公路橋梁結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計(jì)方法應(yīng)用

張靈+周前

摘 要：在疲勞現(xiàn)象的影響下，公路橋梁在應(yīng)用過程中逐漸凸顯出斷裂、腐蝕等現(xiàn)象，就此縮短公路使用壽命，威脅公路交通安全性。為此，在公路橋梁建設(shè)過程中應(yīng)注重秉承著“安全第一”建設(shè)理念，并于公路橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)劃期間，做好抗疲勞設(shè)計(jì)工作，提高公路荷載承受力，打造安全、通暢的公路運(yùn)輸空間，規(guī)避交通事故等問題的凸顯。本文從疲勞安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分析入手，并詳細(xì)闡述了不同疲勞設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；抗疲勞；設(shè)計(jì)方法

前言：基于當(dāng)代社會(huì)快速發(fā)展背景下，我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，同時(shí)，公路橋梁疲勞問題亦逐漸涌現(xiàn)出來，為此，需要求橋梁設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作開展過程中應(yīng)強(qiáng)化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力的認(rèn)知，然后依據(jù)公路環(huán)境侵蝕現(xiàn)象、車流量大小、車輛超載現(xiàn)象等，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并引入無限壽命設(shè)計(jì)、全壽命周期設(shè)計(jì)等抗疲勞設(shè)計(jì)理念，打造良好的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間。以下就是對(duì)公路橋梁抗疲勞設(shè)計(jì)相關(guān)問題的詳細(xì)闡述。

一、疲勞安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

就當(dāng)前的現(xiàn)狀來看，各國(guó)疲勞安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則存在著差異性，如，我國(guó)在抗疲勞安全設(shè)計(jì)過程中傾向于中對(duì)應(yīng)力幅法的應(yīng)用，即利用公式：△σ≤[△σ]，其中△σ表示允許應(yīng)力幅值，同時(shí)，在應(yīng)力幅法疲勞安全設(shè)計(jì)過程中，亦應(yīng)注重遵從荷載標(biāo)準(zhǔn)值要求，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全進(jìn)行計(jì)算。例如，在鋼結(jié)構(gòu)公路橋梁疲勞安全設(shè)計(jì)過程中，需將結(jié)構(gòu)細(xì)分為連孔構(gòu)件、螺栓連接、翼緣焊縫、橫向焊縫連接、節(jié)點(diǎn)板連接等幾個(gè)組成部分。此外，美國(guó)在疲勞安全設(shè)計(jì)過程中，注重執(zhí)行極限工況強(qiáng)度設(shè)計(jì)、無疲勞設(shè)計(jì)兩項(xiàng)準(zhǔn)則，并利用公式：r·△f≤（F），其中r為修正系數(shù)、△f表示應(yīng)力幅，（F）表示應(yīng)力強(qiáng)度。而在無疲勞設(shè)計(jì)作業(yè)中，需將r數(shù)值界定為1.5，繼而將r=1.5帶入到公式中，確定對(duì)應(yīng)疲勞設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的疲勞設(shè)計(jì)狀態(tài)[1]。另外，英國(guó)在疲勞安全設(shè)計(jì)過程中，首先計(jì)算疲勞壽命，即疲勞壽命（年）=120/kF·∑道n·d120，其中n表示荷載循環(huán)次數(shù)，d120表示120年內(nèi)循環(huán)系數(shù)，kF為修正因子，然后將疲勞壽命計(jì)算值帶入中應(yīng)力幅值公式中，即S

二、公路橋梁結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計(jì)方法

（一）全壽命周期設(shè)計(jì)

在全壽命周期設(shè)計(jì)方法應(yīng)用過程中，為了達(dá)到最佳的應(yīng)用效果，要求橋梁設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作開展過程中應(yīng)綜合耐性退化、橋梁功能退化等因素的影響，考察公路橋梁設(shè)計(jì)施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等全周期，然后分析公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，同時(shí)在可行性判斷過程中綜合費(fèi)用、替換周期等因素，就此達(dá)到最佳的全壽命周期設(shè)計(jì)狀態(tài)。但在全壽命周期設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)與全壽命周期設(shè)計(jì)理念銜接，針對(duì)抗疲勞設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分類，繼而有針對(duì)性的控制各個(gè)壽命周期。

（二）應(yīng)力幅分析設(shè)計(jì)

在公路橋梁應(yīng)力幅法抗疲勞設(shè)計(jì)方法應(yīng)用過程中應(yīng)注重遵從以下設(shè)計(jì)程序：

第一，在應(yīng)力幅法設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中應(yīng)注重綜合考慮不同時(shí)段、不同地段車輛荷載具有差異性的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化計(jì)算公式，即利用△σ≤[△σ]，其中△σ為允許應(yīng)力幅值，對(duì)不同時(shí)段、不同地段抗疲勞設(shè)計(jì)進(jìn)行表示；

第二，基于應(yīng)力幅法計(jì)算公式應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為了保障計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性，應(yīng)注重在抗疲勞安全設(shè)計(jì)過程中將汽車活載、汽車沖擊效應(yīng)等因子納入到其中，然后通過驗(yàn)算形式，計(jì)算最大應(yīng)力影響線、最小應(yīng)力影響線，同時(shí)，描述汽車沖擊作用與橫載間系數(shù)，最終達(dá)到允許應(yīng)力幅值計(jì)算目的。此外，在抗疲勞設(shè)計(jì)相關(guān)系數(shù)確定過程中，應(yīng)通過大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)概率事件，就此指導(dǎo)具體的抗疲勞設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并通過荷載效應(yīng)<疲勞強(qiáng)度表示公式，修正公路橋梁抗疲勞設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果[2]。

三、抗疲勞設(shè)計(jì)方法實(shí)際應(yīng)用

在鋼混疊合加勁梁接頭抗疲勞設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注重將疲勞應(yīng)力幅設(shè)定為△σe，然后由懸索橋有限元模型，得出非線性關(guān)系，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)應(yīng)力影響線，并在應(yīng)力影響線計(jì)算過程中，將移動(dòng)作用荷載分別設(shè)定為1t，10t，隨之對(duì)1t、10t不同荷載作用下應(yīng)力影響線進(jìn)行對(duì)比分析，最終由有限元模型非線性計(jì)算方法獲知，正彎矩區(qū)中上緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為-92.7MPa，下緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為95.1MPa，而負(fù)彎矩區(qū)中，上緣為-35.6MPa，下緣為36.5MPa，因而在公路橋梁設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注重將△σe上、△σe下疲勞應(yīng)力幅分別控制在-90.5MPa，-92.9MPa，就此達(dá)到最佳的抗疲勞設(shè)計(jì)效果。同時(shí)，在抗疲勞設(shè)計(jì)過程中，為了達(dá)到精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)目的，于懸索橋抗疲勞設(shè)計(jì)驗(yàn)算環(huán)節(jié)中，設(shè)定保證率r為97.7，就此對(duì)連接處容許應(yīng)力幅值進(jìn)行計(jì)算，并與《中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中容許應(yīng)力幅值144MPa進(jìn)行對(duì)比分析，達(dá)到最佳的抗疲勞設(shè)計(jì)狀態(tài)[3]。從以上的分析中即可看出，在公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，強(qiáng)調(diào)抗疲勞設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的開展有助于緩解斷裂、腐蝕等問題影響公路橋梁使用壽命，為此，應(yīng)提高對(duì)其的重視程度，打造良好的公路交通環(huán)境。

結(jié)論：綜上可知，在公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中侵蝕現(xiàn)象的凸顯威脅到了公路橋梁使用安全性，為此，為了保障人們出行安全，需在當(dāng)前公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展過程中探索抗疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即引入全壽命周期設(shè)計(jì)、應(yīng)力幅設(shè)計(jì)等方法，在公路橋梁建造過程中計(jì)算允許應(yīng)力幅值，就此在一定程度上緩解公路橋梁疲勞現(xiàn)象，保障公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量與抗疲勞水平，且真實(shí)反映公路橋梁設(shè)計(jì)實(shí)際工況。

參考文獻(xiàn)

[1]曹偉.公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計(jì)方法分析[J].信息化建設(shè)，2016，15（05）：234.

[2]賈恩實(shí)，馬潤(rùn)平，張強(qiáng).歐美規(guī)范中公路橋梁正交異性鋼橋面板抗疲勞設(shè)計(jì)對(duì)比分析[J].世界橋梁，2013，12（02）：31-34.

[3]徐廣明.基于全壽命理念的鋼結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計(jì)[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013，20（16）：9.