公路钢桥疲劳车辆荷载研究进展.docx

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公路钢桥疲劳车辆荷载研究进展

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建筑钢结构进展第11卷

劳损伤是控制新桥疲劳设计和老桥使用安全与剩余寿命

的重要斟素。

随着我国经济的快速发展,近年来的道路交通和桥梁建设与日俱增。

根据最新的交通部《2006年全国公路养护统计年报》…。

截止到2006年年底,全国各类桥梁共有50万座左右,大部分是在最近十几年内建造的。

对于既有桥梁.受当时条件的限制,在设计和建造时未充分考虑疲劳问胚。

同时・近年来各类公路运输车流量大幅增加,超载现象严重,这些都成为桥梁突然疲劳坍塌破坏的重要起因。

在新桥设计中如何考虑提高桥梁的耐久性,加强桥梁的抗疲劳能力也将是一个重要课题。

据美国ASCE疲劳与断裂分委会1082年的调查结果,80%~90%的钢结构破坏与疲劳断裂有关【2】。

1967年12月15日美国西弗吉利亚横跨俄亥俄河上的银桥

（PointPleasantBridge突然倒塌（图1,死亡46人,这场

灾难是由于桥梁螺栓连接处的螺杆在服役39年后发生疲劳脆性断裂引起的。

1994年10月韩国汉城横跨汉江的圣水大桥中央断塌50m,其中15m掉人江中,造成32

人死亡17人重伤的重大事故（图2,引起桥梁在行车高

峰期突然断裂的原因是长期超负荷运营,下部钢桁梁螺栓及杆件疲劳破坏所致。

2007年8月1日美国明尼苏达州35号州际公路横跨密西西比河的一座建于1967年的桥梁在交通高峰时段瞬间坍塌（图3,造成13人死亡,70多人受伤,超出预估的繁重交通流量、支撑桥面的钢桁架的众多节点部位出现疲劳裂缝和腐蚀、各类丢失的关键

图l

美国连接西佛罗里达州波因特普莱森特与

俄亥俄州Kananga的吊桥（银桥发生坍塌

图2韩国首尔桑苏（圣水大桥坍塌

图3美国明尼苏达州35号州际公路

横跨密西西比河的一座桥梁坍塌

螺栓以及腐蚀性鸽粪等,被认为是造成这一事故的主要可能原因。

以上所列举的事故说明,超负荷运营加速了桥梁薄弱细部的疲劳断裂进程,大大降低了桥梁结构的耐久性和使用安全度。

明确疲劳车辆荷载的取值是开展抗疲劳设计、疲劳剩余寿命评估之前就应该首先明确的工作,是进行疲劳寿命评定工作的主要依据和重要环节,是一项具有先导性和基础性的科学研究。

桥梁疲劳设计和疲劳剩余寿命的评估中不应采用最不利情况的强度设计荷载,而应采用疲劳荷载,即桥梁设计基准期内实际承受的运营载荷的总和,用来计算它们对桥梁的累积损伤。

采用前者将低估桥梁的实际疲劳寿命¨“】。

桥梁疲劳荷载通常以荷载（车辆频谱的形式表示。

按不同车辆活载的大小及出现次数全部开歹Ij出来,即荷载谱,或称活载频值谱。

为应用方便起见,在疲劳损伤累积等效原则下,一般将一个标准疲劳车辆模型应用于疲劳设计和疲劳损伤评估中。

目前英国、美国、德国和日本等国都在各自的桥梁设

计规范中给出了相应的疲劳设计荷载谱或疲劳车辆模型¨““]。

但是,我国的疲劳研究相对滞后,公路和铁路桥梁规范对此均没有规定¨““,我国桥梁的疲劳设计处于无据可依的状态,这必然会影响桥梁抗疲劳设计、疲劳剩余寿命评估等诸多桥梁安全保障工作。

1

国内外研究动态及进展

1.1规范规定

目前,对桥梁疲劳验算所采用的荷载一般有三种

形式口“““:

（1车辆荷载频值谱;

（2一辆标准疲劳车。

它是由第1种形式简化而来的;

（3采用静力强度设汁时标准活载中的一辆重车。

上述第1种形式相对最为精确,它是通过对桥梁交通调查得出的日常各种典型车辆的荷重和出现的相对频率。

目前,国外很多国家,如英国、美国、德国、日本等都

在各自的桥梁设计规范中给出了相应的疲劳设计车辆倚

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公路钢桥疲劳车辆荷载研究进展作者：

作者单位：

岳峰，任晓崧，赵金城，温学钧，郝志刚，YUEFeng，RENXiao-song，ZHAOJincheng，WENXue-jun，HAOZhi-gang岳峰,YUEFeng（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200030;浙江林学院园林学院,浙江临安,311300，任晓崧,RENXiao-song（同济大学结构工程与防灾研究所,上海,200092，赵金城,ZHAOJin-cheng（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海,200030，温学钧,WENXue-jun（上海市政工程设计研究总院,上海,250014，郝志刚,HAOZhigang（山东省高速公路集团有限公司德州管理处,山东德州,253000建筑钢结构进展PROGRESSINSTEELBUILDINGSTRUCTURES2009，11（20次刊名：

英文刊名：

年，卷（期：

被引用次数：

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鉴于我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定，本文参考国外规范和研究成果，介绍了钢桥疲劳寿命评估的可靠性分析的两种方法，从疲劳荷载谱的制定方面论述了车辆荷载对公路钢桥结构可靠性评估中的作用，初步探讨了车辆荷载因素对公路钢桥疲劳可靠度的影响。

2.学位论文任伟平焊接钢桥结构细节疲劳行为分析及寿命评估2008各种连接细节的疲劳性能是焊接钢桥研究的热点问题之一。

随着运营车辆总重和交通量的不断增加，近些年来焊接钢桥所面临的疲劳问题正日趋严重。

本文结合我国焊接钢桥疲劳研究的现状，对焊接钢桥细节的疲劳破坏行为、标准疲劳车荷载模型、变幅车辆荷载作用下的疲劳强度设计曲线和疲劳寿命可靠性评估方法等问题进行了系统深入的研究，最后以两座典型桥梁为工程背景，建立了焊接钢桥细节的疲劳寿命评估程序。

本文主要就以下几个方面进行了探讨和研究。

全面总结了国内外焊接钢桥中易发生疲劳破坏的典型细节，对其疲劳破坏行为进行了分析，在此基础上提出了焊接钢桥的疲劳设计步骤及需要注意的问题，并就焊接钢桥疲劳裂纹检查和修复方法进行了讨论。

在对BS5400、AASHTO以及Eurocode1等桥梁设计规范的疲劳荷载谱计算方法进行详细介绍和分析的基础上，针对我国现行公路桥梁设计规范未对车辆荷载谱进行明确规定的不足，通过对我国不同地区五条典型国道主干线所进行的车辆状况调查，提出了用于钢桥疲劳累积损伤计算的10种典型车辆荷载模型及出现频率，代表车辆模型包含2类客车和8类货车。

为方便应用，通过对不同跨径简支梁和两等跨连续梁的模拟计算，提出了一个适用于我国国道主干线高速公路钢桥的简化疲劳车辆荷载模型，所提出的标准疲劳车模型包含一辆三轴车和一辆四轴车。

通过分析证明了本文所提出的标准疲劳车模型能够较好的反映桥梁的实际受力状况，可用于我国国道主干线上的钢桥疲劳计算。

依据我国道路交通荷载的调查数据，使用基于LEFM的疲劳寿命评估方法，对焊接钢桥典型细节在随机变幅应力作用下的疲劳寿命曲线进行了研究，运用所编程序对五种交通荷载、四种跨径和四种细节的变幅疲劳寿命曲线进行了模拟计算。

通过对计算结果的拟合分析，提出了适合我国实际情况的变幅车辆荷载作用下焊接细节疲劳寿命设计曲线的修正方法。

研究了钢桥细节疲劳寿命估算的两种方法：

一种是基于S—N曲线的方法，该方法可用于能够明确疲劳强度等级的新建钢桥焊接细节；另一种是基于LEFM的方法，该方法可用于不能明确疲劳强度等级或已存在裂纹的焊接细节。

通过分析，提出了这两种分析方法的极限状态方程，参考国内外大量文献资料，确定了各随机变量的统计参数，建立了基于可靠性理论的疲劳寿命评估方法。

以张石高速公路石家庄互通式立交主线上一座跨线桥主桥和湛江海湾大桥主桥为例，建立了焊接钢桥连接细节疲劳寿命评估流程，可为焊接钢桥的疲劳设计和养护维修策略制定提供科学决策依据。

最后，通过对我国四座大跨径钢箱梁斜拉桥的计算分析，就大跨度钢桥主要受力细节的疲劳问题与桥梁跨径的关系进行了探讨，并得出了一些有益的结论。

3.学位论文童乐为正交异性钢桥面板的疲劳研究1995该文结合内环线中山路3号桥几跨开口纵肋钢桥面板的构造