文献翻译——美国焊接桥梁地疲劳设计准则

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1、实用文案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。疲劳设计运用了限制最大应力的概念，即假定疲劳极限发生在2×10。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。根据道路类型与每日平均车流量，采用型号为HS一20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

2、幅度才是唯一主要的设计应力。1974年，美国AASHTO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向应力的作用，即使在疲劳裂纹没有增长的情况下，在过去1O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—N曲线；扭曲；脆性断裂中图分类号：U441．4；U445．5文献标志码

3、：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围内的相应压力下疲劳开裂的可能性（如图一）。标准文档实用文案20世纪70年代以来，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大容量的卡车交通引起了巨大的循环应力的州级高速公路的桥主梁盖板上（如图二）。美国早期关于疲劳的规定起源于铁路桥梁的设计，当承受反向荷载时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

4、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采用了基于现有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。标准文档实用文案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

5、进的规定应力比和钢强度Goodman图（如图四）。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。1.焊接梁的测试实验为了克服疲劳研究一系列的局限性，1967年利哈伊大学标准文档实用文案开始做这个实验，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。图五显示盖板钢梁细部为3号钢的转动和焊接梁（屈服应力为250MPa,350MPa

6、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，只有应力变化范围可以控制应力变量，而且钢的类型，截面和几何细部并不重要。测试数据的循环周期在各个级别的应力变化范围内都有一个对数正态分布。应力变化范围意味着在设计钢细部构件时的疲劳时，只有活荷载和冲击荷载需要考虑。观测到的这些发现可以运用到每一根梁和细部检验中。最小应力和最大应力之比R在循环寿命关系中不影响应力变化范围。在应力变化范围循环寿命内，焊接残余应力的存在是比值R不是一个重要因素很大的原因。图六中的测量值核实了疲劳裂纹扩展的初级阶段的焊趾处大残余拉

7、应力的存在，并且绝大多数疲劳寿命在焊接结构处重现。标准文档实用文案到1986年每一个设计种类所有可供使用的实验测试数据的应力变化范围循环寿命的下界在图七中描绘出来。从图七中可以看到在1965年假设疲劳极限发生2000000次循环时仅适用于基底金属（A类型）。后来的每一中类型提供了应力变化类型的下界限制，在2000000和20000000次出现循环寿命随着类型从B到E’。恒幅测试数据的的疲劳极限下界是裂纹增长的临界值，C,E,C’类型已经证实可以达到1000000次循环。溢出曲线S-N在应力变化范围和寿命上有一个指数曲线关系，出自标

8、准文档实用文案这里的对每一种细部类型都是一个常数值，是设计应力变化范围，这个关系式由目前AASHTO提供。3.可变荷载这很好的展示出桥梁结构承受随机可变荷载，引起了广阔的偏应力变化范围。图八描述了一个桥纵梁盖板传统的应力变化范围直方图。计算积累损伤