[精品]浅谈钢桥的疲劳和断裂

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1、浅谈钢桥的疲劳和断裂浅谈钢桥的疲劳和断裂摘耍:本文针对疲劳研究的必耍性、疲劳损伤机理、钢桥疲劳裂纹维修措施进行了探讨，仅供参考。关键词:钢桥；疲劳；断裂中图分类号：U448文献标识码：A引言曾经有几座老钢桥因为有疲劳开裂而没有被发现，在某一天突然断裂，造成严重事故。例如，韩国圣水大桥悬挂跨落水事故，死亡32人，受伤127人，汽车15辆落水。这些事故使人谈虎色变。一、疲劳研究的必要性公路钢桥的疲劳是指在车辆荷载的反复作用下构件在低于钢材屈服强度的情况下发生的脆性破坏。钢结构构件最常遇到三种破坏形式：拉构件强度破坏、

2、压构件失稳破坏、反复拉压构件疲劳断裂。其中疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因。据美国1982统计结果，80%-90%钢桥的破坏与疲劳断裂有关，1967年美国西弗吉利亚州的PointPleasant大桥在没有任何征兆的情况下突然倒塌，造成46人死亡，调查结果显示是由于一拉杆下缘产生解理断裂。警醒下，各国对疲劳给于了相当的重视，随着工程实践和研究的加深,规范也在不断的修订和更新。由于我国公路钢桥规范的落后导致了钢桥在设计、施工与养护时，不得不参考和使用英国、日本、美国等国外的规程和技术标准，而实际这些国外的规程和技术

3、标准又不完全适合我国的国情。进行我国公路钢桥的抗疲劳设计，保证钢桥长期安全使用是摆在桥梁工作者面前的重要研究课题。二、疲劳损伤机理疲劳是造成桥梁损伤，影响桥梁使用年限的主要因素。耳前桥梁钢结构大多使用焊接工艺，在焊接区域，桥梁结构由于当初设计的不合理性和反复重载作用下，很容易产生应力，从而在钢结构上产生疲劳裂纹，缩短钢桥的寿命。在钢桥结构中，由于变形引起疲劳裂纹主耍分为两种：一种是腹板的呼吸疲劳，当板梁腹板的长宽比、高厚比超过一定限度时，在大于屈曲荷载的面内的荷载作用之下，腹板将会产生更宽的面外位移，而这个而外位

4、移又将反过来在焊接板的边缘形成较高的弯曲应力。长此以往，在重复荷载的作用下,将产生疲劳裂纹，最终使得钢结构提前失去效应。另i种疲劳裂纹是由于桥梁设计时没有料想到横向与纵向构件之间相互作用而产生的,这种现象一般出现在主梁腹板的间隙细节处。1、钢桥腹板呼吸疲劳损伤在钢桥设计中，设计师由于釆用极限能力设计法，倾向于将腹板设计的薄一些，以便获得更好的经济收益和社会效益。但是当这种高薄的腹板受到大于屈曲荷载时，会出现显著的“呼吸特征”，久而久Z就会在腹板焊缝边缘产工大量的疲劳裂纹和缝隙。早在1960年，美国学者就开始研究呼

5、吸疲劳了。Mueller和Yen对15片主梁腹板(厚度5-10mm,翼缘厚度15-40mm,高厚比129-287,高宽比0.5-2.4的足尺板梁)进行了一系列试验。试验结果表明：其中9片主梁腹板出现疲劳裂纹的最大荷载为0.5-1.0倍的理论极限荷载；其余6片主梁腹板出现疲劳裂纹的最大荷载为0.50-0.85倍的理论极限荷载。通过对这些主梁腹板进行弯曲、剪切载荷的受力分析,得到一系列测量值，然后从实测曲线图得到疲劳裂纹位置的二次弯曲应力。2004年，德国的Kuhlmann、Gunther用数值分析的方法分析研究了纵

6、向加劲，观察其结构如何影响呼吸疲劳，通过一系列测量数据推得如下关系式：公路桥梁：h/tW4L+30W300(e0Wa/250)；铁路桥梁：h/tW3.3L+55W250(e0Wa/250)式中L为梁的跨径,单位m,且LM20m；h/t为腹板的高宽比；e0为初始缺陷。Kuhlmann、Gunther认为在设计腹板时，采用满足公式的高厚比，能有效避免腹板的呼吸疲劳。2、钢桥的腹板间隙变形引起的疲劳钢桥腹板的面外变形引起的疲劳问题比腹板的呼吸疲劳更加普遍，在多种桥梁造型中都会有面外变形所引起的一系列疲劳裂纹。1963年

7、,Mueller>Goerg>Yen设计出了T型小试件的试验原型，用于模拟翼缘一一腹板的边界条件。1977年，Fisher对试验结果进行分析研究，研究结果表明：合理评估腹板缝隙疲劳抗力的下限值为C类细节。但他们未能解决将小试件的实验结果推广到大试件，而且实验次数也不够多，对于C类细节的结论也只能用來近似评估结构的细节抵抗疲劳的情况。1982年，FISher对美国的部分桥梁进行调查研究，在140座产生裂纹的桥梁中，在这中间，63座桥梁的疲劳裂纹是由于钢桥构件的面外变位引起的。1988年，Catiulinni等对钢桥

8、面外变形造成的疲劳问题进行分析，详细研究了可能造成疲劳的两个参数：腹板缝隙长度L(分别为Omm,50mm,100mm)和缝隙位置处的腹板厚度t。实验数据表明：变形方向与荷载施加方向有明显的关系，腹板间隙相对面外变形随着腹板厚度t的增大而减小，但当腹板间隙长度为50mm时,t增大会导致腹板间隙的应力急剧加大；腹板缝隙长度为100的时侯,t加大对腹板缝隙的应力作用大小很小。由