波形钢腹板PC箱梁的腹板疲劳寿命研究现状

王礼

摘要：波形钢腹板PC组合箱梁是近年来比较流行的一种新型结构形式，它改善了传统PC箱梁的跨能力和经济效应，在国外已有大量的研究和应用，但我国对该新型结构的研究还处于初步阶段，特别是对该结构疲劳性能的研究，理论还不完善。在此背景下，本文对大量国内外的研究成果及现状进行了总结。

关键词：波形钢腹板，疲劳特性，可靠度，疲劳细节

1 概述

作为一种新型的钢混组合结构，波形钢腹板PC组合箱梁自从出现以来，就应其质轻、耐久、施工方便、抗震性好、经济效益高等优点，受到广泛应用。结构形式由最初的等高简支慢慢发展到其他各类桥型；其施工技术也日趋多样。随着该类桥梁理论知识、施工技术及实践经验的不断丰富和成熟，该类桥在我国及全世界的发展已日趋完善。

但疲劳问题一直严重威胁着结构的安全性，一旦疲劳发展都最后阶段，必将带来巨大的灾难和损失。波形钢腹板PC组合箱梁作为现代桥梁结构的主要承重构件，其疲劳寿命直接影响到桥梁的安全和稳定，因此

研究它的疲劳特性与研究其强度问题同等重要。就我国而言，波形钢腹板PC组合箱梁的发展起步较晚，各种理论体系还不够完善，多要借鉴日本、欧洲等先进的理论知识；特别是针对疲劳寿命这方面，在国内才刚刚引起重视，还未曾对波形钢腹板PC组合箱梁的疲劳进行研究，故国内波形钢腹板PC组合箱梁的疲劳问题更加凸显。

只有深入研究波形钢腹板PC组合箱梁的疲劳机理、影响因素及疲劳发展规律，并提出改善其疲劳寿命的相关建议，才能为实际工程中桥梁对该结构的使用提供建议和参考，确保其长久安全。

2 研究现状

2.1国外研究现状

国外一些国家对疲劳的研究起步较早，相比于国内有更成熟和更完整的理论体系，像英国、日本、美国等还制定了较完善的相关规范。目前，这些国家在疲劳研究和寿命评估时使用较多的是基于S-N曲线和P-M线性累计理论的传统疲劳寿命分析法。该方法应用简便，经多年的发展和改进，已成为疲劳研究最成熟、应用最广泛的理论体系。

对于波形钢腹板PC组合箱梁这一新型结构，其疲劳属于变幅、低应力、高循环的范畴，传统的疲劳分析方法的基本原理仍然适用于该范畴的使用寿命（疲劳强度）计算。关键问题是怎样将变幅疲劳转化成常幅疲劳和怎样考虑低应力的影响，国外學者在解决这两个问题是普遍采用等效常幅应力和S-N曲线修正的方法。

近年来，断裂力学的飞速发展和损伤力学的出现进一步为经典的传统疲劳分析法提供了理论依据和补充，也为疲劳研究提供了新的思路。国外很多学者也开始用断裂力学和损伤力学的理论来研究疲劳问题，但这种新的思路尚处于初步发展阶段，特别是基于损伤力学的疲劳研究方法才刚刚起步，还没有形成完整可靠的理论体系。因此这种新

思路的发展还需要大量专家和学者的共同努力。

2.2国内研究现状

我国对疲劳方面的研究起步较晚，理论体系还不完善，绝大多数试验和理论研究主要集中在传统的钢-混凝土组合梁领域。1999年，西南交通大学车惠民教授和福州大学宗周红教授，最先对预应力钢-混组合梁的疲劳问题进行试验研究；2002年，清华大学的李建军教授、聂建国教授对钢-混组合梁的疲劳性能进行了理论分析和实验研究；学者彭国荣等在2003年做了10根钢-混组合梁的疲劳试验以研究其疲劳性能；2004年，王硕、张任等完成了8根部分剪力连接组合梁的疲劳试验；2006年，学者任剑对广东东平大桥的钢-混组合桥面板的疲劳性能进行了研究。

这些研究都取得了相应的成果并发表了相关的论文与报告，推动了我国疲劳研究的发展，也为我国对波形钢腹板PC组合箱梁的疲劳性能的研究提供了丰富的理论依据和参考。但目前，我国对波形钢腹板PC组合箱梁的疲劳性能研究处于初步阶段，在相关规范中借鉴国外规范提出了类似的规定，但大多只停留在初步阶段而没有具体的

深入研究，不能使用于我国的实际状况；在进行疲劳分析时多要借鉴日本、欧洲等国家

的先进理论和方法。因此，对于波形钢腹板PC组合箱梁的疲劳性能的研究还有很多的工作要做。

2.3 研究目的和意义

国内很多学者对钢桥的疲劳做了大量研究，但对波形钢腹板PC组合箱梁这一新型结构的疲劳研究尚少。本文尝试在借鉴国外相关资料的基础上，对其疲劳寿命有一个较为完善的理论研究，并形成一套完善的理论体系，为实际工程中该结构的疲劳寿命评估提供一定的参考；并尝试结合可靠度理论对疲劳寿命进行可靠度评估，为此类实际问题提供一定依据。

3 结 语

波形钢腹板PC组合箱梁桥是新型的钢混组合结构，与传统的预应力混凝土箱梁相比，具有质轻、耐久、经济、抗震性能好等诸多优势，在现代大跨径桥梁中采用越来越

广泛。

波形钢腹板PC组合箱梁桥在实际使用过程中受力情况复杂，而且其疲劳性能的影响因素众多，在理论分析的基础上，还需要依托大量的试验研究才能更准确、更全面的全面了解其疲劳性能。

参 考 文 献

[1]李宏江，万水，叶见曙.波形钢腹板PC组合箱梁的结构特点[J].公路交通科技，2002，19（3）：53-57

[2]万水.波形钢腹板设计与制作[Z].东南大学.2012： 17-23

[3]徐强，万水.波形钢腹板PC组合箱梁桥设计与应用[M].北京：人民交通出版社，2010，15-18.

[4]袁安华，陈建兵，万水等.波形钢腹板PC组合连续箱梁人行桥设计介绍[J].苏州科技学院学报（工程技术版），2004.17（3）： 55-58