鋼橋面板疲勞監(jiān)測(cè)與壽命評(píng)估研究

毛國(guó)輝,羅志剛

（1.江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司;2.江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,南昌 330011）

0 引言

高速鐵路作為國(guó)家戰(zhàn)略層面的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，其服役期間的安全性和可靠性備受矚目。為保證高速列車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性，對(duì)橋上軌道結(jié)構(gòu)提出了高可靠性、高穩(wěn)定性和高平順性要求[1]。作為直接支承列車軌道的重要結(jié)構(gòu)，鋼橋面板結(jié)構(gòu)的完整性是列車行車安全性的重要保證。已有研究發(fā)現(xiàn)，部分公路橋梁的鋼橋面板在汽車等往復(fù)交變荷載下出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的疲勞開裂現(xiàn)象[2-5]。相比于公路橋梁結(jié)構(gòu)，鐵路橋梁尤其是高速鐵路橋梁的鋼橋面板的疲勞開裂對(duì)行車安全的影響更為嚴(yán)重。一旦發(fā)生疲勞開裂，鋼橋面板的支承剛度將出現(xiàn)退化，影響軌道結(jié)構(gòu)的平順性，危及高速列車的行車安全。

京滬高鐵大勝關(guān)大橋是世界首座六線鐵路大橋，為世界上設(shè)計(jì)荷載最大的高速鐵路大橋，京滬高鐵全線重點(diǎn)控制性工程。通過在大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋的建設(shè)期間在鋼橋面板處安全應(yīng)變傳感器，采集列車運(yùn)行過程中焊接細(xì)節(jié)附近的應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析其疲勞性能在服役過程的演化規(guī)律，對(duì)鋼橋面板的疲勞安全性進(jìn)行實(shí)時(shí)性評(píng)估，相關(guān)研究可為大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋的運(yùn)營(yíng)安全提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)保障。盡管針對(duì)公路橋梁的鋼橋面板疲勞監(jiān)測(cè)與壽命評(píng)估目前已經(jīng)開展了較為廣泛和深入的研究[6-10]，但是目前針對(duì)鐵路橋梁，尤其是高速鐵路橋梁鋼橋面板結(jié)構(gòu)的疲勞監(jiān)測(cè)與分析研究則開展較少。本文以京滬高鐵大勝關(guān)大橋?yàn)閷?duì)象，開展了鋼橋面板的疲勞監(jiān)測(cè)與壽命評(píng)估研究。首先分析了8節(jié)和16節(jié)編組的列車開行過程中的應(yīng)變曲線特征，在此基礎(chǔ)上開展了兩類疲勞效應(yīng)—等效應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的時(shí)變性規(guī)律研究，建立了兩類疲勞效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分布模型。在綜合考慮焊接細(xì)節(jié)的應(yīng)力集中、環(huán)境腐蝕和車輛荷載的增長(zhǎng)等因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了鋼橋面板的疲勞壽命評(píng)估研究。

1 鋼橋面板疲勞應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋?yàn)榫咚勹F路和滬漢蓉鐵路共用的跨江通道。京滬高速鐵路設(shè)計(jì)行車速度300 km/h。大勝關(guān)大橋主橋?yàn)橐宦?lián)（108+192+2×336+192+108）m鋼桁拱橋，主橋立面圖如圖1（a）所示。高速行車要求軌道具有較高的穩(wěn)定性、平順性和可靠性，因此要求橋梁主體結(jié)構(gòu)和橋面都需有較大的剛度。為此，大勝關(guān)大橋首次采用整體性和剛度較好的多橫梁正交異性板整體鋼橋面，如圖1（b）所示。為監(jiān)測(cè)大勝關(guān)大橋鋼橋面板的疲勞性能，大勝關(guān)大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在圖1（a）所示的主梁1-1斷面處安裝了疲勞應(yīng)變傳感器，其布置位置如圖1（b）所示。從圖中可以看出，應(yīng)變傳感器DYB-11-23和DYB-11-24重點(diǎn)監(jiān)測(cè)鋼橋面板頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)在高速列車作用下的長(zhǎng)期疲勞效應(yīng)?？紤]到鋼橋面板的對(duì)稱性，本文以DYB-11-24傳感器2013年2月-7月的疲勞應(yīng)變數(shù)據(jù)為對(duì)象，研究高速列車作用下鋼橋面板頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的疲勞效應(yīng)變化規(guī)律。

圖1 鋼橋面板疲勞應(yīng)變傳感器布置圖

2 鋼橋面板疲勞效應(yīng)監(jiān)測(cè)與分析

2.1 單次列車通過時(shí)的疲勞效應(yīng)監(jiān)測(cè)與分析

首先考察單次高速列車通過時(shí)鋼橋面板頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的疲勞效應(yīng)。圖2分別給出了動(dòng)車組8節(jié)列車編組和16節(jié)列車編組通過時(shí)DYB-11-24傳感器所記錄的橫橋向應(yīng)變歷程曲線。從圖中可以看出，應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包含了兩方面的內(nèi)容：①高速列車在橋面通過時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變幅。圖2（a）和圖2（b）中這部分的應(yīng)變幅變化范圍均在2 με～6 με，并且從圖中應(yīng)變峰值個(gè)數(shù)可以推斷通過車輛分別為16軸8節(jié)列車和32軸16節(jié)列車；②各種隨機(jī)干擾所產(chǎn)生的應(yīng)變幅，特別是在列車通過前后存在應(yīng)變幅值較小、但數(shù)量眾多的隨機(jī)應(yīng)變幅，如圖2（a）和圖2（b）所示。

圖2 高速列車通過時(shí)應(yīng)變傳感器DYB-11-24的應(yīng)力歷程曲線

對(duì)于圖2中的應(yīng)變時(shí)程，首先按照彈性狀態(tài)計(jì)算轉(zhuǎn)化為應(yīng)力時(shí)程，然后進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)，得到如圖3所示的應(yīng)力幅譜，圖中應(yīng)力幅的取值范圍為0～1.0 MPa。從圖中可以看出，幅值極小的應(yīng)力循環(huán)（小于0.30 Pa）的數(shù)量極為眾多，主要包含了大量隨機(jī)干擾的影響。由于焊接細(xì)節(jié)疲勞損傷的主要來自于數(shù)量相對(duì)較少的中高幅值的應(yīng)力循環(huán)，因此，可以直接剔除應(yīng)力范圍小于0.30 Pa的應(yīng)力循環(huán)，以減少隨機(jī)干擾的影響。在此基礎(chǔ)上依據(jù) Palmgren-Miner線性損傷累積理論和Eurocode 3規(guī)范可以進(jìn)一步計(jì)算出單次列車通過時(shí)產(chǎn)生的等效應(yīng)力幅及相應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。根據(jù)圖3（a）和圖3（b）所示的應(yīng)力幅譜，8節(jié)列車編組和16節(jié)列車編組通過時(shí)的等效應(yīng)力幅分別為0.75 MPa和0.71 MPa，相應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為22和45?？梢钥闯觯?節(jié)列車編組和16節(jié)列車編組產(chǎn)生的等效應(yīng)力幅基本相同，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)則大致為2倍的關(guān)系。由于8節(jié)和16節(jié)編組列車的軸重及軸距分布相同，16節(jié)編組列車的軸數(shù)為8節(jié)編組列車的2倍，因此等效應(yīng)力幅與列車的編組形式無(wú)關(guān)，而應(yīng)力循環(huán)次數(shù)隨著列車編組數(shù)的增加而線性增加。

圖3 高速列車通過時(shí)應(yīng)變傳感器DYB-11-24的應(yīng)力幅譜

2.2 鋼橋面板疲勞效應(yīng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與分析

圖4 應(yīng)變傳感器DYB-11-24疲勞效應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)模型（2013年2月—7月）

上一小節(jié)通過處理單次列車經(jīng)過時(shí)的疲勞應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)，得到了8節(jié)和16節(jié)編組列車單次通過時(shí)的應(yīng)力幅譜，獲取了兩類編組列車的等效應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，結(jié)果表明等效應(yīng)力幅與列車編組數(shù)的關(guān)聯(lián)性較小，而應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與列車編組間線性相關(guān)。本小節(jié)選取了2013年2月至7月期間DYB-11-24采集的疲勞應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算得到了每天的日等效應(yīng)力幅和日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，圖4分別給出了兩類疲勞效應(yīng)的變化曲線。從圖中可以看出，日等效應(yīng)力幅的分布較為集中，主要變化范圍為[0.67 MPa, 0.80 MPa]；除2月份的上旬外，日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的分布相對(duì)也較為集中，主要變化范圍為[4800, 5500]。從時(shí)間分布可知，二月上旬為春運(yùn)期間，因此列車通行量相對(duì)較大，導(dǎo)致日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)相對(duì)較多。

下面對(duì)日等效應(yīng)力幅和日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和t分布來擬合日等效應(yīng)力幅和日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的概率密度函數(shù)。圖5給出了DYB-11-24的日等效應(yīng)力幅和日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的分布直方圖和擬合結(jié)果。從圖中可以看到：對(duì)于日等效應(yīng)力幅，正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和t分布均具有較好的擬合效果；對(duì)于日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，t分布則具有更好的擬合效果。表1給出了日等效應(yīng)力幅和日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的概率模型參數(shù)（表中日等效應(yīng)力幅的單位為MPa）。其中，日等效應(yīng)力幅采用正態(tài)分布模型。

圖5 應(yīng)變傳感器DYB-11-24疲勞效應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)模型（2013年2月—7月）

表1 疲勞效應(yīng)的概率模型

3 頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命評(píng)估

3.1 不考慮列車載荷變化和環(huán)境腐蝕的疲勞壽命評(píng)估

典型焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命分析與預(yù)測(cè)是鋼結(jié)構(gòu)橋梁健康監(jiān)測(cè)的重要作用之一。疲勞應(yīng)力-壽命模型（S-N曲線）結(jié)合Miner線性疲勞損傷累積準(zhǔn)則是常用的橋梁結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法。上文通過對(duì)頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)在列車行駛過程中產(chǎn)生的應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了兩類疲勞荷載效應(yīng)的變化規(guī)律和統(tǒng)計(jì)分布特征。依據(jù)Miner線性疲勞損傷累積準(zhǔn)則，結(jié)合大量的疲勞試驗(yàn)研究，Eurocode規(guī)范[11]給出了推薦的S-N曲線模型（如圖6所示），疲勞損傷D可表示為：

式中，Si為應(yīng)力幅，ni為對(duì)應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，ΔσC為細(xì)節(jié)類型，ΔσD為常幅疲勞極限，KC和KD為與焊接細(xì)節(jié)類型有關(guān)的參數(shù)。

從圖6和式（2）中可以看出，當(dāng)ΔσR≤ΔσD時(shí)，常數(shù)m由3變?yōu)?。當(dāng)ΔσR≤ΔσL時(shí)，認(rèn)為細(xì)節(jié)的疲勞壽命是無(wú)限的，即認(rèn)為小于ΔσL的應(yīng)力循環(huán)不會(huì)造成細(xì)節(jié)的疲勞損傷。因此，ΔσL也被稱為截止疲勞極限。對(duì)于頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)，ΔσC、ΔσD和ΔσL分別為 71 MPa、52 MPa和 29 MPa，KC和KD分別為7.16×1011和 1.90×1015。

從上文的分析可以得知，大勝關(guān)大橋頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的應(yīng)力幅的分布范圍為0～1.0 MPa，日等效應(yīng)力幅的分布范圍為0.67～0.80 MPa?？紤]應(yīng)力集中效應(yīng)的影響，取應(yīng)力集中系數(shù)為1.35[12]，則頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的日等效應(yīng)力幅分布范圍為0.90～1.08 MPa。注意到該類型焊接細(xì)節(jié)的ΔσL=29 MPa，如果不考慮疲勞抗力的衰減和交通載荷的增長(zhǎng)等不利因素，頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的應(yīng)力幅將遠(yuǎn)小于ΔσL，即焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命是無(wú)限的。

圖6 Eurocode 3規(guī)范S-N曲線

3.2 考慮環(huán)境腐蝕影響的疲勞壽命評(píng)估方法

由于腐蝕性潮濕環(huán)境的作用，江河和近海橋梁鋼結(jié)構(gòu)的疲勞性能將出現(xiàn)下降，容易發(fā)生疲勞破壞。研究表明，鋼材銹蝕對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）焊接節(jié)點(diǎn)處板件有效截面的衰減，使得有效應(yīng)力幅增大；（2）焊接節(jié)點(diǎn)疲勞抗力退化，疲勞壽命降低[13-14]。

首先分析環(huán)境腐蝕對(duì)有效應(yīng)力幅的影響。有研究表明，鋼材在腐蝕潮濕環(huán)境下的銹蝕深度與其暴露的時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系[13]，可表示為：

其中，δ(t)為鋼材腐蝕深度函數(shù)，t為結(jié)構(gòu)服役年限，b和r為材料參數(shù)。

對(duì)于板結(jié)構(gòu)，厚度方向?qū)?yīng)力幅的影響遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度和寬度方向，因此，本文僅考慮厚度損失對(duì)有效應(yīng)力幅的影響。由于頂板-縱肋細(xì)節(jié)處的應(yīng)力以橫橋向的彎曲應(yīng)力為主，則構(gòu)件截面抵抗距損失率η(t)可以表示為：

其中，W為構(gòu)件初始橫截面面積，為構(gòu)件有效截面積函數(shù)，B為構(gòu)件厚度。

假設(shè)構(gòu)件在服役過程中處于線彈性工作狀態(tài)，頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)處有效應(yīng)力幅主要由受彎控制，則：

其中，E為鋼材的彈性模量，ε和分別為名義應(yīng)變和有效應(yīng)變函數(shù)。

將公式（3）代入公式（4），得：

因此：

其中，S(t)為有效應(yīng)力幅函數(shù)。

下面分析鋼材銹蝕對(duì)疲勞抗力的影響。由于鋼材銹蝕與其服役時(shí)間和服役環(huán)境有關(guān)，因此材料性能參數(shù)C可看作為時(shí)間t的函數(shù)，而m的變異性很小，可視為常數(shù)[15]。那么考慮鋼材銹蝕的焊接節(jié)點(diǎn)S-N曲線可表示為：

其中，C(t)=C0φ(t)，C0為未銹蝕疲勞性能參數(shù)，φ(t)為疲勞性能退化函數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[15]，φ(t)可表示為:

其中α為焊接節(jié)點(diǎn)疲勞性能退化參數(shù)，與結(jié)構(gòu)服役環(huán)境和細(xì)部構(gòu)造類型有關(guān)。

3.3 考慮環(huán)境腐蝕因素影響的疲勞壽命評(píng)估

由3.2節(jié)的分析可知，環(huán)境腐蝕僅影響應(yīng)力幅的大小和疲勞抗力參數(shù)而對(duì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)無(wú)影響。而從3.1節(jié)的分析可知，不考慮環(huán)境腐蝕影響的頂板-縱肋細(xì)節(jié)的疲勞壽命是無(wú)限的，即列車作用下的最大應(yīng)力幅小于截止疲勞極限ΔσL。為此，需要首先分析環(huán)境腐蝕因素對(duì)細(xì)節(jié)在列車作用下的應(yīng)力幅，以及疲勞抗力參數(shù)的影響性規(guī)律，以確定頂板-縱肋細(xì)節(jié)的疲勞性能的時(shí)變性演化特征。

本節(jié)采用如3.2節(jié)所述的考慮環(huán)境腐蝕影響的疲勞壽命評(píng)估方法，對(duì)鋼橋面板的頂板-縱肋細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估。首先分析考慮環(huán)境腐蝕影響下的有效應(yīng)力幅的時(shí)變性規(guī)律。考慮鋼材銹蝕對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)有效抵抗距衰減的影響。采用文獻(xiàn)[15]所推薦的銹蝕深度函數(shù)，則公式（3）中的b和r分別取為60和0.48，將其代入公式（6）可以得到等效應(yīng)力幅隨服役時(shí)間的變化規(guī)律。由于日等效應(yīng)力幅的分布范圍較小，本文取如表1所示的日等效應(yīng)應(yīng)力幅的平均值作為初始值，在考慮應(yīng)力集中效應(yīng)的影響后，圖7給出了日等效應(yīng)力幅均值的年度變化曲線。從圖中可以看出，日等效應(yīng)力幅隨著服役年限的增長(zhǎng)非線性增加，增長(zhǎng)速度隨著時(shí)間的累積而逐漸下降。當(dāng)服役年限為100年時(shí)，其等效應(yīng)力幅為1.04 MPa；當(dāng)服役年限為200年時(shí)，其等效應(yīng)力幅為1.07 MPa；當(dāng)服役年限為300年時(shí)，其等效應(yīng)力幅為1.09 MPa。

接著分析考慮環(huán)境腐蝕影響下的疲勞抗力參數(shù)的衰變規(guī)律。根據(jù)文獻(xiàn)[16]的相關(guān)研究結(jié)果，取焊接節(jié)點(diǎn)疲勞性能退化參數(shù)α為0.006。Eurocode規(guī)范所推薦的S-N曲線模型中，疲勞抗力參數(shù)包括KC和KD。而由公式（2）和圖6可以得知，ΔσL與KD分別存在著函數(shù)關(guān)系，因此可以得到ΔσL隨時(shí)間的變化規(guī)律。圖8給出了ΔσL的年度變化曲線。從圖中可以看出，ΔσL隨著服役年限的增長(zhǎng)非線性下降。當(dāng)服役年限為100年時(shí)，ΔσL分別為15.9 MPa；當(dāng)服役年限為200年時(shí)，ΔσL為8.7 MPa；當(dāng)服役年限為300年時(shí)，ΔσL為4.8 MPa。

由等效應(yīng)力幅和ΔσL的時(shí)變性分析結(jié)果可知，當(dāng)服役年限達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限時(shí)（即100年），頂板-縱肋細(xì)節(jié)的等效應(yīng)力幅值為ΔσL的6.5%；當(dāng)服役年限達(dá)到兩倍的設(shè)計(jì)使用年限時(shí)（即200年），頂板-縱肋細(xì)節(jié)的等效應(yīng)力幅值為ΔσL的12.3%；當(dāng)服役年限達(dá)到三倍的設(shè)計(jì)使用年限時(shí)（即300年），頂板-縱肋細(xì)節(jié)的等效應(yīng)力幅值為ΔσL的22.7%。上述分析結(jié)果表明，盡管長(zhǎng)期環(huán)境腐蝕將較大程度地影響細(xì)節(jié)處的應(yīng)力幅大小和疲勞抗力參數(shù)，但是由于列車開行引發(fā)的應(yīng)力變化值較小，在大勝關(guān)大橋的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)將不產(chǎn)生疲勞損傷，即鋼橋面板的頂板-縱肋細(xì)節(jié)的疲勞壽命是無(wú)限的。即使當(dāng)大勝關(guān)大橋的服役年限三倍于其設(shè)計(jì)使用年限時(shí)，當(dāng)不考慮列車載荷的增加時(shí)，其疲勞壽命也是無(wú)限的。

圖7 等效應(yīng)力幅隨服役時(shí)間的變化曲線

圖8 截止疲勞極限隨服役時(shí)間的變化曲線

3.4 車輛荷載的增長(zhǎng)對(duì)疲勞壽命的影響

由上節(jié)分析結(jié)果可知，在現(xiàn)有的列車荷載水平下，無(wú)論是否考慮環(huán)境腐蝕的影響，頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)處的應(yīng)力幅均小于截止疲勞極限ΔσL，即頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命是無(wú)限的。然而，隨著國(guó)家交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，列車荷載在未來將可能出現(xiàn)較大幅度地增加，因此有必要分析列車荷載的增長(zhǎng)對(duì)鋼橋面板疲勞壽命的影響。

由上節(jié)分析可知，等效應(yīng)力幅隨著服役時(shí)間的增加而增加，截止疲勞極限ΔσL隨著服役時(shí)間的增加而減小。由于等效應(yīng)力幅與車輛荷載呈線性關(guān)系，因此等效應(yīng)力幅隨車輛荷載的增長(zhǎng)而線性增大。分別考慮車輛荷載的年增長(zhǎng)速度為1%、3%和5%，圖9給出了等效應(yīng)力幅、常幅疲勞極限ΔσD和截止疲勞極限ΔσL隨服役時(shí)間的變化曲線。從圖中可以看出，當(dāng)車輛荷載的年增長(zhǎng)速度為1%時(shí)，頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的等效應(yīng)力幅均低于截止疲勞極限ΔσL，即疲勞壽命為無(wú)限大；當(dāng)車輛荷載的年增長(zhǎng)速度為3%時(shí)，頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的等效應(yīng)力幅在服役時(shí)間為93年時(shí)超過截止疲勞極限ΔσL，但整個(gè)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)均小于常幅疲勞極限ΔσD；當(dāng)車輛荷載的年增長(zhǎng)速度為5%時(shí)，頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的等效應(yīng)力幅在服役時(shí)間為61年時(shí)超過截止疲勞極限ΔσL，在服役時(shí)間為72年時(shí)超過常幅疲勞極限ΔσD。

圖9 等效應(yīng)力幅、常幅疲勞極限和截止疲勞極限隨服役時(shí)間的變化曲線

不考慮列車通行量和編組數(shù)的增加，分別對(duì)車輛荷載的年增長(zhǎng)速度為3%和5%條件下的疲勞壽命進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果分別為225年和112年。由此可以得知，當(dāng)車輛荷載的年增長(zhǎng)率為5%時(shí)，鋼橋面板頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)處的疲勞壽命接近設(shè)計(jì)使用年限。如果計(jì)入列車通行量和編組數(shù)增加的影響，當(dāng)車輛荷載的年增長(zhǎng)速度為5%時(shí)，頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)將可能在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)發(fā)生疲勞破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過分析大勝關(guān)鐵路橋鋼橋面板的長(zhǎng)期應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析并獲取了兩類疲勞效應(yīng)—等效應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的時(shí)變性變化規(guī)律，建立了等效應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)統(tǒng)計(jì)分布模型?；跉W洲規(guī)范推薦的疲勞評(píng)估方法，開展了考慮應(yīng)力集中和腐蝕環(huán)境因素影響的鋼橋面板的疲勞壽命評(píng)估研究，討論了列車荷載增長(zhǎng)對(duì)疲勞壽命的影響性。結(jié)論如下：

（1）不同編組的列車作用下所產(chǎn)生的等效應(yīng)力幅較為接近，而應(yīng)力循環(huán)次數(shù)則與列車的編組數(shù)成正比。這表明等效應(yīng)力幅與列車的編組形式無(wú)關(guān)，而應(yīng)力循環(huán)次數(shù)隨著列車編組數(shù)的增加而線性增加。

（2）日等效應(yīng)力幅與正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和t分布模型均符合良好，而采用t分布模型描述日應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征則更為準(zhǔn)確。

（3）當(dāng)大勝關(guān)大橋在其服役年限內(nèi)的車輛荷載不變的條件下，無(wú)論是否考慮環(huán)境腐蝕因素的影響，鋼橋面板頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命均為無(wú)限的。

（4）車輛荷載的不同年增長(zhǎng)速度對(duì)頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命影響較大，當(dāng)增長(zhǎng)速度為5%左右時(shí)，該焊接細(xì)節(jié)將可能在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)發(fā)生疲勞破壞。因此，當(dāng)未來列車設(shè)計(jì)車輛荷載增加時(shí)，應(yīng)對(duì)鋼橋面板的疲勞性能重新驗(yàn)算和復(fù)核。