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摘要：随着钢结构桥梁在我国公路桥梁中的应用越来越多，钢结构桥梁的疲劳问题也日趋突出。本文在考察影响钢结构桥梁疲劳的特征因素，总结疲劳设计方法的基础上,将当前主要的钢结构桥梁设计规范的疲劳设计部分进行了对比。关键词：公路钢结构桥梁疲劳设计研究中图分类号：X734文献标识码：A文章编号：前言近年来，钢结构桥梁在我国公路桥梁中得到了越来越多的应用。一方面，钢结构桥梁的疲劳问题日趋突出；另一方面，我国公路钢桥规范与英、美等国钢桥规范相比，在疲劳设计方面规定比较简单。因此，在以我国桥梁疲劳设计经验为基础的同时，应参考一些国外规范，总结出适合我国交通行业的疲劳设计的有效方法。一钢结构桥梁的疲劳30年来，我国的公路桥梁及铁路桥梁建设得到了迅猛发展。桥梁的结构体系多种多样，目前正在由传统的石拱桥、钢筋混凝土梁板式桥梁向现代的钢结构拱桥、斜拉桥以及悬索桥的趋势发展。由于车辆载荷的随机性、超载以及运行的频繁性，钢结构桥梁的疲劳问题历年来备受关注。西南交通大学的钱冬生教授于1986年出版了专著《钢桥疲劳设计》，中国铁道科学院的潘际炎教授针对铁路钢桥极限状态法疲劳设计规范，更新了容许应力法疲劳设计方法。承载力和稳定性一样，疲劳是影响钢结构耐久性的主要因素之一。由于构造细节不合理，在重复重载交通、风或是地震等交变荷载的作用下，钢结构由此产生疲劳裂纹，疲劳裂纹不断开裂，直至影响钢桥的使用，甚至断裂破坏。为了避免钢结构桥梁发生疲劳破坏，必须在设计阶段就对疲劳问题进行细致的考虑。二钢结构桥梁疲劳特征的影响因素影响钢结构桥梁疲劳的因素有很多，归纳起来主要有以下3种：1结构的材料特性与疲劳有关的结构的材料特性主要有：钢材的性能、构件尺寸、结构的表面状况。需要注意的是结构的疲劳性能随钢材强度的提高仅有微弱增加的趋势，所以由疲劳强度所控制的构件，采用强度较高的钢材是不经济的。一般说来，构件的尺寸增加时疲劳强度降低。疲劳裂缝源通常萌生于结构的表面，这主要是因为结构外表面的应力水平往往也最高，外表面的缺陷往往也最多和表面层材料的约束小，使得滑移带最易开动。2结构构造结构构造主要包括桥梁的结构形式、构件的连接形式和构造细节。结构的制造和焊接工艺以及焊后处理工艺都对结构的初始应力分布和固有缺陷有较大的影响。3结构的外部因素影响结构疲劳的因素主要有结构所处的环境以及外界荷载作用产生的应力幅值和循环次数。据已有的试验结果表明，焊接构件的疲劳强度主要与应力幅值有关，可不考虑平均应力的影响。对非焊接构件的拉-拉构件，疲劳强度与应力幅值有关，不考虑平均应力的影响，而拉-压构件的疲劳强度与应力比和最大应力有关。三我国钢桥抗疲劳设计规范我国现行的《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-99）是从2000年2月1日开始实施的，在此规范中，对疲劳的计算和有关规定有了全面的阐述。其中疲劳验算方法是容许应力脉法。这标志着我国钢桥抗疲劳设计进入一个新的阶段。但是到目前为止我国现行的铁路桥梁规范仍然使用容许应力法，而且没有详细的疲劳荷载谱。1965年到1970年在成昆铁路建设中，首次大规模采用栓焊钢梁，进行了大批的栓焊钢桥构造细节疲劳试验，奠定了我国栓焊钢桥疲劳设计理论基础。我国公路钢桥的抗疲劳设计规范沿用的是《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86），其中有关疲劳部分的内容与当前建设的大规模钢桥并不相称，往往考虑强度较多，对于桥梁的耐久性考虑较少，桥梁的抗疲劳设计越差，对其耐久性影响越差。目前钢桥设计中抗疲劳设计主要存在的问题有：1采用容许应力法进行抗疲劳设计有很大的随机性，对结构安全服役存在隐患。容许应力法只是按照传统的经验给出的安全系数来评定结构是否稳定，缺乏明确的可靠度水平。2未定义荷载模型，使得我国公路钢桥抗疲劳设计中荷载选择没有统一形式。对钢桥进行抗疲劳设计时的疲劳荷载和强度设计荷载不同，它能能反映桥梁真实的荷载运营情况。3以应力比作为控制参数非常粗略，不能反映实际的结构破坏原因。而国外一些先进的钢桥规范大多...