和应力集中部位，挖掘其疲劳破坏的原因。
3. 根据分析结果，探讨EOSD桥面板构造细节改进的方案，提出有效的优化措施，旨在延长桥梁的使用寿命和安全性。
三、研究方法1. 搜集EOSD桥面板的相关资料及标准要求，了解其设计原理、构造特点以及疲劳破坏机理。
2. 建立EOSD桥面板的有限元模型，考虑其受力情况，并在不同载荷工况下进行有限元分析，得到桥面板的应力分布以及应力集中位置等参数。
3. 根据分析结果，制定EOSD桥面板构造细节优化方案，如加强钢板与横筋的连接等。
4. 进行疲劳试验，验证分析结果，并评估优化方案的有效性。
四、预期成果本研究的预期成果包括：1. 对EOSD桥面板构造细节的疲劳性能进行深入研究，提高EOSD 桥面板的疲劳寿命和安全性，具有重要的工程实践意义。
公路正交异性钢桥面板疲劳性能及控制措施
公路正交异性钢桥面板疲劳性能及控制措施正交异性钢桥面板具有自重轻、承载力大、施工速度快等优点,广泛应用于大跨度桥梁,但其构造复杂,焊缝众多,疲劳开裂问题十分严重。
减少焊缝是改善正交异性钢桥面板疲劳性能的重要途径之一,大纵肋正交异性钢桥面板正是符合这种设计理念的一种结构形式。
本文采用有限元方法对大纵肋正交异性钢桥面板的疲劳性能进行了研究,讨论了构造参数对疲劳性能的影响,对比了与普通纵肋正交异性钢桥面板的疲劳性能,最后对疲劳开裂控制措施进行了总结和思考,并验证了正交异性板-UHPC组合桥面板加固方法控制疲劳裂纹的显著作用。
具体工作如下:(1)阐述了正交异性钢桥面板的发展历程,疲劳理论及成果,提出本文的研究内容和方法。
(2)建立普通纵肋和大纵肋正交异性钢桥面板两种有限元模型,采用四种规范,计算了三种常见疲劳细节的等效应力幅,研究两种纵肋疲劳性能的差异,并比较评判按照各国规范计算等效应力幅的区别。
(3)分别改变普通纵肋和大纵肋正交异性钢桥面的顶板、U肋和横肋板的厚度,研究了构造参数变化对两种纵肋疲劳性能影响的差异。
(4)针对给定尺寸的普通纵肋和大纵肋正交异性钢桥面板,建立了铺装层实体的有限元模型,同时改变铺装层弹性模型,考查了桥面铺装对两种纵肋疲劳性能改变的差异。
(5)介绍正交异性钢桥面板疲劳裂纹修复加固的措施和方法,验证了正交异性板-UHPC组合桥面板加固方法控制疲劳裂纹的显著作用,并指出研究面临的问题,为后来研究者提供参考。
正交异形钢桥面板疲劳验算
正交异形钢桥面板疲劳验算说到钢桥面板的疲劳验算啊，咱们这就得从头说起。
你想啊，钢桥这种大家伙儿，特别是那种“正交异形钢桥面板”，是桥梁设计中一个特别关键的部件。
你看，车来车往，年复一年，风吹雨打，日晒夜寒，时间久了，这钢桥面板不可能永远保持原样。
就像人一样，谁不累啊？所以得有个办法，检查它们是不是还能继续给咱们提供安全的保障。
好比你开车，车子也得定期做保养，钢桥面板也是一样，得定期“体检”，不然哪天真出问题了，你才发现它有“病”，可就晚了。
所以说，疲劳验算就变得尤其重要。
简单来说，就是看看钢桥面板在长期使用的过程中，能不能经得起各种车流的冲击，不会因为过度疲劳而崩溃。
你想象一下，桥面每天得承受多少重车轻车交替的碾压，真是压力山大啊！一个车轮子压过去，那压力有多大呀，钢桥面板肯定要经受住这些反复的“摔打”。
不是说，摔一下就完了，十摔、百摔，这钢板也可能就撑不住了。
所以，疲劳验算就是帮咱们做个“大体检”，让桥面板知道自己是不是还能继续“负重前行”。
大家可能会觉得，哦，听起来很复杂啊，得算来算去，没那么简单吧？其实也不复杂，只要理解了几个基本原理，真的就一目了然。
要知道正交异形钢桥面板的设计可不是随便乱做的，它可是经过精心计算的。
就拿“正交”来说吧，它的意思就是钢板上面的结构布置是非常有规律的。
就像咱们盖房子，房梁和屋顶之间的连接可得非常稳固，不能稀里糊涂。
桥面板也是一样，正交设计就是为了让桥面更加牢固，可以均匀地分散压力，避免某一块地方承受太大负荷。
可是，没那么简单，这桥面板可不是钢铁做的钢铁侠，它毕竟是有疲劳极限的。
就是说，钢桥面板不是永远都能抗压，你压得太多、太久，它就会出现疲劳裂纹。
这就得用到疲劳验算啦！你看，咱们要从不同角度去分析这个钢桥面板，看看它的“抗压能力”到底有多强。
你就好比去健身房练肌肉，你总得知道自己能负担多重的哑铃，对吧？不然一不小心就受伤了。
好啦，接下来咱们得聊聊疲劳验算的具体过程了。
正交异性钢桥面板U肋嵌补段焊缝疲劳裂纹加固
正交异性钢桥面板U肋嵌补段焊缝疲劳裂纹加固摘要; 本文调查研究了某大跨度桥梁正交异性钢桥面板U肋嵌补段对接焊缝位置疲劳裂纹，采用安全寿命法分析了疲劳裂纹产生的原因，提出了U肋嵌补段疲劳裂纹加固方案。
关键词: 正交异性钢桥面板，U肋嵌补段，疲劳裂纹，加固Abstract: In this paper the research of a long-span Bridges orthotropic steel bridge panel U rib fill section embedded butt weld position fatigue crack, the safety life was analyzed the reasons of the fatigue crack, and put forward the U rib for fatigue crack embedded for strengthening project.Keywords: orthotropic steel bridge panel, U ribs for embedded section, the fatigue crack, reinforcement1 引言正交异性钢桥面板是由纵、横互相垂直的加劲肋连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构，以其自重轻、承载能力强和整体性好等优点在国内外大跨度桥梁中得到广泛应用，如日本的明石海峡大桥、法国的诺曼底大桥和中国的苏通长江大桥等都采用了正交异性钢桥面板的形式。
U肋嵌补段是大跨度钢桥节段施工过程中两个相邻节段预留的在现场拼装的U肋，对于桥面顶板的U肋嵌补段，在现场拼装焊接时要采用仰焊工艺，焊接质量不易保证，在重载交通下容易产生疲劳裂纹，是正交异性钢桥面板典型的疲劳细节之一。
本文通过对某大跨度桥梁的正交异性钢桥面板U肋嵌补段的疲劳裂纹进行分析研究，提出了此类疲劳裂纹的加固方案。
正交异性钢桥面板疲劳易损区应力分析
正交异性钢桥面板疲劳易损区应力分析石鹏;程斌【摘要】盖板－U肋－横隔板三向连接节点是正交异性钢桥面板中最容易发生疲劳开裂的部位。
采用ABAQUS软件建立了四跨连续正交异性钢桥面板结构的实体与板壳混合有限元模型。
利用AASHTO标准疲劳车开展静力响应分析。
发现最外侧U肋处的连接节点应力集中最为明显。
在此基础上开展在单轮和横向双轮作用下各关键位置正应力的纵、横向影响线分析，并最终得到了后轴四轮同时作用的最不利荷载位置。
进一步基于外推法对各疲劳易损区焊趾处的热点应力进行计算和分析，得到了相应的应力集中系数。
结果表明：U肋外推区的应力分布比较符合线性外推准则，但横隔板外推区的应力呈现明显的非线性变化，建议采用二次外推方法。
%The deck to rib connections at diaphragm have been considered as the locations most prone to fatigue cracking in orthotropic steel bridge decks.A combined shell-solid element model of four-span orthotropic steel deck was firstly established by using ABAQUS software, and the standard fatigue loading vehicle as provided in AASHTO specification was employed for the analysis.The longitudinal and transversal influence lines for the stresses at criti-cal spots near the most outside rib, where stress concentrations appear to be the most significant, are obtained, re-spectively for the cases of single tire print and double tireprints.Furthermore, the hot spot stresses as well as stress concentration factors ( SCFs) at weld toes were calculated by using the extrapolation method.Results show that lin-ear distribution of stresses are real in the extrapolation zones of ribs, while quadratic extrapolation method issugges-ted for the diaphragm due to signification non-linear stress variations in the extrapolation zones.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】7页(P104-109,115)【关键词】正交异性钢桥面板;疲劳易损区;影响线;热点应力;有限元分析【作者】石鹏;程斌【作者单位】上海交通大学土木工程系，上海200240;上海交通大学土木工程系，上海200240【正文语种】中文【中图分类】U441.4正交异性钢桥面板由相互垂直的纵肋、横隔板和桥面板焊接而成，具有自重轻、承载力大、抗震性能好、施工周期短等优点[1，2]，广泛应用于大跨度桥梁结构中。
疲劳纵论-10：正交异性钢桥面板的疲劳问题的再认识：构造细节vs.结构体系
疲劳纵论-10：正交异性钢桥面板的疲劳问题的再认识：构造细节vs.结构体系前言正交异性钢桥面板的主要构造细节均具有多疲劳失效模式特性，疲劳荷载将导致各疲劳失效模式的疲劳损伤逐步累积及其剩余疲劳寿命逐步降低（这一效应即疲劳致损效应），但相同的疲劳荷载对各疲劳失效模式将产生不同的疲劳致损效应，结构体系的疲劳开裂首先在其主导疲劳失效模式出现并扩展，对应的疲劳抗力为结构体系的疲劳抗力。
因此，正交异性钢桥面板的疲劳问题本质上属于典型的多尺度、多模式结构体系问题。
以构造细节疲劳特性为重点的研究方法及其相关研究成果，为正交异性钢桥面板的应用和发展奠定了坚实的基础。
但对结构体系的疲劳失效机理缺乏系统的研究和深刻的认识，是导致传统正交异性钢桥面板疲劳开裂问题突出并长期困扰桥梁工程界的根本原因之一。
在当前研究成果的基础上，从问题的的基本属性出发重新审视正交异性钢桥面板的疲劳问题，推动相关研究由构造细节层面的研究向结构体系层面进一步深化，是深刻认识正交异性钢桥面板疲劳失效机理和结构体系疲劳抗力的关键，也是发展高性能正交异性钢桥面板、研发既有正交异性钢桥面板疲劳开裂的有效加固方法等的基本出发点。
此处在《疲劳纵论1-9》的基础上，扼要总结构造细节疲劳抗力及其评估方法的相关研究成果，在此基础上进一步探讨从结构体系角度研究正交异性钢桥面板疲劳问题的必要性和这一方法的相关关键问题。
构造细节的疲劳抗力及其评估方法近年来，正交异性钢桥面板疲劳开裂案例频发，呈现“普遍性、早发性、多发性、再现性”的特征，且疲劳裂纹一旦萌生即会迅速扩展，危害严重，加固困难，已成为制约钢结构桥梁应用和发展的瓶颈问题，引起了工程界和社会各界的广泛关注。
正交异性钢桥面板的疲劳开裂主要表现为疲劳开裂在重要构造细节萌生并迅速扩展，导致疲劳失效。
现代正交异性钢桥面板各重要构造细节及其在所统计的疲劳病害案例中所占的比例如图1所示，其重要构造细节及其疲劳失效模式如图2所示。
正交异性钢桥面板疲劳细节优化
正交异性钢桥面板疲劳细节优化摘要：作为早期公路钢桁梁桥破损桥面板更新的主要选择，正交异性钢桥面板已得到应用。
为了适应近年来日益增长和加重的车辆轮载，需要对钢桥面板进行疲劳细节的优化。
本文采用MonteCarlo方法模拟50年的疲劳荷载作用，借助三维有限元模型获得两种闭口肋的疲劳细节影响面，运用经典的雨流计数法研究其疲劳损伤度。
结果表明相同尺寸下，U形截面常见疲劳细节的受力优于V形截面，疲劳寿命大于V形截面。
关键词：栓焊桁梁桥；钢桥面板；疲劳细节优化；闭口肋Abstract: as the early highway steel truss bridge damage the main selection panel update, orthotropic steel bridge panel has been applied. In order to meet the increasing in recent years and aggravation of the vehicle wheel load, need to steel bridge panel fatigue of the detail of the optimization. In this article, the method of 50 years of simulation MonteCarlo fatigue load, with the aid of the three dimensional finite element model for two silent ribs fatigue details the extent, using the classical rain flow count method to study the fatigue degree. The results show that under the same size, U shape section of the detail of the stress fatigue common better than V section, fatigue life than V section.Keywords: bolt welding truss; Bridge steel plate; Fatigue details optimization; Silent rib引言正交异性钢桥面板结构复杂，存在大量焊接构造，制造施工要求较高，疲劳问题显著，在车轮荷载长期反复作用下，焊缝易开裂。
正交异性钢桥面板疲劳性能与疲劳裂缝修复方法研究
正交异性钢桥面板疲劳性能与疲劳裂缝修复方法研究正交异性钢桥面板具有承载力高、自重轻、便于施工等优点,解决了桥梁结构自重、承重和跨径之间的矛盾,被广泛应用于大跨度桥梁中。
随着我国经济的发展,公路交通量的增加,桥梁承受的车辆作用次数越来越多,荷载也越来越大,正交异性钢桥面板桥梁出现疲劳开裂的现象频繁出现,不仅降低了桥面板的承载力,也缩短了桥梁的使用寿命,成为大跨度桥梁典型的问题。
U肋-顶板焊缝裂缝是正交异性钢桥面板常见的一种疲劳裂缝,目前对于这种疲劳裂缝的研究,多集中于单个小尺寸试件,但实际上桥面板疲劳开裂后应力发生重分布,开裂后小尺寸试件的疲劳性不能反映实际结构中桥面板U肋-顶板焊接处的疲劳性能。
另外,实际使用中出现疲劳裂缝的桥面板需要进行修复,目前的疲劳裂缝修复方法比较单一,缺乏多种方法组合进行修复的研究。
因此,深入开展正交异性钢桥面板疲劳性能及疲劳裂缝修复方法的研究具有重要意义。
本文结合国家基础性项目(973项目)“特大跨桥梁安全性设计与评定的基础理论研究”的子课题“多因素作用下特大跨桥梁性能演化特征”(2015CB057703),开展了多尺寸(长度)正交异性钢桥面板疲劳性能与疲劳裂缝修复方法的研究。
本文主要研究内容和结论如下:(1)参照某桥桥面板尺寸制作了5组32个不同长度的疲劳试验试件,对试件进行有限元分析明确了荷载下试件的应力分布,确定了应变监测位置,制定了疲劳试验方案。
(2)对桥面板试件进行了疲劳试验,研究了试件疲劳裂缝扩展、刚度退化、疲劳寿命和断口形貌。
研究表明,试件疲劳裂缝的产生和扩展分4个阶段,即裂缝萌生、裂缝宏观扩展、裂缝贯穿板厚和疲劳断裂;随着疲劳加载次数的增加,试件刚度逐渐降低,当试件刚度退化率达0.1时,试件剩余寿命约为总疲劳寿命的20%;将疲劳试验结果与规范的S-N曲线比较,证明规范抗疲劳设计公式是保守的;根据试件长度建立了L-S-N曲线;试件疲劳断口均为平断口,分为疲劳源区、疲劳裂缝稳定扩展区和瞬时断裂区,开裂位置的应力幅越小则循环次数越多且瞬断区面积越小。
谈谈钢桥的疲劳和断裂
文章编号:1003-4722(2009)03-0012-10谈谈钢桥的疲劳和断裂钱冬生(西南交通大学,四川成都610031)摘 要:介绍作者多年来在钢桥疲劳和断裂方面的工作成果,以及对我国钢桥疲劳和断裂问题的看法和建议,主要涉及以下方面:在1980年之前,我们是以σmax 表达钢构造的疲劳强度(抗力);从回归线可以看到不同因素对疲劳致伤次数N 的影响是否显著;美国NC HRP 第102号及147号报告的完成条件,其所讲疲劳试验及分析结果;在疲劳开裂点,其因车辆荷载所产生的应力谱,以及疲劳验算基本原理;AASH TO 1994年版荷载与抗力系数法桥梁设计规范和我国TB 10002.2-2005规范;在设计规范之中,可以将疲劳和断裂归并为同一类极限状态,并将脆断当做断裂的一种;为防止疲劳和断裂,必须慎微;请以“先进、实用、简明”为原则,先为时速≤140km/h 的标准轨距铁路拟订一钢桥设计规范。
关键词:钢桥;疲劳;断裂中图分类号:U441;U448.36文献标志码:AOn F atigue and Fracture of Steel B ridgesQIAN Dong 2s heng(Southwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China )Abstract :This paper present s t he aut hor ′s work achievement s in t he field of fatigue and frac 2t ure of steel bridges over t he years and his views and p ropo sals in regard to t he fatigue and frac 2t ure p roblems of steel bridges in China.The p resentations in t he paper mainly covers t he aspect s as follows :Before 1980,t he σmax was used to exp ress t he fatigue st rengt h (resistance )of steel st ruct ures in t he count ry ;f rom t he regression curves ,it can be seen t hat if t he influence of differ 2ent factors on t he times N of fatigue 2induced damage is significant ;t he completion conditions of American NCHRP 102and 147and t he fatigue test s and t heir analysis result s p rovided t herein ;at t he fatigue cracking point ,t he stress spect rum due to vehicle load and t he f undamental principle of fatigue checking ;t he Load and Resistance Factor Design ,AASH TO ,1994and t he Chinese TB10002.2—2005;in t he design specifications ,t he fatigue and f ract ure may be merged into t he same category of ultimate state and t he brittle may be t reated as a one of t he fract ure ;to prevent t he fatigue and f ract ure ,one must be cautious ,please firstly formulate a code for design of steel bridges on t he standard gauge railway wit h t rain running speed ≤140km/h on t he principle of“being advanced ,practical and simple ”.K ey w ords :steel bridge ;fatigue ;f ract ure 收稿日期:2009-01-09作者简介:钱冬生(1918-),男,教授,1940年毕业于交通大学唐山工程学院,国家科技进步奖南京长江大桥项目荣誉奖获得者,2001年度茅以升桥梁大奖获得者。