公路钢结构桥梁及其抗疲劳设计
桥梁设计抗疲劳性能研究
桥梁设计抗疲劳性能研究桥梁，是连接两地的重要通道，就像我们生活中的纽带一样。
咱们每天来来往往经过的那些大桥，看上去坚固无比，但其实它们也面临着各种各样的挑战，其中一个重要的问题就是抗疲劳性能。
你想想看，一辆辆汽车、一列列火车，日复一日地在桥上跑着，这桥得承受多大的压力呀！就像我之前有一次去参观一座正在建设中的大桥，那场面真是震撼。
巨大的钢梁、粗壮的桥墩，工人们在上面忙碌着，汗水湿透了他们的后背。
我站在旁边，都能感受到那种紧张和专注的气氛。
这座桥的设计团队，那可是绞尽了脑汁，要让这座桥能够长久地承受交通带来的压力。
为啥要这么在意抗疲劳性能呢？咱们来仔细说一说。
首先，桥梁要承受的荷载那可不是一般的多。
除了车辆和行人的重量，还有风的力量、温度变化带来的影响等等。
这就好比一个人，天天背着很重的东西，时间长了，身体能不累垮吗？桥梁也是一样，如果抗疲劳性能不好，时间久了，就会出现裂缝、变形，甚至有可能垮塌，那后果可就不堪设想啦！咱们来看看材料方面。
好的材料就像是给桥梁穿上了坚固的铠甲。
比如说高强度的钢材，它的韧性和强度都很棒，可以让桥梁在长期的使用中更耐用。
但是呢，这材料也不是随便选的，还得考虑成本、施工难度这些实际的问题。
再说说桥梁的结构设计。
这就像是给桥梁搭骨架，骨架搭得好，才能承受得住各种压力。
比如说，有的桥梁采用了拱形结构，能够有效地分散荷载；有的采用了箱梁结构，增加了桥梁的抗弯能力。
就像那次我看到的在建大桥，设计师们在图纸前反复讨论，比划着，为的就是找到最优的结构方案。
还有施工质量也非常关键。
哪怕设计得再好，如果施工的时候马虎了，那也会前功尽弃。
比如说，焊接的地方不牢固，混凝土浇筑不均匀，这些小问题积累起来，就会影响桥梁的抗疲劳性能。
为了研究桥梁的抗疲劳性能，科学家和工程师们可是做了大量的实验和监测。
他们会在实验室里模拟各种荷载情况，看看桥梁的材料和结构能承受多久。
还会在实际的桥梁上安装各种传感器，实时监测桥梁的变形和应力情况。
公路钢结构桥梁设计规范宣贯第二部分
类型1 截面能产生塑性铰，并具有足够转动能
力，用于塑性计算
类型2 截面呈现塑性抗力，但只具有有限转动能
力
类型3 截面最不利边缘纤维屈服，但由于局部屈
曲不能用足塑性储备
类型4 截面抗弯或抗压时必须考虑局部屈曲，即
取有效宽度。
23
5 构件设计/5.1 一般规定
3类截面
板件局部稳定承载力必须大于等于板件屈服强度 板件局部稳定不控制设计 可按边缘屈服理论计算强度和整体稳定 不需设置加劲肋
按承载能力极限状态设计要求计算作用设计值效应的基本 组合
正常使用极限状态
包括影响结构、构件正常使用的变形、振动及影响结构耐 久性的局部损坏；
采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为 1.0）计算挠度值
疲劳极限状态 按疲劳设计荷载计算 17
5 构件设计/5.1 一般规定
验算项目
承载能力极限状态
截面极限强度：基本组合 构件整体稳定：基本组合 板件局部稳定：构造控制/考虑局部稳定的有效截面折
减系数 倾覆稳定：基本组合（分项系数均1.0） 疲劳：疲劳荷载模型（仅疲劳车）
正常使用极限状态
挠度：仅汽车荷载，频遇值系数1.0，不计冲击影响 构件容许最大长细比
18
5 构件设计/5.1 一般规定
11
5 构件设计
脆性破坏
12
5 构件设计
锈蚀破坏
锈蚀破坏是指钢结构在复杂环境作用下，因电化 学反应导致构件整体或局部变薄，并最终降低结 构强度导致的破坏形式
影响因素：
材料（不锈钢/铝/锌）
材料杂质（焊缝处）
环境温度与相对湿度
酸/碱/盐污染物
受力状态
13
5 构件设计
道路桥梁抗疲劳设计与评估方法
道路桥梁抗疲劳设计与评估方法道路桥梁作为交通运输的重要基础设施，其安全性和耐久性至关重要。
在长期的使用过程中，道路桥梁结构会承受反复的交通荷载作用，容易产生疲劳损伤，从而影响其正常使用和安全性。
因此，道路桥梁的抗疲劳设计与评估方法成为了工程领域中的重要研究课题。
一、道路桥梁疲劳问题的产生道路桥梁在使用过程中所承受的荷载主要包括车辆荷载、风荷载、温度荷载等。
其中，车辆荷载是导致道路桥梁疲劳损伤的主要因素。
车辆在行驶过程中，车轮对桥梁结构产生的冲击力和振动会使桥梁结构内部产生应力循环，当这种应力循环次数达到一定程度时，就会引起结构的疲劳损伤。
此外，道路桥梁的施工质量、材料性能、结构形式等也会对其疲劳性能产生影响。
例如，施工过程中的焊接缺陷、混凝土的不均匀性、桥梁结构的不合理设计等都可能导致结构在使用过程中更容易出现疲劳问题。
二、道路桥梁抗疲劳设计方法1、合理选择材料选择具有良好疲劳性能的材料是提高道路桥梁抗疲劳能力的基础。
例如，高强度钢材在承受反复荷载时具有较好的疲劳性能，可以用于桥梁的关键部位。
同时，高性能混凝土的应用也能够提高桥梁结构的耐久性和抗疲劳能力。
2、优化结构设计通过优化桥梁结构的形式和尺寸，可以减少应力集中现象，从而降低疲劳损伤的风险。
例如，采用流线型的箱梁结构可以减少风阻和水流对桥梁的冲击，降低结构内部的应力水平。
在桥梁连接处和节点部位，应采用合理的构造措施，避免出现尖锐的转角和突变的截面。
3、控制施工质量施工质量的好坏直接影响道路桥梁的疲劳性能。
在施工过程中，应严格控制焊接质量、混凝土的浇筑和养护等环节，确保结构的整体性和均匀性。
同时，对于施工过程中产生的缺陷和损伤，应及时进行修复和处理。
4、考虑交通荷载特性在抗疲劳设计中，应充分考虑交通荷载的特性，包括车辆类型、轴重、车速等。
通过对交通流量的调查和分析，可以确定桥梁结构所承受的最不利荷载工况，从而有针对性地进行设计。
三、道路桥梁疲劳评估方法1、基于现场检测的评估方法通过对道路桥梁进行现场检测，获取结构的实际状况和损伤信息，如裂缝宽度、锈蚀程度、变形量等。
公路钢结构桥梁设计规范宣贯
5 构件设计
疲劳破坏
? 钢结构疲劳：在反复荷载作用下，钢材应力低于 极限强度时发生的破坏现象
? 主要出现在正交异性桥面板等复杂应力位置
5 构件设计
疲劳破坏
5 构件设计
脆性破坏
? 脆性断裂：在很小的外荷载应力甚至没有外荷载 的情况下，钢结构焊缝处出现的断裂破坏现象
? 影响因素： ? 材料韧性/断裂韧性，与温度有关，夏比试验 ? 局部应力集中 ? 结构刚度 ? 加载速率
? 板的挠度将继续发展到较高量值，板中应力发生 重分布并在板的中面产生较高的薄膜拉力。应力 重分布以及薄膜拉力的出现可以延缓挠度的发 展，实际起着对板的支撑作用，从而提高了板的 承载力。
5 构件设计/5.1 一般规定
翘曲后有效板宽
σx σy
bk1/2
bk2
真实应力分布
bk1/2
fy
σcr
σu
b
σy
? Ney ）? Wz ,eff
fd
? ——轴心压力设计值，当压力沿轴向变化时取构
件中间1/3部分的最大值；
? ——轴心受压构件整体稳定折减系数，按附录 A
计算，取两主轴方向的较小值；
? ，——毛截面形心和有效截面形心之间在 y轴、z
轴方向的距离
? ，——考虑局部稳定影响的有效截面相对于 y轴和
5 构件设计/5.2 轴心受力构件
设计值
12
一边固定 一边自由
两边简支
一边固定 一边简支
1.28
4
5.42
26.3
46.5?
54.1?
12
30 ，
40
40
U肋底边 U肋腹板
两边固定
6.97 61.4 40
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
公路钢结构桥梁设计规范 JTGD64-20151-4总则、材料、结构计算
《公路钢结构桥梁设计规范》1 总则3 材料及设计指标4 结构分析吴冲同济大学桥梁工程系cwu@《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015)公告☞根据交通部《关于下达2006 年度公路工程标准制修订项目计划的通知》（交公路发[2006]439 号文）要求，在《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）的基础上修订而成。
☞主持主编单位中交公路规划设计院有限公司☞参加单位同济大学西南交通大学北京交通大学清华大学长安大学东南大学中铁宝桥集团有限公司 中铁山桥集团有限公司☞主编：张喜刚☞主要参编人员：裴岷山、赵君黎、吴冲、强士中、雷俊卿、聂建国、王春生、陈惟珍、程刚、张克、黄李骥、冯苠、冯良平、刘玉擎、姚波、刘晓娣、钱叶祥、胡广瑞☞参与审查人员：万珊珊、徐君兰、王福敏、李怀峰、韩大章、代希华、廖建宏、李军平、沈永林、杨耀铨、张子华、王志英、田克平、包琦玮、姚翔、郭晓东、黎立新本次修订的主要内容☞调整了规范适用范围； 主体工程采用钢材的钢结构桥梁，如钢板梁桥、钢箱梁桥、钢桁梁桥等， 采用钢材的桥梁结构或构件，如斜拉索、钢塔、钢桥墩等。
☞采用了概率理论为基础的极限状态设计方法（疲劳计算除外）；☞改进了钢结构的强度、稳定和疲劳设计与计算方法 考虑剪力滞影响 增加板件和加劲板局部稳定计算 增加了疲劳荷载模型，采用容许应力幅方法计算；☞补充和完善了钢板梁、钢桁梁、组合梁、缆索系统、支座与伸缩装置的计算和构造规定；☞增加了有关钢箱梁、钢管结构、钢塔、防护及维护设计的相关规定☞1 总则1☞2 术语和符号22.1 术语22.2 主要符号3☞3 材料及设计指标73.1 材料73.2 设计指标9☞4 结构分析154.1 结构分析模型154.2 结构变形、强度与稳定计算15☞5 构件设计175.1 一般规定17 5.2 轴心受力构件25 5.3 受弯构件26 5.4 拉弯、压弯构件33 5.5抗疲劳设计34☞6 连接的构造和计算406.1 一般规定40 6.2焊接连接40 6.3 栓、钉连接477.1 一般规定547.2翼缘547.3 腹板557.4 纵横向联结系57☞8 钢箱梁588.1 一般规定588.2 正交异性钢桥面板58 8.3 翼缘板598.4 腹板608.5 横隔板609.1 一般规定61 9.2 杆件619.3 节点板62 9.4 联结系64☞10 钢管结构65 10.1 一般规定65 10.2 构造要求67 10.3计算规定70☞11 钢-混凝土组合梁73 11.1 一般规定73 11.2 承载能力极限状态计算74 11.3 正常使用极限状态计算75 11.4 连接件设计76 11.5构造78☞12 钢塔8012.1 一般规定80 12.2 构造要求80☞13 缆索系统82 13.1 一般规定82 13.2 结构设计82☞14钢桥面铺装85☞15防护及维护设计87☞16 支座与伸缩装置89 16.1 支座89 16.2 伸缩装置91☞附录A轴心受压构件整体稳定折减系数92☞附录B受压加劲板的弹性屈曲系数98☞附录C疲劳细节101☞附录D 损伤等效系数计算方法116☞附录E节点板撕裂强度、剪应力和法向应力验算119☞附录F 组合梁翼缘有效宽度计算121☞本规范用词用语说明123☞附件《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015条文说明125☞1.01 钢桥设计基本原则安全性◆确保桥梁结构的强度、刚度、稳定、疲劳等要求耐久（养护性）◆防腐、有检修通道、可以再涂装、便于维修与更换适用（功能性）◆根据功能和交通量荷载合理确定桥梁纵断面、平面、横断面◆交通组织设计确保交通安全环保◆不采用对环境、人体等有害的涂装、施工工艺等经济性◆选择合理的结构形式，施工方法，使得造价最低美观性◆桥梁与环境相适应，桥梁结构比例协调，景观亮化施工性◆有足够的制作空间、便于自动化施工、便于运输和安装☞1.0.2本规范适用于各等级公路钢结构桥梁和桥梁钢结构设计。
公路钢结构桥梁设计规范
《公路钢结构桥梁设计规范》吴冲同济大学桥梁工程系Tel.021－65983116-2605cwu@交通部行业标准同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong12013-7-12大连1公路钢结构桥梁极限状态)承载能力极限状态¾包括构件和连接的强度破坏、结构、构件丧失稳定及结构倾覆¾按承载能力极限状态设计要求计算作用设计值效应的基本组合，组合表达式中的作用采用标准值，并乘以作用分项系数¾各种作用的分项按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）的规定取用)正常使用极限状态¾包括影响结构、构件正常使用的变形、振动及影响结构耐久性的局部损坏¾按正常使用极限状态,采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为1.0）的计算挠度值)疲劳极限状态¾按疲劳设计荷载计算¾无限寿命设计：应力幅小于S -N 曲线的截止应力幅¾有限寿命设计：基于S -N 曲线和应力幅的线性累计损伤准则同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 22013-7-12大连2 材料及设计指标)钢材牌号¾《碳素结构钢》GB/T 700 ：Q235钢¾《低合金高强度结构钢》GB/T 1591：Q345、Q390和Q420钢)钢材等级¾当桥梁的工作温度t 处于0℃≥t ＞-20℃时Q235和Q345：C 级，冲击韧性应满足试验温度0℃的要求Q390和Q420 ：D 级，冲击韧性应满足试验温度-20℃的要求；¾当桥梁工作温度处于t ≤-20℃时候，Q235和Q345 ：D 级，冲击韧性应满足试验温度-20℃的要求 Q390和Q420 ：E 级，冲击韧性应满足试验温度-40℃的要求。
同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong32013-7-12大连2 材料及设计指标)冲击韧性27-40E34-20D 340CQ42027-40E 34-20D 340CQ39027-40E 34-20D 340CQ34527-20D 270C Q235冲击韧性（J ）试验温度（℃）质量等级钢材牌号同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 42013-7-12大连2 材料及设计指标)钢材设计指标：f d =f y /1.25425165285>50～100450175305>35～50480185320>16～35500195335≤16Q420钢395150265>50～100420160280>35～50440170295>16～35465180310≤16Q390钢330125220>50～100350135235>35～50390150260>16～35410160275≤16Q345钢24590165>60～10025595170>40～60270100180>16～40275105185≤16Q235钢f cd f vd f d 厚度(mm)牌号端面承压（刨平顶紧）抗剪抗拉、抗压和抗弯钢材同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 52013-7-12大连3 结构变形与刚度)采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为1.0）的计算挠度值不应超过下表规定表4.2.1 竖向挠度限值l / 300悬索桥加劲梁l / 400斜拉桥主梁l / 300梁的悬臂端部l / 500简支或连续板梁l / 500简支或连续桁架限值桥梁结构形式注：表中l 为计算跨径，l 1为悬臂长度。
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。
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公路钢结构桥梁及其抗疲劳设计
摘要：钢结构桥梁工程数量不断增多，其作为交通系统的重要组成部分，一直以来其施工质量为设计与管理的要点。
其中由于钢结构具有轻质高强，跨越能力较大，也具有较大的挠度，能够有效地减少荷载的缓冲，因此很多公路的钢结构桥梁都采用轻质型钢结构，并采用不同的组合，分别有拱形钢结构，悬索型钢结构等，这些不同的式样兼顾相应的美学与空间上的荷载能力。
关键词：公路；钢结构桥梁；抗疲劳设计
一、公路工程中钢结构桥梁的特点及其施工流程
由于钢结构在建筑领域的广泛应用，如何控制施工质量以引起业内人士的重视，因此，桥梁建筑对钢结构施工质量的控制就显得尤为重要，对于全焊接钢结构施工监控，我们认为制作阶段的监理工作非常重要，要做好事前控制和事中控制，对各工序，各分项工程都要检查，并且要及时而认真，严格而到位，因为钢结构的产品出现一点误差就有可能导致很严重的后果，造成巨大的损失。
对制作单位距离桥梁的施工现场比较远时候更加要注意。
否侧将造成钢构件因为不符合要求返工而耽误工期，加之桥面现场的作业条件一般比工厂要恶劣些，施工周期比在工厂内拉的更长，所以把所有能在工厂加工的尽量都在工厂完成，到现场组装即可。
二、公路钢结构桥梁疲劳的影响因素
1.材料性能
在公路钢结构桥梁发挥抗疲劳性的过程中，重要影响因素之一就是钢结构材料特性，主要原因在于：钢构件大小及材料各性能都会在一定程度上影响钢结构桥梁疲劳性，若钢结构有细微裂纹出现，在裂纹增加的情况下，就会增加钢结构疲劳性；而在不断增加钢结构强度的情况下，也会随之增强钢结构疲劳性。
因此，钢结构材料强度需适宜。
除此之外，钢材表面通常是钢结构疲劳裂纹发生的主要部位，并且钢结构外表面也会产生较高应力，而这些因素都会对钢结构桥梁疲劳产生不同程度的影响，可见钢结构材料性能是公路钢结构桥梁疲劳性的影响因素之一。
2.外部因素
受钢结构外部因素变化影响，也会导致钢结构桥梁产生疲劳问题，如昼夜温差变化较大、外部自然环境变化影响、较强的高温及强冻情况、外界压力施加到桥梁上等，这些都是钢结构桥梁疲劳产生的外部影响因素，会导致公路钢结构桥梁疲劳性能受到不良影响，使桥梁使用寿命逐渐缩短。
一些研究表明，焊接构件疲劳强度及应力幅值间存在着联系，同时非焊接构件疲劳强度和应力幅值间也存在一定联系。
3.内部因素
钢结构内部因素也会影响公路钢结构桥梁疲劳性，最终改变桥梁疲劳形象。
具体来说，钢构件连接形式及桥梁结构、钢结构构造细节等都是主要的结构构造影响因素，受这些内部因素影响，会导致钢结构桥梁疲劳性问题随之产生。
除此之外，结构制造方法及焊接技术应用、焊接处理方式等也会给钢结构应力分布带来直接影响，而钢结构自身缺陷问题也是一种重要的内部影响因素。
三、公路钢结构桥梁及其抗疲劳设计对策
1.无限寿命设计
选择无限寿命设计方法进行应用的过程中，对结构设计提出了要求，即结构设计应力需比疲劳极限值低，才能为结构具备无限寿命提供保障。
在时间及不稳定因素变化的情况下，会使变幅循环呈现交变应力状态，所以无限寿命设计方法的应用过程，能够以构件等效等幅值疲劳极限强度下的最大应力幅情况为依据，开展抗疲劳性设计工作。
与其他设计方法相比，无限寿命设计方法较为简单，但以此种设计理念为基础设计的构件，重量大是其显著特征。
2.安全寿命设计
以图1构造细节为参照，该图充分展示疲劳寿命曲线，目的在于为构件规定使用期限内的安全使用提供保障。
对结构运营里程进行预测的过程中，表达方式可利用频率和加载序列，分析潜在裂纹处的应力情况。
结构运营荷载不同时，应以一定累积损伤理论为依据，科学估算疲劳损伤。
通常来说，应用安全寿命设计方法时，需要以S-N曲线为设计依据，一些情况下，还可利用应变–疲劳寿命曲线，前者多数情况下都会应用到计算高周疲劳中，而后者多数情况下会在地震等偶然荷载导致的低周疲劳计算中进行应用。
目前，国际上进行抗疲劳设计时，通常会选择S-N曲线安全寿命设计理念进行应用，主要计算流程如图2所示。
图1S-N曲线
图2安全寿命设计计算流程
将裂纹表现形式向椭圆形状进行简化，受交变应力影响，会使裂纹扩展方向以深度为主，计算扩展速率时，可利用如下计算公式：
（1）
式中：代表一次应力循环裂纹开展量，▲K代表一次应力循环，A、m代
表材料相关常数。
借助这一公式来估算剩余寿命，为使用期限内裂纹不会进一步扩展提供保障，该种方式的应用，能为使用期限内裂纹构件的安全使用提供基本保障，目前估算
并评定钢结构旧桥疲劳寿命等工作中通常会应用该种方法。
针对间隔进行预测监测的过程中，应充分考虑一次漏检，即Ti≤0.5Tf，可
探测裂纹为Tf，临界长度为Id，能表示时间的则为If。
Id为表面裂纹最小暴露
长度时，监测环节不仅要充分考虑探测可能性及检测方法等内容，同时还应探测
表面裂纹长度最小值，具体可参考表1。
表1表面裂纹检测情况mm
四、公路钢结构桥梁抗疲劳设计关键点
1.科学确定疲劳荷载
公路钢结构桥梁与铁路桥梁疲劳设计有所不同，主要原因在于公路钢结构桥
梁上具有较大的车辆荷载变化，同时结构变化也存在较大幅度，而车辆及车型间
差异化特征也十分显著，与钢结构桥梁设计规范充分结合，针对标准疲劳车进行
设计的过程中，应等效折算其通过钢结构桥梁的疲劳损伤，并注意疲劳车总重量
一致性的保持。
2.准确确定验算位置
验算位置的确定，就是确定疲劳敏感细节和部位。
验算公路钢结构桥梁抗疲
劳时，必须要准确确定其验算位置，主要原因在于验算位置与验算结果质量具有
直接关系。
公路钢结构及疲劳敏感部位、细节等为具体验算的关键部位，验算过
程不仅要对各焊缝趾及小节点的验算予以高度关注，还应在焊接缝底部及结构倒
角处等重点部位进行重点检测，为抗疲劳设计中能以准确的验算结果为依据提供
保障。
验算位置确定的情况下，验算原则应以先整体后局部及先概算后细算等为主。
3.准确确定加载次数
公路钢结构桥梁抗疲劳设计过程的加载次数确定，是疲劳应力计算的必要环节，具体设计公路钢结构桥梁抗疲劳时，应注意相应疲劳应力的针对性计算，同
时将疲劳车轴距及一次加载次数、疲劳车影响线长度等各指标关系充分明确出来。
4.保障构件满足需要
（1）设计公路钢结构桥梁中的拉伸钢及受弯钢等构件时，应注意圆形且长
过渡性钢结构构件的应用，有效减少构件刚度变化。
（2）钢结构桥梁设计环节，应合理选择线对接焊缝，焊接后注意处理构件。
（3）注意复杂应力下疲劳验算计算力度的有效强化，不仅要验算单向应力
下桥梁构件疲劳性，同时还应综合验算复杂应力下疲劳强度。
（4）分类处理疲劳涉及的关键点，对比分析关键点及一些研究规范机制等
内容，在此基础上对抗疲劳设计方案进行仔细分析和优化改进，为公路钢结构桥
梁的结构构造与相应疲劳强度要求相符提供保障。
结束语
目前，快速发展的钢结构桥梁，为公路长久运行提供了支撑。
但在设计钢结
构桥梁时，设计缺陷问题仍然存在，应高度重视钢结构设计中的疲劳问题，深入
分析疲劳影响因素，积极探究避免钢结构疲劳破坏的方式方法，有效避免钢结构
桥梁疲劳破坏事故的发生，促使钢结构桥梁设计和制造工艺水平提升，推动我国
公路事业发展。
参考文献
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