基于S-N曲线的钢桥疲劳寿命研究.pdf

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1、第４２卷，第１期公路工程Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１２０１７年２月ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦｅｂ．，２０１７基于Ｓ－Ｎ曲线的钢桥疲劳寿命研究姜天华，杨云锋，艾丽（武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉４３００６５）［摘要］针对我国《铁路桥梁钢结构设计规范》中关于钢桥疲劳寿命评估方法存在的不足，提出了考虑多车效应和冲击效应作用下疲劳车辆模型的确定方法。通过比较英国ＢＳ５４００规范和美国ＡＡＳＨＴＯ规范中关于Ｓ—Ｎ曲线的修正方法，得到了变幅疲劳荷载作用下Ｓ－Ｎ曲线的修正方法，并通过工程实例验证了在考虑多车效应和冲击效应作用时，采用该修正方法计算得出的疲劳寿命

2、更加合理。［关键词］疲劳寿命；多车效应；冲击效应；Ｓ—Ｎ曲线；变幅疲劳荷载＋［中图分类号］Ｕ４４１．４［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１７）０１—００５２—０３ＦａｔｉｇｕｅｌｉｆｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｔｅｅｌＢｒｉｄｇｅＢａｓｅｄｏｎＳＮＣｕｒｖｅＪＩＡＮＧＴｉａｎｈｕａ，ＹＡＮＧＹｕｎｆｅｎｇ，ＡＩＬｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３００６５，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｆｏｒｔｈｅｉｎｓｕｆｆｉｃｉ

3、ｅｎｃｙｏｆｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｂｒｉｄｇｅｉｎｃｏｄｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｒａｉｌｗａｙｂｒｉｄｇｅｓ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅｌｔｈａｔｔａｋｅｎｔｈｅｍｕｌｔｉｖｅｈｉｃｌｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｉｍｐａｃｔｅｆｆｅｃｔｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＣｏｍｐａｒｅｄｔｈｅＢｒｉｔｉｓｈＢＳ５４００ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｗｉｔｈＡｍｅｒｉｃａｎＡＡＳＨＴＯｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｎＳＮｃｕｒ

4、ｖｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅＳ—Ｎｃｕｒｖｅｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｖａｒｉａｂｌｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｆａｔｉｇｕｅｌｏａｄ．Ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｓ，ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｍｕｌｔｉｖｅｈｉｃｌｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｉｍｐａｃｔｅｆｆｅｃｔ，ｕｓｉｎｇｔｈｉｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ．［Ｋｅｙｗｏ

5、ｒｄｓ］ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ；ｍｕｌｔｉｖｅｈｉｃｌｅｅｆｆｅｃｔ；ｉｍｐａｃｔｅｆｆｅｃｔ；Ｓ—Ｎｄｅｓｉｇｎｃｕｒｖｅｓ；ｖａｒｉａｂｌｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｆａｔｉｇｕｅｌｏａｄ桥进行疲劳分析，缺乏明确的可靠度水平，对结构安０引言全服役存在隐患。针对我国《铁路桥梁钢结构设计钢桥在车辆荷载的长期作用下可能会发生疲劳规范》中钢桥疲劳寿命评估方面的不足，本文参考损伤的累积，并危及到桥梁结构的安全、缩短其使用国外的相关规范提出了改进方法，并以一座主桥跨［１］寿命。近年来不少国内外学者在钢桥疲劳寿命径为（５５＋８２．５＋５５）ｍ的连续钢箱梁桥为例进行［２－

6、６］评估方面展开了系统深入的研究，而我国在这了疲劳寿命评估。方面的研究明显落后于发达国家，而且还尚未形成１疲劳车辆荷载的确定一套完善的设计和评估标准。与英国ＢＳ５４００规［７］［８］范和美国ＡＡＳＨＴＯ规范相比，我国现行《铁路１．１疲劳车辆模型［９］桥梁钢结构设计规范》存在以下３个问题：①没对结构进行疲劳寿命评估之前，应首先确定疲［１１］有制定出适合我国钢桥的疲劳车辆荷载模型，而且劳车辆模型。由于我国规范中还没有明确提出［５］［１０］没有详细的疲劳荷载谱，使得在抗疲劳设计中适用于我国钢桥的标准疲劳车辆模型，因此，本文借［８］荷载选择没有统一形式；②没有提出

7、多车效应和冲鉴美国规范ＡＡＳＨＴＯ的标准疲劳车辆模型作为本击效应的考虑方法；③我国仍采用容许应力法对钢文钢桥疲劳寿命研究的疲劳车辆模型，该疲劳车三［收稿日期］２０１５—０６—０５［基金项目］国家自然科学基金资助项目（５１２７８３９１）；湖北省自然科学基金项目（２０１４ＣＦＢ８２３）［作者简介］姜天华（１９７１－），男，湖北麻城人，博士，教授，主要从事道桥方向的教学与科研。第１期姜天华，等：基于Ｓ－Ｎ曲线的钢桥疲劳寿命研究５３轴重为２４０ｋＮ，如图１所示。疲劳寿命设计曲线也称Ｓ－Ｎ曲线，是疲劳寿命（应力循环次数）与循环应力的关系曲线，它是评估结构疲劳寿命的重

8、要依据，其数学表达式为：ｌｇＮ＋ｍｌｇσ＝ｌｇＣ（１）式（１）中：