公路鋼結構橋梁的疲勞設計要點

王顯斌 魏 磊

（山東中咨公路咨詢設計有限公司 山東東營 257091）

公路鋼結構橋梁的疲勞設計要點

王顯斌 魏 磊

（山東中咨公路咨詢設計有限公司 山東東營 257091）

在公路橋梁整個設計階段，結合橋涵設計指標的具體要求，要從實際情況入手，優化設計形式，執行有效的評價機制，發揮評價系統的最大化作用。本次研究中以公路鋼結構橋梁的疲勞設計為基礎，對設計要點進行分析。

公路；鋼結構橋梁；疲勞設計

近些年來我國城鎮化建設速度不斷提升，公路里程不斷增加，公路鋼結構設計起到重要的作用，鋼結構本身存在應力分布不均勻的現象，不同程度的疲勞程度存在差異，因此針對存在的各類安全隱患，必須做好抗疲勞設計。

一、影響公路鋼結構橋梁疲勞性能的影響因素

基于公路鋼結構橋梁施工的具體要求，在后續利用階段需要從現狀入手，及時對影響因素進行分析，考慮到結構形式的具體要求，對其進行合理化應用。以下將對影響公路鋼結構橋梁疲勞性能的影響因素進行分析。

1.鋼結構材料特征

對于抗疲勞性能結構而言，在設計階段要從已有特性入手，對各項性能和指標進行分析，避免出現嚴重的裂紋或者不良反應。隨著鋼結構強度的不斷增加，抗疲勞性能增強，但是不是所有材料強度都比較高，要對材料表面結構屬性進行了解，最大程度提升其應用能力[1]。

2.外部因素

基于現有檢驗指標的屬性要求，考慮到變化因素的特殊性，要及時對結構屬性因素進行對比。如果存在晝夜溫差大的現象，是和自然因素存在聯系，因此需要及時對影響因素和評價指標進行分析，適當減少壓力。外部因素屬于不可控制因素，實踐表明，焊接常見的疲勞程度和應力幅度存在聯系，需要結合強度和應力值指標對其進行完善設計。

3.內部因素

很多結構內部因素直接對公路橋梁疲勞性能造成影響，由于疲勞形象出現變化，因此在結構設計過程中要對鋼構件連接形式、公路橋梁結構以及構造細節等進行掌握，以現有焊接技術為標準，采用不同設計形式，能減少鋼結構承載力，進而提升其應用優勢。

二、公路鋼結構橋梁抗疲勞計算

1.全壽命周期設計

考慮到現有設計形式的特殊要求，在利用階段，必須綜合對車輛荷載力進行分析。橋梁應用過程中受到其他因素的影響，對施工、運營和維修管理等有嚴格的要求，在設計過程中，考慮到后期維護系統的可行性和代價等因素要求，需要對結構的替換周期進行分析，以現有的抗疲勞設計指標為例，對公路結構的抗疲勞工程采用分類設計形式，能最大程度減少造價，實現全壽命周期和設計理念的有效結合[2]。

2.疲勞應力分析

通常情況下，公路橋梁的鋼結構設計對應力系統本身有嚴格的要求，針對橋梁荷載力以及施工路段的具體要求，需要做好隨機測定工作。不同的路段以及時段的車輛荷載力不同，為了使其和現有的設計規范有效結合起來，需要采用簡化操作的形式，結合公路橋梁荷載計算方式對其進行測定。公路橋梁鋼結構荷載力受到汽車荷載和沖擊效應的影響，在抗疲勞設計過程中要結合具體情況，對沖擊效力進行分析，結合作用力要求對構件模式進行對比。

3.公路鋼結構疲勞抗力

疲勞抗力的設計形式分為不同方面，其一是焊接構件和應力變化，其二是非焊接構件和連接形式，由于彼此間呈現出正相關的關系，因此必須對系數進行對比，提升其應用優勢。本次研究中采用的連接形式、板厚系數和應力系數等都是相關部門規定的數據，由于公路橋梁鋼結構設計規范相互間存在銜接的趨勢，因此應用范圍比較廣。

三、公路鋼結構橋梁的疲勞設計要點

針對現有設計形式以及系數的屬性要求，在利用過程中要合理應用設計方式，以下將對公路鋼結構橋梁的疲勞設計要點進行分析。

1.無限壽命設計

無限壽命設計是應用比較廣泛的設計模式，對結構系統本身有嚴格的要求，考慮到應力系統的具體變化，需要從無限設計要點入手，采用循環應力設計模式，適當調整不穩定因素，使其應力系統處于可觀的狀態下。隨著時間的變化，應力結構也不斷調整，結合不穩定因素的要求，在分析階段需要對最大應力幅度進行分析，抗疲勞限度本身呈現出差異，要按照極限強度對其進行設計。無限壽命設計作為一種簡化的設計模式，設計比較笨重，為了充分利用已有材料，必須適當提升設計應力[3]。

2.安全壽命設計

安全壽命設計是保證結構在一定使用期限內不會出現損壞的設計形式，基于構件工作能力的具體要求，在設計階段要采用曲線形式對其進行應用，保證在規定的使用期間安全應用。系統本身具有預測的功能，因此對加載序列和頻率進行分析后，能結合裂紋處的應力結構測定荷載力。安全壽命設計以S-N曲線為標準，結合依據壽命曲線要求，進行有限利用。以損傷容限設計為例，該方式是以基礎力學為基礎的，首先要假定構件存在裂紋現象，在交換應力的作用下，可以對深度方向進行擴展。此外要估算剩余壽命，通過實驗檢測的方式進行應用。為了保證結構在使用期限內，不會出現損壞的現象，要對鋼結構舊橋疲勞壽命進行估算和評估。

3.鋼結構疲勞設計規范對比

由于疲勞問題種類比較多，各行各業需要從現有設計要求入手，通過對規范機制進行研究和對比后，對修訂的方案和規范系統進行分析。對于疲勞強度而言，構造細節和內應力是變化的，為了保證每一種構造都具有相應的疲勞強度，需要設立曲線，采用間隔設置的形式，對連接形式和受力特點等進行分析，將疲勞強度接近的形式歸為同一類。

4.在懸索橋中的應用

根據現有應力結構系統的特殊要求，在構件截面內力計算過程中需要按照結構屬性進行。荷載作用比較大，結構剛度大，可以以現有的原模型作為基礎，進行移動荷載非線性分析，經過分析后得到移動荷載作用下的節點應力。由于設計過程中會產生誤差，公路橋梁鋼結構設計規范對不同疲勞抗力設計進行綜合性的比較和分析，能得到荷載差異項目。在實際應用過程中要對細節進行分析，計算出高強度的螺栓。同時橋涵設計階段對設計規范有一定的要求，在實際應用過程中要對構件類型和細節進行對比，同時公路橋涵鋼結構、木結構都可以按照設計規范進行計算。鋼結構設計規范可以按照驗算部位II類構造進行計算，同時在設計過程中還需要以國外設計規范為參考。由于強度設計概念存在差異，不同規范制度對于準則要求不同，要體現出疲勞強度和等級變化，按照系數要求進行合理化應用。同時考慮到Eurocode細節等級分類，在應用階段，如果等級差別比較小，則說明細則意義不大，不需要進行過細的等級分類。

5.進行參數標準設定

針對公路橋梁施工以及疲勞驗算設計的具體要求，在實踐階段要按照具體指標要求進行，公路鋼結構設計階段，車輛間距、車型都存在不同，縱觀鋼結構橋梁設計規范，可以將鋼結構疲勞損傷等效折算成標準疲勞車，但是這里值得注意的是，必須保證疲勞車總重量是相同的?？紤]到檢測指標的具體要求，在驗算階段需要對敏感設計以及細節部位進行分析，包括各個階段的焊接縫或者結構處，如果不能對疲勞設計參數進行確定，必然會導致系數設計不合理。按照相對應的效應可知，如果對復雜的應力系統進行分析，則要最大程度滿足構件要求，提升其應用優勢。應利用線合理選用對接焊縫，同時應該保證構件焊縫字應力區之下，還要進行必要的焊后處理，滿足設計要求。

結束語

近些年來我國公路鋼結構建設取得了突出的進步，在發展過程中需要對受力結構進行分析。由于設計階段會存在不同程度安全隱患，如果不能進行優化設計，必然會影響其應用安全。相關工作人員要從應用現狀入手，對疲勞設計引起重視，優化設計指標，按照設計要求進行落實。此外在分類處理過程中，為了減少工程造價，需要將其和其他設計理念有效結合，實現優化設計。

[1]郭琦,賀拴海，房東東.基于全壽命理念的公路橋梁鋼結構抗疲勞設計[J].鄭州大學學報(工學版),2011,03（12）∶33-36.

[2]曹偉.公路鋼結構橋梁抗疲勞設計方法分析[J].信息化建設,2016,05（12）∶234.

[3]郝蘇，張志宇，王愛華.國際現行鋼結構公、鐵路橋梁疲勞設計規范綜述[J].世界橋梁,2012,06（01）∶29-37.

TU7

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1007-6344（2017）01-0086-01