桥梁钢桥面板S-N曲线分析

2023-09-19 理论教育版权反馈

【摘要】：针对本节主要研究内容——车辆荷载作用下钢桥面板细节疲劳可靠度分析，根据上述四种疲劳细节的S-N曲线选取合适的S-N曲线是对钢桥面板细节疲劳可靠度分析的关键。BS5400规范和TB2005规范没有对细节分类做出明确的分类，AASHTO规范给出了部分正交异性桥面板的疲劳细节分类，但不全面，且没有给出顶板-U肋的分类。车载下钢桥面板存在高应力幅值，疲劳截止限不适用于该情况下的疲劳分析，因此需将所有应力循环均纳入疲劳损伤计算。

针对本节主要研究内容——车辆荷载作用下钢桥面板细节疲劳可靠度分析，根据上述四种疲劳细节的S-N曲线选取合适的S-N曲线是对钢桥面板细节疲劳可靠度分析的关键。车辆荷载作用下钢桥面板细节应力循环具有变幅、高频和低幅特征，此外钢桥面板构造细节种类较多，有顶板-U肋细节、U肋对接细节、U肋与横隔板细节、横隔板与顶板细节等，因此所选取的S-N曲线应满足钢桥面板的细节疲劳应力分析要求。

针对上述四种疲劳规范，BS5400规范、AASHTO规范和Eurocode 3规范都对低应力循环提出了处理方法，而TB2005规范没有规定。BS5400规范采用双斜率方法，将斜率为-1／m的常幅S-N曲线在小于常幅疲劳极限的应力幅处以更平缓的-1／（m+2）斜率向下无限延伸；AASTHO规范对低应力循环的处理方法是将常幅S-N曲线在常幅疲劳极限应力以下部分以相同的斜率延伸到0.5CAFL，该处即为应力截止限，此后的S-N曲线水平延伸。BS5400规范和TB2005规范没有对细节分类做出明确的分类，AASHTO规范给出了部分正交异性桥面板的疲劳细节分类，但不全面，且没有给出顶板-U肋的分类。Eurocode 3规范不仅给出了常见的大部分正交异性桥面板细节分类，而且对闭口和开口加劲肋做出了明确确定。基于上述分析，本书选取Eurocode 3规范对随机车流作用下南溪长江大桥钢桥面板疲劳可靠度进行分析。

根据Eurocode 3规范将S-N曲线改写为：

pagenumber_ebook=161,pagenumber_book=151

式中，当应力幅ΔσR＞ΔσD时，结构细节疲劳强度系数为KC；当ΔσR＜ΔσD时，疲劳强度系数为KD。根据Eurocode 3疲劳规范，针对本书的正交异性桥面板主要构造细节类型，顶板-U形肋处的细节分类为71，U形肋对接处的细节分类为50，对应的强度系数分别为：

pagenumber_ebook=161,pagenumber_book=151

式中， pagenumber_ebook=161,pagenumber_book=151 表示细节类型为71所对应的疲劳强度系数。

车载下钢桥面板存在高应力幅值，疲劳截止限不适用于该情况下的疲劳分析，因此需将所有应力循环均纳入疲劳损伤计算。由此可得车载作用下钢桥面板细节的每个应力循环S产生的疲劳损伤为：

pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=152

式中，n为通过雨流计数方法提取出应力循环S的循环次数；N为Eurocode 3规范中常幅应力幅S对应的疲劳寿命。由Palmgren-Miner线性累积损伤法则可得到车载下钢桥面板的疲劳损伤D的表达式为：

pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=152

式中，ni为Si≥ΔσD的应力循环次数；nj为Sj＜ΔσD的应力循环次数。由于车辆荷载作用下细节的应力为变幅应力，根据上述线性累积损伤准则将其转换为常幅应力Seq。事实上，一般情况下车载下钢桥面板的应力幅值在50 MPa以内［17］，这表明该应力幅值小于表8.5中细节类型为71的常幅疲劳极限 pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=152 ＝52MPa，而且大部分应力均小于细节类型为50的常幅疲劳极限＝37 MPa。通过引入等效应力幅Seq，下式可得到累积损伤D、等效应力幅值Seq以及应力循环次数N的表达式：

pagenumber_ebook=162,pagenumber_book=152

采用式（8.23）～（8.25）可将车载下细节变幅应力循环等效转换为常幅应力循环，这为随机车流下钢桥面板的疲劳损伤和疲劳可靠度分析奠定了基础。

桥梁钢桥面板S-N曲线分析

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