08- 钢桥的疲劳与抗震 - 王爽.pdfVIP

钢桥的疲劳与抗震 北京跨世纪:王爽 2016年09月 1 上篇 钢（混）桥疲劳 1.疲劳事故 1967年12月15日，眼杆腐蚀疲劳而倒塌的美国银桥 （Silver Bridge） 上篇 钢（混）桥疲劳 1.疲劳事故 I-794 Hoan Bridge （美国） 桥型：3跨I形连续梁 桥长：195m，单跨65m 竣工：1972年，1977年通车 事故时间：2000年12月 裂纹初始萌生处 上篇 钢（混）桥疲劳 2.钢构件的疲劳（fatigue） 在持续反复荷载（车辆、风、地震等）作用下，虽然其最大应力 低于极限强度，甚至低于屈服强度，也会发生破坏，这种 “积劳成疾” 的现象称为钢构件的疲劳。 疲劳破坏过程一般经历三个阶段, 即 （Ⅰ）裂纹萌生； （Ⅱ）裂纹 B区 缓慢扩展； （III）迅速断裂。疲劳即是裂纹的萌生与扩展过程。 D区 上篇 钢（混）桥疲劳 2.钢构件的疲劳（fatigue） 上篇 钢（混）桥疲劳 2.钢构件的疲劳（fatigue） 构件应力低于钢材的极限强度，甚至低于屈服强度 （和强度破坏的区别）； 疲劳是多次应力循环累积作用的结果 （荷载特点）； 疲劳破坏不仅与材料本身有关，而且与构件的使用条件及环境因素相关 B区 （内因和外因）； 疲劳破坏类似于脆性破坏 （危害性）。 D区 上篇 钢（混）桥疲劳 3.疲劳产生原因 钢材的材料性能、局部拉应力程度 内因 和结构构造。 外因 环境、应力幅值和循环次数。 上篇 钢（混）桥疲劳 4. 各国规范中的抗疲劳设计 目前，中国、美国、欧洲及日本等国钢桥规范中的抗疲劳设计思 想和和方法基本一致，均为名义应力法，主要分为两类： 1、无限寿命设计 顾名思义就是结构或构件在任何时候都不发生疲劳破坏。对于承 受变幅循环应力的钢构件，其限制条件是使构件的最大应力幅小于或 等于等效常幅疲劳极限，适用于需要无限次应力循环的构件。但某些 情况下，材料的潜力得不到充分发挥，不经济。 2、安全寿命设计 要求结构或构件在其设计寿命（设计使用期）内不发生疲劳破坏 ，设计思想上与无限寿命设计相似，但允许构件的工作应力超过疲劳 极限。目前为抗疲劳主流设计方法，被各国规范广泛采用。 上篇 钢（混）桥疲劳 4. 各国规范中的抗疲劳设计 无论采用哪种方法，以下两方面为重点： 1、疲劳荷载模型。两种形式：标准疲劳车模型和标准疲劳荷载谱。目前 各国规范（包括JTG D64-2015 公路钢结构桥梁设计规范）主要采用标疲 车模型。 2、疲劳细节分类及相应的S-N曲线。疲劳细节即指易发生疲劳破坏的细节 构造，不同疲劳细节所对应的S-N曲线不同，需单独研究。 上篇 钢（混）桥疲劳 4.1. 疲劳荷载模型 JTG D64-2015 公路钢结构桥梁设计规范的标疲车： 1、疲劳荷载计算模型Ⅰ 用于验算全局受力构件是否具有无限疲劳寿命。 采用等效的车道荷载。 应考虑多车道的影响。 2、疲劳荷载计算模型Ⅱ 用于验算全局受力构件是否具有安全疲劳寿命。 当构件和连接不满足疲劳荷载模型Ⅰ验算要求时，应按模型Ⅱ验算。 双车模型。 3、疲劳荷载计算模型III 用于验算桥面系构件是否具有安全疲劳寿命。 计算正交异性钢桥面板疲劳应力时，应