钢桥疲劳问题概述.pptVIP

2、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纹，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。 有横向对接焊缝的试件的疲劳强度随焊缝的余高角度的变化情况可知：角度愈小，应力集中愈严重，疲劳强度愈低，由此可见构造细节是设计承受疲劳荷载的重要因素，在选定连接形式之后设计细节的具体处理及施工操作是否合格，也会影响疲劳强度。 此图为角焊缝连接的试件在不同的应力循环特征值作用下的应力循环次数。 由此可知随着应力特征值的增大疲劳强度是增大的，但这对于轧制钢材和非焊接结构而言的，对于焊接结构则直接与应力幅相关。 对焊接结构而言，构造细节主要表现在零件之间的连接方式和焊缝的形式，在同样的应力幅作用下，结构没有焊缝的部位，疲劳破坏前的循环次数高于对于有焊缝的部位看，后者有高于有角焊缝的部位，虚线是由N的平均值减去它的二倍标准差得出 延长疲劳寿命的方法有：减小初始裂纹尺寸a1,，这个增加很明显是因为在裂纹尺寸很小时，扩展速率da/dN很低；降低构件所承受的应力和采用韧性较好的材料。减低应力幅要求增大构件截面，从而提高造价。采用高韧性材料和加强施工质量控制也都要提高造价。于是要权衡轻重做出最佳的方案 低周疲劳 当每次荷载循环中材料经受的应变超出了弹性范围，发生疲劳破坏所对应的循环数相对较小，这就是低周疲劳。 腐蚀疲劳 环境介质导致或加速疲劳裂纹的萌生或者扩展即称为腐蚀疲劳。 热疲劳 在材料和结构中，由温度梯度和不均匀膨胀的循环变化产生的循环热应力和应变所导致的疲劳损伤。 接触疲劳 构件在循环接触应力作用下，产生局部永久性累积损伤，经一定的循环次数后，接触表面产生麻点，浅层或深层剥落的过程 和结构的静力设计不同，钢桥的疲劳设计所采用的荷载不应是按最不利情况采用强度设计时的标准活荷载，而应考虑采用经常作用的各种实际的车辆荷载，从而计算他们所引起的累积损伤。 K——应力谱中各应力幅值的数目； i——表示离散应力幅的次序的整数值； ni——发生在应力幅Δσi下的应力循环数，由相应的计数法确定； N——设计寿命期内所有公称应力幅下的循环总数，N=∈ ni ； Δσi——第i级公称应力幅值； [σN]——该细节在N次应力循环下的疲劳容许应力幅； m一是疲劳曲线的指数，对于双对数疲劳曲线来说就是其斜率。一般 取3将得到保守的等效常幅应力幅的估算值。 参考文献 钢桥 现代疲劳问题分析 高等桥梁结构理论 钢结构设计原理 钢桥疲劳与断裂(超星学术视频） 四 疲劳的构造细节 钢桥的疲劳主要出现在铆接、焊接、螺栓等杆件连接的部位，特别是应力反复作用的部位上。 近几年我国修建了多座超大跨径的悬索桥、斜拉桥和拱桥等, 在这些钢桥结构中不断出现一些新的结构型式和制造工艺。对于那些结构复杂、构造细节分类不明确, 且直接承受动力荷载的新型连接部位, 其疲劳性能就需要进行深入研究, 以保证结构安全。 1、正交异性钢桥面板 关于钢桥面板出现疲劳开裂, 最早报道的是英国Seven 桥, 1966 年建成通车后, 分别于1971 年和1977 年发现了3 种焊接细节的疲劳裂纹: (1) 纵肋与横梁角焊缝连接处; (2)梯形纵肋下缘与浮运隔板焊接处; (3) 纵肋腹板与盖板连接角焊缝。 正交异性钢桥面板已经成为大中跨的现代桥梁所通常采用的桥面的形式，它的疲劳性能也格外令人关注。原因是： (1)钢桥面板疲劳开裂的事迹已经在许多国家的钢桥中出现； (2)钢桥面板直接承受车辆轮荷载的反复作用; (3)各部位应力影响线长度短, 车辆引起的应力循环次数比一般部位要多; (4)钢桥面板应力状况比较复杂, 还有许多现场拼装接头、焊接质量不易保证等问题。 2、斜拉桥索梁锚固区 该区域是斜索和钢梁的传力连接构造, 板件较多,且构造复杂, 通常产生明显的应力集中, 而且直接承受因车辆荷载、风荷载等而产生的动力效应。 因此, 索梁锚固区域的板件及板件间连接焊缝的疲劳性能使用现有规范通常难以进行评定, 是目前焊接钢桥疲劳研究的难点和重点之一。 湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构 3、横梁（横隔板）与主梁腹板的连接 从早期的铆接发展到如今的栓接或焊接, 因受载方式及面外变形等因素使该处的疲劳性能一直受到关注, 并且众多开裂的实例也给予了证明。 钢梁正处在以栓接为主向以焊接为主的过渡时期,钢桁梁中更多的疲劳性能进行研究也是非常必要的。 4、管结构焊接节点