基于名义应力的城市钢桥面板疲劳寿命分析.docx

基于名义应力的城市钢桥面板疲劳寿命分析.docx

《基于名义应力的城市钢桥面板疲劳寿命分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于名义应力的城市钢桥面板疲劳寿命分析.docx（3页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于名义应力的城市钢桥面板疲劳寿命分析

基于名义应力的城市钢桥面板疲劳寿命分析*

摘要：

正交异性钢桥面板承受着车辆动荷载的反复作用，容易造成疲劳累计损伤，出现钢桥面板的疲劳开裂现象。

为研究某城市桥梁钢桥面板的疲劳寿命，建立钢桥面板三维有限元模型，选取钢桥面板4种典型的疲劳细节，确定最不利加载方式，并根据实测得到的城市车辆荷载频值谱，计算相应的应力历程和应力谱，从而评估各个疲劳细节的疲劳寿命。

结果表明：

在城市车辆荷载频值谱作用下，某城市钢桥4种疲劳细节的最大应力幅值均小于常幅疲劳极限，即钢桥面板具有无限寿命。

关键词：

正交异性钢桥面板；城市车辆荷载；疲劳寿命分析；疲劳强度

由相互垂直的纵、横向加劲板和桥面顶板焊接而成的正交异性钢桥面板具有轻质、高强、施工快等优点，已广泛应用于大中跨度的现代公路钢桥中［1］。

20世纪后期为满足我国城市发展的需求，正交异性钢桥面板得到了迅猛的发展。

然而由于承受着车辆动载的反复作用而造成的疲劳累积损伤，钢桥面板易出现疲劳开裂现象，这种现象已在英国、德国、法国等钢桥面板应用较早国家的许多实桥中出现［2］。

因此，在钢桥面板设计过程中需要重视疲劳分析所涉及到的钢桥面板结构分析、应力计算、疲劳强度、车辆荷载谱等问题［3］。

由于城市桥梁的疲劳荷载与公路桥梁的疲劳荷载有较大不同，本文对城市钢桥面板在车辆荷载作用下的疲劳寿命进行了研究，为城市钢桥疲劳分析提供参考。

1城市桥梁疲劳荷载

从已有的文献看，童乐为［4］、陈惟珍［5］和王春生［6］等对上海市进行了城市道路桥梁疲劳荷载的研究，华南理工大学的王荣辉［7］对广州市进行了城市道路桥梁疲劳荷载的研究。

虽然我国城市道路桥梁疲劳荷载的研究取得了一些成就，但是相对公路疲劳荷载谱，城市道路桥梁疲劳荷载的研究还是比较缓慢。

在2012年期间，通过对某城市钢桥的交通量、车辆轴重、车辆轴距等参数的调查和统计分析，得出相应的车辆荷载频值谱。

进一步根据等效疲劳损伤原理将其简化为由6辆疲劳荷载模型组成的具有实用性的车辆荷载频值谱，如表1所示。

由表1可知：

各模型车辆的日交通总量共计为13185次，占日交通总量的比率之和为21.03%。

表1车辆模型荷载频值谱

注：

加“□”的车轴为单轴四轮，其余为单轴两轮。

代号轴数总重/kN轴重/kN轴距/mm各模型车辆的日交通量/次占日交通总量的比率/%C129030+6037001135018.11C2321560+80+754000+1400450.71

C3316035+35+901700+1500370.59

C4429060+80+75+753000+6600+1400370.59

C5535070+100+60+60+603500+6800+1300+130080.13

C6638560+60+70+65+65+653000+1500+7000+1300+1300560.89

2钢桥面板疲劳验算

2.1疲劳细节及疲劳强度

图1为4个常见的钢桥疲劳细节的位置。

包括：

疲劳细节1为纵向加劲肋对接焊缝；疲劳细节2为U形肋与横隔板交叉处顶板纵向裂缝；疲劳细节3为U形肋下缘与横隔板间焊缝；疲劳细节4为过焊孔处横隔板裂缝。

图1疲劳细节位置

Eurocode3［8］规定，疲劳寿命N=2×106次时的疲劳强度称为疲劳细节类别；常幅疲劳极限为疲劳寿命N=5×106次时的疲劳强度；疲劳截止极限为疲劳寿命N=1×108次时的疲劳强度。

各疲劳细节的疲劳强度如表2所示。

表2不同疲劳细节的疲劳强度MPa

疲劳细节疲劳强度常幅疲劳极限疲劳截止极限疲劳细节1906636疲劳细节2715229疲劳细节3715229疲劳细节4715229

2.2有限元模型及加载位置

以某城市钢桥为背景，建立钢桥面板的实际尺寸有限元整体模型。

面板厚14mm，U形肋间距为600mm、板厚8mm、高260mm；底板厚12mm，U形肋间距800mm、板厚6mm、高220mm；4道直腹板厚16mm，横隔板厚16mm、间距7m。

钢箱梁总长371.5m，顺桥向共划分53个节段，标准节段长7m。

钢箱梁节段模型见图2（包含6个标准节段）。

建立钢箱梁简化的有限元模型，该简化模型纵向选取包括4道横隔板在内的箱梁节段，长23m，横向取包括7个U形肋在内的宽度，宽度为4.5m，边界条件为约束钢桥面板纵向一端的纵向位移和竖向位移，而另一端只约束竖向位移，横隔板底部采用固结。

有限元模型及边界条件如图3所示。