鋼箱梁焊縫強(qiáng)度及疲勞驗(yàn)算

1、榕江大橋全橋結(jié)構(gòu)仿真分析專題報(bào)告分報(bào)告(五)鋼箱梁焊縫強(qiáng)度及疲勞驗(yàn)算廣東潮惠高速公路有限公司上海貝英吉工程咨詢有限公司2015-04-20目 錄1 概述11.1 工程概況11.1.1 項(xiàng)目概況11.1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)11.1.3 主橋設(shè)計(jì)方案21.2 專題研究內(nèi)容51.3 分報(bào)告內(nèi)容和計(jì)算分析方法62 分析參數(shù)和計(jì)算方法82.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范82.2 計(jì)算參數(shù)82.2.1 材料性能參數(shù)82.2.2 計(jì)算荷載92.3 疲勞計(jì)算方法113 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段焊縫疲勞性能分析143.1 計(jì)算模型143.2 計(jì)算結(jié)果分析153.3 本章結(jié)論19i榕江大橋全橋結(jié)構(gòu)仿真分析專題報(bào)告 （六）關(guān)鍵部位疲勞受力性

2、能分析1 概述1.1 工程概況1.1.1 項(xiàng)目概況榕江大橋是廣東省潮州至惠州高速公路（潮汕機(jī)場進(jìn)場路共線段） 的重要節(jié)點(diǎn)工程，大橋方案受到兩岸大堤、通航凈空、機(jī)場控高、河床斷面形式及水文情況、防撞、防洪、抗震、抗風(fēng)、耐久性、景觀和環(huán)保等條件的復(fù)雜影響。橋型方案約束條件多，且相互制約，設(shè)計(jì)工作難度較大。初步設(shè)計(jì)中對(duì)6種矮塔斜拉橋方案（變截面鋼-砼混合梁固結(jié)體系矮塔斜拉橋方案、變截面鋼箱梁支承體系矮塔斜拉橋方案、變截面鋼箱梁雙索面半飄體系矮塔斜拉橋方案、等截面混合梁矮塔斜拉橋方案、等截面鋼砼疊合梁矮塔斜拉橋方案、等截面混合梁高低塔矮塔斜拉橋方案）進(jìn)行了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，最終選定了結(jié)構(gòu)體系上最合理的主

3、跨380m的等截面鋼砼混合主梁斜拉橋方案。在各項(xiàng)設(shè)計(jì)控制條件中，機(jī)場控高和通航凈空成為限制榕江大橋主橋設(shè)計(jì)的最主要條件。在現(xiàn)有條件下，榕江大橋索塔較矮，橋面以上的索塔高度只有50m左右，索塔高度與跨徑的比例介于傳統(tǒng)斜拉橋與矮塔斜拉橋之間，稱為低塔斜拉橋。這種橋型是最大特點(diǎn)是斜拉索與水平面間的夾角較小，斜拉索的水平分力較大，拉索利用率比傳統(tǒng)斜拉橋要低，索塔受到的水平力作用也較大。較為新穎的低塔斜拉橋橋型結(jié)構(gòu)形式，以及鋼砼混合主梁、桁腹式鋼箱梁、整體鋼錨箱式索塔錨固區(qū)等構(gòu)造形式的采用，使得榕江大橋主橋在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營過程中體現(xiàn)出一系列新特性，設(shè)計(jì)難度較大。1.1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）公路等級(jí)：

4、六車道高速公路（2）荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-級(jí)（3）設(shè)計(jì)速度：100km/h（4）橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年（5）橋面寬度：33.5m，其中行車道寬2×（3×3.75）m（6）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300（7）主橋設(shè)計(jì)水位：最高設(shè)計(jì)水位：4.31m（國家85高程，下同）最高設(shè)計(jì)通航水位：2.89m最低設(shè)計(jì)通航水位：-0.64m（8）通航凈空尺度：主航道凈347×38米，單孔雙向通航（9）地震動(dòng)峰值加速度： 0.183g（50年10%）（10） 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：榕江大橋抗震設(shè)防類別為A類，抗震設(shè)防目標(biāo)：E1地震作用（中震，重現(xiàn)期約為475年）一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用，E2地

5、震作用（大震，重現(xiàn)期約為2000年）可發(fā)生局部輕微損傷，不需修復(fù)或經(jīng)簡單修復(fù)可繼續(xù)使用。（11）船撞力：主墩橫橋向設(shè)計(jì)撞擊力為36MN，輔助墩橫橋向設(shè)計(jì)撞擊力為12.7MN，縱橋向防撞力取橫橋向50%。（12）抗風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：使用階段設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為100年，基本風(fēng)速39.4m/s；施工階段設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為30年，基本風(fēng)速33.0m/s。1.1.3 主橋設(shè)計(jì)方案1總體設(shè)計(jì)本橋采用雙塔混合梁斜拉橋，跨徑布置為60+70+380+70+60=640m。中跨及次邊跨主梁采用流線型扁平鋼箱梁，邊跨采用流線型扁平混凝土箱梁，鋼混結(jié)合點(diǎn)設(shè)置在輔助墩墩頂處；中跨及邊跨均布設(shè)斜拉索，斜拉索采用準(zhǔn)輻射形布置，雙索面，在主

6、梁外側(cè)錨固。索塔采用門式框架索塔，塔柱為鋼筋混凝土構(gòu)件，上、下橫梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，橫梁底緣皆呈圓弧線形的變高度結(jié)構(gòu)；塔柱斷面形式考慮了結(jié)構(gòu)受力需要和建筑景觀效果的要求。全橋采用半漂浮體系。在橋塔下橫梁處設(shè)置豎向球型鋼支座，縱向活動(dòng)，橫橋向設(shè)帶有橫向靜力限位功能的E型鋼阻尼器裝置，為控制順橋向位移和地震效應(yīng)，縱向同時(shí)設(shè)置帶靜力限位功能的粘滯阻尼器裝置；過渡墩和輔助墩設(shè)置豎向球型鋼支座，縱向活動(dòng)，橫橋向設(shè)帶有橫向靜力限位功能的E型鋼阻尼器裝置。圖1-1為主橋橋型布置圖。圖1-1 主橋橋型布置圖2主梁榕江大橋主橋采用鋼箱梁和混凝土箱梁的混合梁結(jié)構(gòu)，鋼混結(jié)合段設(shè)置在邊跨輔助墩墩頂位置附近。主梁鋼

7、箱梁部分采用帶風(fēng)嘴的整體式扁平流線型斷面，其標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1-2。鋼箱梁全寬38.7m，頂寬34.7m（不含風(fēng)嘴），底板寬19.2m，梁高3.5m，風(fēng)嘴長度2.0m。箱梁內(nèi)設(shè)置2道桁架式中腹板（索塔兩側(cè)附近加強(qiáng)為實(shí)腹式中腹板），間距14m。斜底板同時(shí)兼底板、腹板的功能，拉索錨固于邊腹板。根據(jù)構(gòu)造不同，全橋鋼箱梁劃分為AE、O和J共7種類型，39個(gè)梁段。其中O梁段和A梁段為索塔附近無索區(qū)梁段，J梁段為鋼混結(jié)合梁段，長度為12.11m，均在支架上安裝；B梁段為過渡梁段，C梁段為長15m的標(biāo)準(zhǔn)梁段，D梁段為長12m的標(biāo)準(zhǔn)梁段，E梁段為主跨跨中合龍段，長度為10.5m，均采用橋面吊機(jī)安裝。圖1-2 鋼箱

8、梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖混凝土梁外形同鋼箱梁外形保持一致，混凝土箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1-3所示，采用單箱三室截面，由于鋼箱梁與混凝土箱梁鋪裝層高度不同，為保證結(jié)構(gòu)整體外觀高度相同，混凝土箱梁梁高采用3.459m（沿中心線處）?；炷料淞簲嗝嫒珜?8.7m，頂面寬36.7m，底面寬19.2m。綜合邊跨壓重、預(yù)應(yīng)力布置等因素考慮，混凝土梁段頂板厚度均采用30cm，底板厚度采用28cm，腹板厚50cm。圖1-3 混凝土箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖3索塔索塔采用雙柱門型框架塔，塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下橫梁和上橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。圖1-4為索塔一般構(gòu)造圖。自承臺(tái)頂?shù)剿敚偢叨葹?4.35m，塔頂高程為95.85m，橋面以上

9、高度為51.06m。圖1-4 混凝土索塔一般構(gòu)造圖4基礎(chǔ)（1）主塔墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，每個(gè)承臺(tái)下設(shè)24根3.0m-2.5m的變截面鉆孔灌注樁，梅花形布置，按支承樁設(shè)計(jì)，樁尖進(jìn)入中風(fēng)化或微風(fēng)化花崗巖。樁基根據(jù)持力層巖面高差，設(shè)計(jì)成不等樁長。承臺(tái)平面呈圓端啞鈴型，由兩個(gè)分離的承臺(tái)通過系梁連接而成。承臺(tái)采用有底鋼套箱施工。（2）輔助墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，每個(gè)承臺(tái)下設(shè)8根2.5m的鉆孔灌注樁，矩形布置，按摩擦樁設(shè)計(jì)。輔助墩位于水中，墩身設(shè)計(jì)時(shí)考慮船撞因素，采用整體式矩形承臺(tái)、分離式墩柱。墩身采用薄壁空心墩。承臺(tái)采用有底鋼套箱施工。輔助墩采用防撞護(hù)弦進(jìn)行防撞。（3）過渡墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，按摩擦樁設(shè)

10、計(jì)。潮州側(cè)承臺(tái)下設(shè)14根2.0m的鉆孔灌注樁，梅花形布置；惠州側(cè)承臺(tái)下設(shè)14根2.0m的鉆孔灌注樁，矩形布置。樁基根據(jù)樁周土層層面高差，設(shè)計(jì)成不等樁長。潮州側(cè)過渡墩采用六邊形承臺(tái)，惠州側(cè)過渡墩承臺(tái)平面呈啞鈴型，由兩個(gè)分離的承臺(tái)通過系梁連接而成。過渡墩承臺(tái)采用開挖基坑法施工。5斜拉索全橋共2×4×12=96根斜拉索，最長約186.3米，最大規(guī)格為PES7-301，根據(jù)索力分為PES7-139、PES7-151、PES7-163、PES7-187、PES7-211、PES7-223、PES7-241、PES7-253、PES7-283、PES7-301共10種規(guī)格。疲勞應(yīng)力幅值

11、均為200MPa。減震措施方面，本橋采用阻尼器、氣動(dòng)措施并用的綜合減振方案。1.2 專題研究內(nèi)容針對(duì)榕江大橋主橋方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，全橋結(jié)構(gòu)仿真分析專題包括以下幾個(gè)方面的研究內(nèi)容：1.基于全橋三維模型的施工仿真分析建立全橋空間桿系有限元模型，模擬實(shí)橋施工順序和使用狀態(tài)下的荷載環(huán)境，對(duì)本橋合理成橋狀態(tài)和成橋索力提出優(yōu)化意見，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的極限承載能力和運(yùn)營狀態(tài)下的靜力性能，建立結(jié)構(gòu)全施工過程的仿真分析和優(yōu)化，重點(diǎn)關(guān)注邊跨混凝土主梁的抗裂性能，對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能和整體穩(wěn)定性能進(jìn)行研究。2.鋼混結(jié)合段局部應(yīng)力分析建立鋼混結(jié)合段的空間實(shí)體有限元模型，模擬使用階段的多種最不利受力工況，對(duì)鋼混結(jié)合段的空間應(yīng)力分布特

12、性和構(gòu)件的局部穩(wěn)定性能分別進(jìn)行研究，并對(duì)局部構(gòu)造進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。3.索塔及索梁錨固區(qū)局部應(yīng)力及疲勞性能分析建立索塔及索塔錨固區(qū)的空間實(shí)體有限元模型，模擬使用階段的索力最大的受力形態(tài)，對(duì)索塔錨固區(qū)鋼錨箱的空間應(yīng)力分布特性和構(gòu)件的局部穩(wěn)定性能分別進(jìn)行研究，并對(duì)混凝土橋塔的抗裂性能進(jìn)行分析研究。對(duì)混凝土索梁錨固區(qū)應(yīng)力分布及受力安全性進(jìn)行驗(yàn)算，關(guān)注重點(diǎn)部位的疲勞性能。對(duì)鋼梁索梁錨固區(qū)的鋼錨箱（含焊縫）或耳板（含焊縫）的應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，以對(duì)鋼錨箱或耳板進(jìn)行優(yōu)化，并提出優(yōu)化建議。4.鋼箱梁空間應(yīng)力分布特性建立桁腹式鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段的精細(xì)化空間實(shí)體有限元模型，模擬使用階段的多種最不利受力工況，對(duì)鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)

13、段的空間應(yīng)力分布特性和構(gòu)件的局部穩(wěn)定性能分別進(jìn)行研究，并對(duì)局部構(gòu)造進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。研究鋼箱梁頂?shù)装宓募袅F(xiàn)象，并對(duì)施工過程（包括橋面吊機(jī)、風(fēng)等）作用下箱梁應(yīng)力及穩(wěn)定性進(jìn)行研究。最后，對(duì)鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)階段的關(guān)鍵構(gòu)造的疲勞性能進(jìn)行研究，優(yōu)化焊縫的構(gòu)造設(shè)計(jì)。5.鋼箱梁焊縫強(qiáng)度及疲勞驗(yàn)算在鋼箱梁空間應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，對(duì)焊縫的強(qiáng)度和疲勞特性進(jìn)行專門的研究，對(duì)焊縫的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)優(yōu)化意見。主要的研究內(nèi)容包括鋼箱梁的關(guān)鍵焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算和疲勞驗(yàn)算，對(duì)鋼箱梁焊縫設(shè)計(jì)和應(yīng)力分布結(jié)果提出優(yōu)化意見。1.3 分報(bào)告內(nèi)容和計(jì)算分析方法本冊(cè)為分報(bào)告（五），分報(bào)告內(nèi)容為鋼箱梁焊縫強(qiáng)度及疲勞驗(yàn)算。由于鋼箱梁承受直接承受全橋活載和索力，

14、并且鋼箱梁構(gòu)造復(fù)雜，橋面板、桁腹板及加勁肋的連接方式在全橋空間桿系有限元模模型中難以精確模擬，導(dǎo)致焊縫的受力復(fù)雜，存在著應(yīng)力集中的現(xiàn)象。為保證鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段焊縫受力安全、合理，疲勞性能足夠，有必要對(duì)該部分進(jìn)行實(shí)體有限元模擬計(jì)算分析。參照榕江大橋主跨標(biāo)準(zhǔn)段細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，建立桁腹式鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段的空間實(shí)體有限元模型。重點(diǎn)研究關(guān)鍵結(jié)構(gòu)焊縫在各種不利荷載作用下受力安全，并進(jìn)行相關(guān)疲勞驗(yàn)算，對(duì)焊縫的設(shè)計(jì)提出優(yōu)化意見。2 分析參數(shù)和計(jì)算方法2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范分析中采用的規(guī)范分為基本規(guī)范和參照規(guī)范兩類。其中基本規(guī)范包括：（1）公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）（1）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D

15、60-2004）（2）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）（3）公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則（JTG/T D65-1-2007）（4）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 025-86）（1）公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG/T D60-1-2004）（1）公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTG F80/1-2004）（1）公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50283-2008）參照規(guī)范包括：（1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2011）（2）BS5400：鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋（西南交通大學(xué)出版社）2.2 計(jì)算參數(shù)2.2.1 材料性能參數(shù)1結(jié)構(gòu)鋼材鋼箱梁采用Q345q

16、D鋼材制造，鋼材屈服強(qiáng)度及其相關(guān)容許應(yīng)力隨板厚變化根據(jù)GB/T 714-2008規(guī)定執(zhí)行。表2.1 結(jié)構(gòu)鋼材性能表鋼材種類Q345qD彈性模量E(MPa)210000剪切模量G(MPa)81000泊松比0.3軸心容許應(yīng)力(MPa)200彎曲容許應(yīng)力(MPa)210剪切容許應(yīng)力(MPa)120屈服強(qiáng)度(MPa)345熱膨脹系數(shù)0.0000122斜拉索采用s7mm平行鋼絲索，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1770MPa，抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度708MPa，彈性模量1.95×105MPa。根據(jù)索力不同采用十種規(guī)格的斜拉索。2.2.2 計(jì)算荷載在結(jié)構(gòu)整體和局部計(jì)算中考慮以下荷載：1恒載一期恒載：鋼材容重79.7kN/m

17、3，鋼箱梁自重需根據(jù)鋼箱梁節(jié)段材料重量統(tǒng)計(jì)表對(duì)模型自重進(jìn)行修正。二期恒載：包括橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、欄桿、過橋管線的重量。瀝青混凝土容重取24kN/m3，二期恒載總重為54 kN/m。梁段壓重： 圖紙未見詳細(xì)壓重布置， 根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的文字說明施工。 2斜拉索索力咨詢中采用的施工索力根據(jù)合理成橋狀態(tài)優(yōu)化分析得出并采用，索力與壓重的差異可能導(dǎo)致成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)單位存在一定的差別。3活載汽車荷載：公路 I 級(jí)，雙向6車道，橫向折減系數(shù)0.55。偏載作用：考慮六車道偏載作用，分別建立六條偏心車道，模擬實(shí)際的橫向加載位置，自動(dòng)計(jì)入偏載作用。汽車沖擊力：通過Midas 軟件的特征值分析求得結(jié)構(gòu)的一階基頻，

18、再根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范第4.3.2條的規(guī)定計(jì)算得到汽車沖擊系數(shù)u= 0.05 。4溫度作用計(jì)算中考慮以下溫度作用效應(yīng)：（1） 結(jié)構(gòu)整體升降溫根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）4.3.10條溫?zé)岬貐^(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)的有效溫度標(biāo)準(zhǔn)值以及蘇通大橋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，鋼結(jié)構(gòu)整體升降溫考慮為+26、23，混凝土結(jié)構(gòu)整體升降溫考慮為±20。（2） 主梁梯度溫度效應(yīng)由于我國規(guī)范缺少對(duì)鋼箱梁上直接連接鋪裝層的鋼梁梯度溫度效應(yīng)的規(guī)定，因此本橋鋼箱梁梯度溫度效應(yīng)參考英國BS5400規(guī)范進(jìn)行取值，見圖2-1。（3） 索、塔、梁溫差根據(jù)公路斜拉橋?qū)嵤┘?xì)則5.2.5條，斜拉索與橋塔和主梁之間的溫差取為

19、±10。（4）橋塔左右側(cè)截面溫差：取為±5。圖2-2 鋼箱梁梯度溫度效應(yīng)示意圖5基礎(chǔ)不均勻沉降主塔基礎(chǔ)沉降按 0.02m 考慮；過渡墩和輔助墩基礎(chǔ)沉降按 0.01m 考慮。6風(fēng)荷載根據(jù)公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG/T D60-1-2004）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行取值。使用階段設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為100年，基本風(fēng)速39.4 m/s；與車輛荷載進(jìn)行組合時(shí)，基本風(fēng)速取為25 m/s。主梁靜風(fēng)荷載采用梁單元均不荷載模擬，橋塔承受的靜風(fēng)荷載采用梁單元荷載模擬（荷載值根據(jù)塔柱不同高度處的風(fēng)速和斷面尺寸分段計(jì)算），斜拉索承受的靜風(fēng)荷載等效加載于索梁和索塔錨固點(diǎn)處。7汽車制動(dòng)力根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（J

20、TG D60-2004）第4.3.6條的規(guī)定，計(jì)算得汽車制動(dòng)力為1656 kN，每個(gè)橋塔承受的汽車制動(dòng)力為828 kN。2.3 疲勞計(jì)算方法1. 分析思路我國現(xiàn)行鋼橋規(guī)范為上世紀(jì)80年代頒布的公路鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，該規(guī)范中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)疲勞性能的評(píng)判指標(biāo)仍以應(yīng)力比為主要參數(shù)，但是目前工程界普遍認(rèn)為鋼構(gòu)件的疲勞壽命主要與應(yīng)力幅有關(guān)，因此該規(guī)范的相關(guān)規(guī)定已經(jīng)不適合評(píng)價(jià)現(xiàn)在新建的鋼結(jié)構(gòu)橋梁的疲勞性能?？紤]到目前我國尚未頒布新的鋼橋規(guī)范，因此參考美國AASHTO規(guī)范中關(guān)于疲勞計(jì)算的相關(guān)規(guī)定，對(duì)榕江大橋主要部位的鋼結(jié)構(gòu)疲勞性能進(jìn)行分析。分析中，采用大型有限元計(jì)算軟件ANSYS 12.1，針對(duì)各主要部

21、位分別建立局部板單元有限元模型，并根據(jù)運(yùn)營狀態(tài)下的車輛荷載和活載索力幅等參數(shù)計(jì)算疲勞應(yīng)力幅，最后根據(jù)AASHTO規(guī)范的相關(guān)規(guī)定對(duì)各關(guān)鍵部位的進(jìn)行常幅疲勞性能驗(yàn)算，對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞性能做出評(píng)價(jià)。其中，鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行有限壽命常幅疲勞性能驗(yàn)算；索塔錨固區(qū)和索梁錨固區(qū)由于較為重要，因此進(jìn)行無限壽命常幅疲勞性能驗(yàn)算。2. 驗(yàn)算準(zhǔn)則AASHTO LRFD 2004版第6.6.1.2.2條規(guī)定，對(duì)于荷載產(chǎn)生的疲勞效應(yīng)，各結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)應(yīng)滿足：其中，為活載效應(yīng)的組合系數(shù)；為活載（考慮活載沖擊效應(yīng)）產(chǎn)生的應(yīng)力幅；為名義疲勞強(qiáng)度。式中左側(cè)即為設(shè)計(jì)疲勞應(yīng)力幅，計(jì)算方法如下；式中右側(cè)的名義疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法如下。3. 設(shè)計(jì)疲

22、勞應(yīng)力幅（1）AASHTO LRFD 2004版第6.6.1.2條規(guī)定，在鋼橋局部構(gòu)件的疲勞設(shè)計(jì)中，應(yīng)將活載應(yīng)力幅（考慮活載沖擊效應(yīng)）作為設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)。（2）AASHTO LRFD 2004版第3.4.1.1條規(guī)定，疲勞設(shè)計(jì)極限狀態(tài)計(jì)算中，車輛荷載效應(yīng)和車輛荷載沖擊效應(yīng)的荷載組合系數(shù)均采用0.75。榕江大橋的設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)為0.05，因此：設(shè)計(jì)疲勞應(yīng)力幅 = 0.75×1.05×活載應(yīng)力幅（3）活載應(yīng)力幅由疲勞車加載計(jì)算獲得。 AASHTO LRFD 2004版第3.6.1.2.2條規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)疲勞車中后軸重145kN（見下圖）。圖2-3 標(biāo)準(zhǔn)疲勞車示意圖（4）對(duì)于鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段

23、疲勞驗(yàn)算，計(jì)算中直接將車輪荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載施加在實(shí)體有限元模型中，計(jì)算中模擬車輛勻速行駛通過計(jì)算區(qū)域，計(jì)算得到各細(xì)節(jié)部位的活載應(yīng)力幅。模擬車速為90km/h，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)加載歷程時(shí)長280ms，行駛距離7m。（5）對(duì)于索塔錨固區(qū)和索梁錨固區(qū)疲勞驗(yàn)算，計(jì)算中將車輛荷載施加在全橋桿系有限元模型上，計(jì)算得到斜拉索的活載索力幅，將此索力幅施加在錨固區(qū)局部實(shí)體有限元模型上，計(jì)算出各細(xì)節(jié)部位的活載應(yīng)力幅。4. 名義疲勞強(qiáng)度（1）AASHTO LRFD 2004版第6.6.1.2.5條規(guī)定，名義疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式如下：其中，A值根據(jù)細(xì)節(jié)構(gòu)造分類查表2.1得到；N為設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：表2.2 參數(shù)A取值

24、細(xì)節(jié)類別A×1011（MPa3）A82.0B39.3B20.0C14.4C14.4D7.21E3.61E1.28（2）AASHTO LRFD 2004版第3.6.1.4.2條規(guī)定，單車道日均卡車流量（ADTTSL）取值為：ADTTSL = p×卡車流量比例系數(shù)×ADT。上式中，卡車流量比例系數(shù)表示卡車占所有車輛的比例（見）；p為單車道卡車流量系數(shù)（見），表征橋梁同方向有多條車道時(shí)對(duì)交通量的折減；ADT為單車道日均車流量。表2.3 卡車流量比例系數(shù)公路類別卡車流量比例系數(shù)鄉(xiāng)村州際公路0.20城市州際公路0.15其它鄉(xiāng)村公路0.15其它城市公路0.10表2.4 單車道

25、卡車流量系數(shù)p可通行卡車的車道數(shù)P11.0020.853或者更多0.803 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段焊縫疲勞性能分析3.1 計(jì)算模型大跨徑鋼箱梁在運(yùn)營過程中的疲勞問題主要表現(xiàn)為正交異性橋面板及與其直接連接的構(gòu)件在反復(fù)車輪荷載作用下的疲勞問題，因此對(duì)鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段的疲勞性能分析采用橋面板體系簡化模型。圖3-1為計(jì)算中采用的橋面板體系簡化模型，模型節(jié)段長9m，寬18.35m（橫向只模擬半個(gè)橋面），包括四塊橫隔板和一個(gè)節(jié)段接縫。模型中精確模擬了鋼箱梁的變厚度頂板、頂板加勁肋和外腹板，對(duì)于橫隔板和內(nèi)腹板則進(jìn)行了簡化，只保留了最上端與頂板連接的部分。邊界條件：外腹板、內(nèi)腹板、橫隔板下端全部固結(jié)。圖3-1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段

26、疲勞計(jì)算模型驗(yàn)算部位：疲勞驗(yàn)算針對(duì)受重車車輪荷載影響較大的主要受力構(gòu)件的焊縫位置選取驗(yàn)算點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，共計(jì)6各驗(yàn)算部位，見表3.1。表3.1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段疲勞驗(yàn)算部位編號(hào)位置1頂板節(jié)段對(duì)接焊縫2內(nèi)腹板節(jié)段對(duì)接焊縫3頂板U肋節(jié)段連接4頂板和內(nèi)腹板間焊縫5頂板和橫隔板間焊縫6頂板和U肋間焊縫橫向加載位置：計(jì)算驗(yàn)算部位1、3、5、6的應(yīng)力幅時(shí)，疲勞車的橫向加載位置為外側(cè)重車到的中央位置，此時(shí)驗(yàn)算點(diǎn)也取在車輪作用點(diǎn)的正下方；計(jì)算驗(yàn)算部位2、4的應(yīng)力幅時(shí)，疲勞車的橫向加載位置為內(nèi)腹板的正上方。3.2 計(jì)算結(jié)果分析圖3-2為車輪荷載作用下鋼箱梁疲勞計(jì)算模型的Mises應(yīng)力分布情況，從圖中可見，車輪荷載的影響范圍很小，在車輪與橋面板接觸范圍以外，應(yīng)力水平很快衰減到5MPa以下，車輪直接作用處的最大應(yīng)力值為45MPa。圖3-2 車輪荷載作用下的模型Mises應(yīng)力分布圖3-3圖3-