公路钢结构桥梁的疲劳设计要点

王显斌 魏 磊

（山东中咨公路咨询设计有限公司 山东东营 257091）

公路钢结构桥梁的疲劳设计要点

王显斌 魏 磊

（山东中咨公路咨询设计有限公司 山东东营 257091）

在公路桥梁整个设计阶段，结合桥涵设计指标的具体要求，要从实际情况入手，优化设计形式，执行有效的评价机制，发挥评价系统的最大化作用。本次研究中以公路钢结构桥梁的疲劳设计为基础，对设计要点进行分析。

公路；钢结构桥梁；疲劳设计

近些年来我国城镇化建设速度不断提升，公路里程不断增加，公路钢结构设计起到重要的作用，钢结构本身存在应力分布不均匀的现象，不同程度的疲劳程度存在差异，因此针对存在的各类安全隐患，必须做好抗疲劳设计。

一、影响公路钢结构桥梁疲劳性能的影响因素

基于公路钢结构桥梁施工的具体要求，在后续利用阶段需要从现状入手，及时对影响因素进行分析，考虑到结构形式的具体要求，对其进行合理化应用。以下将对影响公路钢结构桥梁疲劳性能的影响因素进行分析。

1.钢结构材料特征

对于抗疲劳性能结构而言，在设计阶段要从已有特性入手，对各项性能和指标进行分析，避免出现严重的裂纹或者不良反应。随着钢结构强度的不断增加，抗疲劳性能增强，但是不是所有材料强度都比较高，要对材料表面结构属性进行了解，最大程度提升其应用能力[1]。

2.外部因素

基于现有检验指标的属性要求，考虑到变化因素的特殊性，要及时对结构属性因素进行对比。如果存在昼夜温差大的现象，是和自然因素存在联系，因此需要及时对影响因素和评价指标进行分析，适当减少压力。外部因素属于不可控制因素，实践表明，焊接常见的疲劳程度和应力幅度存在联系，需要结合强度和应力值指标对其进行完善设计。

3.内部因素

很多结构内部因素直接对公路桥梁疲劳性能造成影响，由于疲劳形象出现变化，因此在结构设计过程中要对钢构件连接形式、公路桥梁结构以及构造细节等进行掌握，以现有焊接技术为标准，采用不同设计形式，能减少钢结构承载力，进而提升其应用优势。

二、公路钢结构桥梁抗疲劳计算

1.全寿命周期设计

考虑到现有设计形式的特殊要求，在利用阶段，必须综合对车辆荷载力进行分析。桥梁应用过程中受到其他因素的影响，对施工、运营和维修管理等有严格的要求，在设计过程中，考虑到后期维护系统的可行性和代价等因素要求，需要对结构的替换周期进行分析，以现有的抗疲劳设计指标为例，对公路结构的抗疲劳工程采用分类设计形式，能最大程度减少造价，实现全寿命周期和设计理念的有效结合[2]。

2.疲劳应力分析

通常情况下，公路桥梁的钢结构设计对应力系统本身有严格的要求，针对桥梁荷载力以及施工路段的具体要求，需要做好随机测定工作。不同的路段以及时段的车辆荷载力不同，为了使其和现有的设计规范有效结合起来，需要采用简化操作的形式，结合公路桥梁荷载计算方式对其进行测定。公路桥梁钢结构荷载力受到汽车荷载和冲击效应的影响，在抗疲劳设计过程中要结合具体情况，对冲击效力进行分析，结合作用力要求对构件模式进行对比。

3.公路钢结构疲劳抗力

疲劳抗力的设计形式分为不同方面，其一是焊接构件和应力变化，其二是非焊接构件和连接形式，由于彼此间呈现出正相关的关系，因此必须对系数进行对比，提升其应用优势。本次研究中采用的连接形式、板厚系数和应力系数等都是相关部门规定的数据，由于公路桥梁钢结构设计规范相互间存在衔接的趋势，因此应用范围比较广。

三、公路钢结构桥梁的疲劳设计要点

针对现有设计形式以及系数的属性要求，在利用过程中要合理应用设计方式，以下将对公路钢结构桥梁的疲劳设计要点进行分析。

1.无限寿命设计

无限寿命设计是应用比较广泛的设计模式，对结构系统本身有严格的要求，考虑到应力系统的具体变化，需要从无限设计要点入手，采用循环应力设计模式，适当调整不稳定因素，使其应力系统处于可观的状态下。随着时间的变化，应力结构也不断调整，结合不稳定因素的要求，在分析阶段需要对最大应力幅度进行分析，抗疲劳限度本身呈现出差异，要按照极限强度对其进行设计。无限寿命设计作为一种简化的设计模式，设计比较笨重，为了充分利用已有材料，必须适当提升设计应力[3]。

2.安全寿命设计

安全寿命设计是保证结构在一定使用期限内不会出现损坏的设计形式，基于构件工作能力的具体要求，在设计阶段要采用曲线形式对其进行应用，保证在规定的使用期间安全应用。系统本身具有预测的功能，因此对加载序列和频率进行分析后，能结合裂纹处的应力结构测定荷载力。安全寿命设计以S-N曲线为标准，结合依据寿命曲线要求，进行有限利用。以损伤容限设计为例，该方式是以基础力学为基础的，首先要假定构件存在裂纹现象，在交换应力的作用下，可以对深度方向进行扩展。此外要估算剩余寿命，通过实验检测的方式进行应用。为了保证结构在使用期限内，不会出现损坏的现象，要对钢结构旧桥疲劳寿命进行估算和评估。

3.钢结构疲劳设计规范对比

由于疲劳问题种类比较多，各行各业需要从现有设计要求入手，通过对规范机制进行研究和对比后，对修订的方案和规范系统进行分析。对于疲劳强度而言，构造细节和内应力是变化的，为了保证每一种构造都具有相应的疲劳强度，需要设立曲线，采用间隔设置的形式，对连接形式和受力特点等进行分析，将疲劳强度接近的形式归为同一类。

4.在悬索桥中的应用

根据现有应力结构系统的特殊要求，在构件截面内力计算过程中需要按照结构属性进行。荷载作用比较大，结构刚度大，可以以现有的原模型作为基础，进行移动荷载非线性分析，经过分析后得到移动荷载作用下的节点应力。由于设计过程中会产生误差，公路桥梁钢结构设计规范对不同疲劳抗力设计进行综合性的比较和分析，能得到荷载差异项目。在实际应用过程中要对细节进行分析，计算出高强度的螺栓。同时桥涵设计阶段对设计规范有一定的要求，在实际应用过程中要对构件类型和细节进行对比，同时公路桥涵钢结构、木结构都可以按照设计规范进行计算。钢结构设计规范可以按照验算部位II类构造进行计算，同时在设计过程中还需要以国外设计规范为参考。由于强度设计概念存在差异，不同规范制度对于准则要求不同，要体现出疲劳强度和等级变化，按照系数要求进行合理化应用。同时考虑到Eurocode细节等级分类，在应用阶段，如果等级差别比较小，则说明细则意义不大，不需要进行过细的等级分类。

5.进行参数标准设定

针对公路桥梁施工以及疲劳验算设计的具体要求，在实践阶段要按照具体指标要求进行，公路钢结构设计阶段，车辆间距、车型都存在不同，纵观钢结构桥梁设计规范，可以将钢结构疲劳损伤等效折算成标准疲劳车，但是这里值得注意的是，必须保证疲劳车总重量是相同的。考虑到检测指标的具体要求，在验算阶段需要对敏感设计以及细节部位进行分析，包括各个阶段的焊接缝或者结构处，如果不能对疲劳设计参数进行确定，必然会导致系数设计不合理。按照相对应的效应可知，如果对复杂的应力系统进行分析，则要最大程度满足构件要求，提升其应用优势。应利用线合理选用对接焊缝，同时应该保证构件焊缝字应力区之下，还要进行必要的焊后处理，满足设计要求。

结束语

近些年来我国公路钢结构建设取得了突出的进步，在发展过程中需要对受力结构进行分析。由于设计阶段会存在不同程度安全隐患，如果不能进行优化设计，必然会影响其应用安全。相关工作人员要从应用现状入手，对疲劳设计引起重视，优化设计指标，按照设计要求进行落实。此外在分类处理过程中，为了减少工程造价，需要将其和其他设计理念有效结合，实现优化设计。

[1]郭琦,贺拴海，房东东.基于全寿命理念的公路桥梁钢结构抗疲劳设计[J].郑州大学学报(工学版),2011,03（12）∶33-36.

[2]曹伟.公路钢结构桥梁抗疲劳设计方法分析[J].信息化建设,2016,05（12）∶234.

[3]郝苏，张志宇，王爱华.国际现行钢结构公、铁路桥梁疲劳设计规范综述[J].世界桥梁,2012,06（01）∶29-37.

TU7

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1007-6344（2017）01-0086-01