文献翻译美国焊接桥梁的疲劳设计准则

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1、美国焊接桥梁的疲劳设计准则JohnW.Fisher（理海大学（伯利恒）土木丁程系，美斟宾夕法尼亚）摘要：50年前，疲劳设计在美国人看来并非是一个很严重的桥梁性能问题。疲劳设计运用Y限制最大应力的概念，即假定疲劳极限发生在2X10。次循环荷载时，利用最小应力与最大应力的比R,限制各点的最大应力。根据道路类型与每曰平均车流量，采用型号为HS—20的设计车来测定特定周期。在20世纪60年代末至70年代初，发现钢结构桥梁中存在疲劳裂纹。1967-1987年，针对焊接部位进行了大量的梁试验。根据试验结果，统计得到了数据库，并认为应力幅

2、度冰是唯一主要的设计应力。1974年，美国AASHT0规范采用了应力幅度设计疲劳强度，这意味着只有循环活荷载才是重要的。基本疲劳强度曲线提供了疲劳寿命下限设计方法，该方法是当今世界广泛应用的方法。基于钢桥的经验认识到：尽管采用不在受拉翼缘设计焊接，但由于平面扭曲也会在腹板中产生大量的裂纹，而且这些裂纹由于受到三M应力的作用，即使在疲劳裂纹没冇增长的情况下，在过去10年里也造成了意外的脆性断裂。关键词：桥梁；钢材；设计；连接；疲劳；应力幅度；裂纹；焊接；试；S一N曲线；扭曲；脆性断裂中图分类号：U441.4；U445.5文献标

3、志码：A文章编号：1674—0696（2011）supp2—1152—071.介绍美国各州公路工作者协会（AASHO）在1960年的道路测试中演示了钢梁桥在应力变化允许范鬧内的相应压力下疲劳开裂的可能性（如图一）。Fig.1Fatiguecrackatendofcoverplatedbeam图1梁靖疲劳裂缝20世纪70年代以來，疲劳裂纹扩展已经出现在桥的结构和组分中。第一次观测到裂缝是在一条遇到一次人容量的卡车交通引起了巨人的循环应力的州级高速公路的桥主梁盖板上（如图二）。Fig*2Typicalfatiguecrackfo

4、undin1970frombridgeinservice囹2在役桥梁（1970年｝发现的典型疲劳裂缝美国早期关于疲劳的规定起源于铁路桥梁的设计，当承受反叫荷载吋它需要减少容许应力。在20世纪40年代，AREA和AASHO对焊接结构使用AWS的桥梁规范。这就提供了三个负载周期情况，依照最大压力和变化的应力比描述容许应力，R定义为最大压力和最小压力的代数比。1965年，AASHO采用了基于现冇的测试数据的钢桥疲劳规范，它主要是小试样和有限的样本得到，并且通常假设2000000次循环就是疲劳极限或对所有部分都采用无限寿命情况。基于

5、道路类型每天平均卡车交通量（如表一），HS-20的卡车（如图3）通过引起的最大应力，对这些部分进行了不同的分类，分为疲劳寿命为100000,500000和2000000次循环。35kN145kN(a)Fig.3HS.20designtruckusedforfatiguedesign,1965-1994图31965—1994年用于疲劳设计的荷载车HS-2032k145kNW=72k(325kN)(b)Table1Stresscyclesformain(longitudinal)loadcarryingmembers(1965-

6、1994)表1承担主荷载构件的应力循环Ty,>cofRoadCaseADTTTruckLoadingFreewaysExpressways,Majorhighways&streets1爹2,500>2,000,000Freeways,Expressways,Majorhighways&streetH<2,5002,000,000Otherhighways&streetsin—500,000一直依照最大压力来表述容许疲劳应力，容许疲劳应力来自改进的规定应力比和钢强度Goodman图（如图四）。Fig.4Goodmandiagr

7、amandallowabledesignniaxirnumstressprovisions图4Goodman图和容许设计S大应力条軟提供一个认为是影响疲劳强度设计因素的统计分析时不可能的，因为很多变量是不能控制的。2.焊接梁的测试实验为了克服疲劳研究一系列的局限性，1967年利哈伊人学开始做这个实验，一直持续到20世纪80年代。这些实验在一定的条件下使用了有计划的统计程序实验，以至于数据的分析可以显示出可信的重要参数在疲劳过程的意义。大量钢梁细部上成熟着的实验数据表明控制疲劳强度最重要的因素是应力变化范围和细部类型。图五显示

8、盖板钢梁细部为3号钢的转动和焊接梁(屈服脚力为250MPa，350MPa和700MPa),最小压力的一些级别和各种几何条件。这个测试结果清楚地表明，只奋应力变化范岡可以控制应力变量，而.H.钢的类型，截面和儿何细部并不重要。测试数据的循环周期在各个级别的应力变化拖围内都冇一个对数正态分布。