鐵路橋梁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司2013年12月鐵路橋梁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究前言

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國鐵路橋梁建設(shè)中得到大量的應(yīng)用，與建筑結(jié)構(gòu)相比，鐵路橋梁結(jié)構(gòu)具有跨度大、承受列車活載的特點(diǎn)，且鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造幾何形態(tài)復(fù)雜，不同的焊接部位應(yīng)力分布差異顯著，導(dǎo)致其疲勞承載能力比普通鋼結(jié)構(gòu)的疲勞連接細(xì)節(jié)要低，甚至低很多，疲勞問題突出，但目前國內(nèi)外有關(guān)鐵路橋梁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)方面的研究文獻(xiàn)較少，中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司和中國鐵道科學(xué)研究聯(lián)合進(jìn)行了典型焊接節(jié)點(diǎn)的疲勞試驗(yàn)研究，這些研究為系統(tǒng)解決鋼管混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)打下了工程技術(shù)基礎(chǔ)。1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)焊接連接的典型疲勞細(xì)節(jié)分類

在鐵路橋梁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要使用由支桿直接焊在弦桿上而形成T形、Y形、K形等簡(jiǎn)單管節(jié)點(diǎn)。1.1簡(jiǎn)單管節(jié)點(diǎn)的幾何描述描述管節(jié)點(diǎn)的幾何特征參數(shù)如右圖所示，包括：D、T—弦桿外直徑與管壁厚；d、t—支桿外直徑與管壁厚；θ—支桿與弦桿間的夾角；g—支桿間的間隙；e—支桿與弦桿軸線交匯偏心距；L—弦桿長度。1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)焊接連接的典型疲勞細(xì)節(jié)分類

在管節(jié)點(diǎn)疲勞研究中，主要通過α、β、γ、τ指標(biāo)分析其疲勞性能：⑴

α指標(biāo)

α=L/D，反映弦桿的柔度，為弦桿長度參數(shù)。⑵

β指標(biāo)

β=d/D，反映載荷傳遞和應(yīng)力分布，為管徑比。⑶

γ指標(biāo)

γ=D/2T，反映主管徑向剛度，為弦桿徑厚比。⑷

τ指標(biāo)

τ=t/T，反映支管與主管相對(duì)彎曲剛度，為壁厚比。1鋼愁管霸混憤凝校土魚結(jié)柿構(gòu)誰焊痰接木連茄接臺(tái)的賊典帆型本疲愁勞侮細(xì)陵節(jié)響分部類1櫻.行2簡(jiǎn)蔑單幫焊土接留管曬節(jié)駝點(diǎn)灘的冰應(yīng)縫力紡描底述⑴復(fù)拘合應(yīng)脆力法鋼廣管載混墊凝解土慎管吊節(jié)濾點(diǎn)圍相燦貫每線版處閃主鐵要腔承遭受萌正羅應(yīng)能力寸和化剪歡切軋應(yīng)謠力宮的都作浴用服，樹可搖采抽用炊主范應(yīng)柿力耕或舟折團(tuán)算面應(yīng)齊力拉表尤述遵管概節(jié)仁點(diǎn)侄的較名慮義桌應(yīng)擔(dān)力σm，折崗算應(yīng)踢力計(jì)奔算公訪式為據(jù)：⑵況簡(jiǎn)流化茂應(yīng)類力廉法上花述回復(fù)久合怕應(yīng)由力拒法雪雖碎然慢能診夠耗反拆映控連言接恥焊伐縫暮的渴受卡力鉆特喜征記，燈但擊它稀的盲計(jì)地算畝相箏對(duì)咸復(fù)蚊雜,因此速可提嬸出簡(jiǎn)怪化軸榆應(yīng)力盒法進(jìn)紛行名木義應(yīng)俱力計(jì)級(jí)算，傲即直樣接以疑節(jié)點(diǎn)愚連接兄部位給支管船（桿?。┑谋龖?yīng)盞力作抵為名剖義應(yīng)艷力σm。⑶管丟節(jié)點(diǎn)括的應(yīng)窮力集傻中系絹數(shù)γs罪c1鋼盜管仁混刺凝撈土傘結(jié)使構(gòu)漏焊壺接鏟連條接前的耕典敢型綢?？蹌诮技?xì)斯節(jié)急分田類1諒.泰3典餅型塵管初節(jié)球點(diǎn)敏構(gòu)跨造標(biāo)的迷應(yīng)禾力叮集濟(jì)中齊系兵數(shù)[脆7話]及膽細(xì)洪節(jié)醋分叫類⑴T/給Y型管藥節(jié)點(diǎn)奪的應(yīng)少力集隊(duì)中系痰數(shù)γsc弦桿剃鞍點(diǎn)渴：弦櫻桿藝冠遇點(diǎn)呢：腹云桿練鞍棍點(diǎn)涼：腹桿該冠點(diǎn)脹：其曠中鞋：L為寄鋼睡管閉節(jié)舍段墓長平度暖，舞可跪取燦左折右姻節(jié)居間虛長獸度追之得和晃的年一對(duì)半但；C為帖桿丈端幼約雀束津參需數(shù)浪，忠一座般瘡取0.蚊7。1鋼狀管唇混桐凝偷土臉結(jié)汽構(gòu)祝焊圓接關(guān)連亭接瓜的狀典衣型竭疲才勞貓細(xì)視節(jié)蒼分譯類其斥中繁：⑵K型管督節(jié)點(diǎn)勒的應(yīng)壩力集貓中系額數(shù)γs恥c弦桿壯：腹錫桿暫：⑶KT型掏管賄節(jié)爹點(diǎn)減的峰應(yīng)見力贊集皮中滋系昨數(shù)γs梁c弦遺桿陳、嚇腹腳桿娘的稈應(yīng)泡力浸集滴中穗系恐?jǐn)?shù)腸分允別冊(cè)按卵以嘩上燭兩浪公澆式虧計(jì)假算門。斜腹順桿A和C使用中絹間跌直慨腹趨桿B使己用1鋼爛管退混選凝還土級(jí)結(jié)繳構(gòu)柴焊腐接綢連余接固的刺典驕型煤疲僚勞犁細(xì)填節(jié)梳分柳類橋梁毛鋼管凳混凝嶼土結(jié)棒構(gòu)管眼管節(jié)驅(qū)點(diǎn)構(gòu)竹造細(xì)百節(jié)類別構(gòu)件或連接形式簡(jiǎn)圖加工質(zhì)量及其它要求疲勞容許應(yīng)力幅[σ0]及板厚修正系數(shù)γt1采用相貫線切割機(jī)開制相貫線坡口，全熔透焊縫連接，焊趾處需焊后修磨，超聲波探傷等級(jí)B級(jí)，質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)。[σ0]=90.02采用相貫線切割機(jī)開制相貫線坡口，全熔透焊縫連接，焊趾處需焊后修磨，超聲波探傷等級(jí)B級(jí)，質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)。[σ0]=90.03采用相貫線切割機(jī)開制相貫線坡口，全熔透焊縫連接，焊趾處需焊后修磨，超聲波探傷等級(jí)B級(jí)，質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)。[σ0]=90.01鋼管腰混凝仇土結(jié)幕構(gòu)焊驚接連勒接的情典型嬌疲勞孝細(xì)節(jié)錫分類橋梁植鋼管牌混凝執(zhí)土結(jié)置構(gòu)板斑管節(jié)詳點(diǎn)構(gòu)金造細(xì)掙節(jié)類別構(gòu)件或連接形式簡(jiǎn)圖加工質(zhì)量及其它要求疲勞容許應(yīng)力幅[σ0]及板厚修正系數(shù)γt1腹桿與弦管正交板管T/Y型接頭采用坡口全熔透焊縫，節(jié)點(diǎn)板放大系數(shù)不小于1.7，兩端按TB10002.2要求打磨勻順。[σ0]=102.02腹桿與弦管斜交，θ≥30o2管筆管廟節(jié)機(jī)點(diǎn)舉疲揪勞歐美粥國家驢對(duì)管味節(jié)點(diǎn)且及其萬連接茄開展惱了大豈量的辟試驗(yàn)芬研究向工作贏，最金有價(jià)階值的籠是歐扛洲國致家在政上世秘紀(jì)7究0償~袖8乓0年捐代壟耗藥資燃二碎千芬多父萬滅美葬元陣對(duì)30聽0只各穗種型翅式的配管節(jié)暮點(diǎn)模想型進(jìn)劣行的刺試驗(yàn)千研究形工作落，挪蝕威船養(yǎng)級(jí)社DN念V、英膝國勞慢氏船定級(jí)社LR等兩通杰過閃系標(biāo)列墨試面驗(yàn)蓬給物出歷了售管路節(jié)番點(diǎn)屠的誕應(yīng)床力殃集報(bào)中赤系梳數(shù)益計(jì)白算島公祖式詠，竄挪克威農(nóng)船宋級(jí)幣社DN株V、美炮國國野家標(biāo)遵準(zhǔn)AW娘S等還藝給出煌管節(jié)刑點(diǎn)的陣疲勞S-釣N曲線鵲。2管吧管枝節(jié)蜓點(diǎn)故疲膝勞2.余1疲勞所抗力猛方程根紀(jì)據(jù)五疲舞勞S-監(jiān)N曲睬線框，T/抹Y型、K型、KT型輛管倚管貞節(jié)筋點(diǎn)面以間及聲橫也向碎對(duì)凝接迫焊過縫筐、弓熔骨透識(shí)焊離縫株的諸加加勁端肋浴焊無接寄等粉構(gòu)移造窄細(xì)部節(jié)嘉疲否勞夏抗盜力譯方仗程及式馳為蘭：將式喉中N鉛=甜2柳×惱1情06代入激，即份可求兔得[競(jìng)σ0]鑼=賭9容0炕.私0催2青M頑p股a，塔引生入斧上春節(jié)漠公賄式辯的酸應(yīng)弱力照集裳中勝系尺數(shù)γsc，可毫得出T/薪Y(jié)型呀、K型矛、K膏T型棵管蔑管估節(jié)淡點(diǎn)要的涉疲挑勞去設(shè)浙計(jì)災(zāi)強(qiáng)做度[糾σ0]喜/捏γsc。2管蔬管筋節(jié)邪點(diǎn)小疲償勞2.蓬2試蹈驗(yàn)攜驗(yàn)向證墾與唱分俱析西南水交通暖大學(xué)廢在《鋼管親混凝兇土橋蓄西部尸課題殊疲勞交試驗(yàn)》課題完進(jìn)行菌了3個(gè)府鋼牌管驚混搞凝定土遇結(jié)湊構(gòu)食試院件拒的鈴疲鴨勞備試親驗(yàn)逝，聞其刺中Y形福節(jié)課點(diǎn)1個(gè)趣、K形馬節(jié)呀點(diǎn)2個(gè)言；段重?cái)_慶游交礦通伏大樣學(xué)尊在《自應(yīng)異力鋼導(dǎo)管混侮凝土匙節(jié)點(diǎn)舍疲勞蹄試驗(yàn)嘉研究》課滑題炮進(jìn)錫行凍了1個(gè)K形節(jié)微點(diǎn)鋼數(shù)管混糧凝土謹(jǐn)結(jié)構(gòu)汁試件枝的疲碗勞試編驗(yàn)。為了嶼驗(yàn)證窗公式魂所示畝疲勞架抗力福方程虎式的饑合理散性，友將上估述4個(gè)墨鋼否管震混適凝女土逝結(jié)恒構(gòu)獵疲勤勞念試羨件粗的義試殘驗(yàn)稿結(jié)崇果塌進(jìn)軋行旨整渣理充分耐析澆，鵝根憂據(jù)劃試話件員的恢疲印勞壇壽貿(mào)命唱，廳按潮照街上槍述脈公繪式命計(jì)羽算謀出筆該密試勝件稅的輔計(jì)京算轉(zhuǎn)疲浸勞炊強(qiáng)答度甩，峽同六時(shí)倆按懸公嚇式紅計(jì)遣算伍其宋應(yīng)尋力綠集爭(zhēng)中抽系切數(shù)γs饞c，崗最葛后蛙得懷出贊試聾件歇的產(chǎn)設(shè)冬計(jì)女疲嘗勞廊強(qiáng)臣度[σ0]度/律γs愛c，從皮而得律出下祝表所中示的捧分析或結(jié)果谷，從盈表中遣可以但看出鼻，設(shè)則計(jì)疲駕勞強(qiáng)杰度均煤小于表試驗(yàn)檢疲勞窯強(qiáng)度慶，比進(jìn)值在傲之間去，說沫明上州述疲由勞抗衛(wèi)力方肥程式約是安誓全、右合理備的。鋼管野混凝并土橋嚷西部懂課題宿疲勞拉試驗(yàn)棄模型感（西益南交返通大狂學(xué)）2管浪管圖節(jié)搜點(diǎn)假疲傍勞自調(diào)預(yù)言應(yīng)喜力量鋼茅管脅混五凝必土究節(jié)打點(diǎn)違疲拆勞套試臣驗(yàn)碧模書型侄（惡重獎(jiǎng)慶法交責(zé)通減大胖學(xué)誘）2管講管床節(jié)雙點(diǎn)黎疲瘡勞2管縮慧管搬節(jié)鹿點(diǎn)彎疲議勞疲勞殺試件昨的計(jì)托算與杰實(shí)測(cè)句疲勞孝強(qiáng)度課題節(jié)點(diǎn)類型試驗(yàn)疲勞壽命N（104）試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度（MPa）

計(jì)算疲勞強(qiáng)度[σ0]（MPa）腹桿冠點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)γsc設(shè)計(jì)疲勞強(qiáng)度[σ0]/γsc（MPa）設(shè)計(jì)疲勞強(qiáng)度/試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度西南交通大學(xué)K26354.4482.161.92842.60.78Y10660.01111.232.6641.80.70K29354.4479.261.92841.10.75重慶交通大學(xué)K41647.270.521.68241.90.89從上拼表所壺示的藍(lán)分析狐結(jié)果欲，均燃小于慈試驗(yàn)絕疲勞載強(qiáng)度怠，比軍值在萄之間洞，說路明上嘉述疲魯勞抗疫力方?jīng)龀淌骄前拆埲?、貿(mào)合理輕的。3板管那節(jié)點(diǎn)恭疲勞思試驗(yàn)試驗(yàn)試件滋主管雞采用嫩φ80雄0×彈20，管她內(nèi)填滲充C時(shí)5醫(yī)5混凝跪土；郵支桿果采用3陸1故0乎×詞3說0撞0仙H型鋼歉，翼綿緣板際厚24野mm，腹比板厚1墨2蘋m態(tài)m；虧主很管勒與薄支循桿向交針角4班5培°，坊節(jié)呢點(diǎn)末板躬厚1民0祝m快m，節(jié)港點(diǎn)板蔑一側(cè)櫻與模賴擬支裳桿的困工形衡桿件赴翼板像用高皆強(qiáng)度婆螺栓低連接衛(wèi)，另晴一側(cè)手與主良管焊灣接，硬節(jié)點(diǎn)御板在畫端部登采用1深.綁6偷6倍況的胳寬妻度恥放右大密系悅數(shù)淡。3燒.糞1靜飼載湊試蒸驗(yàn)為椅了放解涂試貿(mào)件球受份力餐時(shí)乘的諷應(yīng)鹿力屈分嗽布幣狀蟲態(tài)忙，展首聲先譜進(jìn)秋行攪靜夢(mèng)載寇試謎驗(yàn)高，酸采喊用2馬0破0錯(cuò)0繪K刊N液壓驢伺服寨疲勞明試驗(yàn)損機(jī)加只載。糟加載霞時(shí)首鄰先預(yù)謠拉到10昂00詳kN，圓再匪回丹零號(hào)，千重復(fù)復(fù)撤三消次少，垃以手消細(xì)除昆試極驗(yàn)舅工夫裝亦安塑裝廢精渾度遠(yuǎn)的己影島響給。鞋然蠢后喬每訪級(jí)居荷航載裙加帥載20絞0k腿N，屢逐魚級(jí)耀加摩載講至10擔(dān)00震kN，街最赴后浮每仁級(jí)醋荷岔載摘卸膀載2用0灑0我k足N，因逐情級(jí)抗卸炎載釣至0。如納此重脖復(fù)3次芳，堡試畢驗(yàn)絕結(jié)量果傲取債三飼次并測(cè)跳試估數(shù)丘據(jù)聰?shù)牟端阃庑g(shù)辨平經(jīng)均幸值原。3板蝴管杜節(jié)斧點(diǎn)鋤疲雕勞拆試櫻驗(yàn)試件漁照片垂卸直磚于錦連誤接償焊毅縫濾的雄應(yīng)污力僻分招量隆分星布析情紙況(腐M喘P調(diào)a理)3板員管秧節(jié)說點(diǎn)拍?；陝跁x試標(biāo)驗(yàn)3愉.縱2有限辭元分躲析為進(jìn)坡一步孝掌握致試件琴的受天力特畝征，鞭根據(jù)蛇試件出幾何蟻尺寸日建立暑有限距元模夕型試廢件的蒼應(yīng)力休分布立情況功如下頌圖所誼示。節(jié)點(diǎn)牢板側(cè)帖垂直歡于連赴接焊奸縫的貓應(yīng)力微分量拱肋靠壁側(cè)裝垂直果于連北接焊汗縫的賢應(yīng)力趕分量3板物管刪節(jié)畫點(diǎn)怎?？倓谌鲈噮球?yàn)分鴨別時(shí)取蕩靜攏載窮試庸驗(yàn)?zāi)z測(cè)德點(diǎn)嫌的煌豎揚(yáng)向僵應(yīng)牢力程分棟量忠和嘩垂神直通于慢連魂接自焊真縫填的跟應(yīng)楊力秒分值量梢與柱圖貫中謎測(cè)亞點(diǎn)倍計(jì)望算嗚值業(yè)進(jìn)臟行鞋對(duì)路比壩，蘿可遇知滔節(jié)枝點(diǎn)但板吊側(cè)廈的遞計(jì)巴算喪值星與己實(shí)改測(cè)跌值封具害有曬較項(xiàng)好以一曠致尸性腸，繭拱殘肋刮壁憤側(cè)談的平測(cè)進(jìn)點(diǎn)悶應(yīng)緩力致值喊與腳計(jì)仰算釣略捧有親差候異禾，匙但摩分癥布扣規(guī)墨律粒基腔本御一際致唇。蝦最訪大腰應(yīng)槳力媽出居現(xiàn)輪在型節(jié)膛點(diǎn)肅板胃與移拱挑壁揉連卸接遣焊搶縫都端疾頭龍（辨大葉交堡角薄處覺）倉以逢及英連逃接拿焊義縫絮的揪拱借肋鑄壁悟側(cè)睜，向這逆兩著處刃為曠疲嬌勞媽試敵驗(yàn)繁的差可獻(xiàn)能貍破田壞姜位帳置關(guān)。3板興管靈節(jié)否點(diǎn)固疲互勞唉試擔(dān)驗(yàn)3居.糾3疲勞碧試驗(yàn)本餡次歐共孝進(jìn)揀行叢了4個(gè)水模畝型餓試榨件愿的嘆疲奔勞委試齒驗(yàn)虎，旁分賠別沈按件復(fù)杯合歸應(yīng)煌力煙法觸和牛簡(jiǎn)值單薪應(yīng)丹立艦法虧進(jìn)駕行桃試馬驗(yàn)破數(shù)育據(jù)勿的喂處剖理填分筐析柄。崖前3個(gè)尺模皺型歸試夏件然的悼試勞驗(yàn)虛結(jié)爸果濱見膽下首表?xiàng)?，G熔-馳4試件濤在10顏-5兩50緒kN荷盒載靈下閉疲秒勞艘循咐環(huán)改至37鵝37歪68運(yùn)1次掙時(shí)真僅奸發(fā)首生疏微紛小宗裂件紋票，幕提鳳高毯荷構(gòu)載剪至1拋0劈燕-鳳8昏3坊0養(yǎng)k湯N繼續(xù)姜試驗(yàn)吵，又側(cè)循環(huán)36略05捉96（孔等討效1譯0驢-夾5車5景0靠k免N荷易載宿為5攝2摧6被4準(zhǔn)4徐7接9）拌次酬裂阿紋綱擴(kuò)雖展樹到中與野其博它腰試城件茂大穿致蒸相牧同宮的伙長覆度腫。各堡試泊件巧疲蒸勞閑試代驗(yàn)珍均訪在雖連呢接索焊丈縫省和游節(jié)移點(diǎn)幼板掛下治側(cè)認(rèn)端佩頭易發(fā)井生蛙破孟壞幟，倒破饅壞踩方汽式覆與唯有古限出元疤計(jì)賭算墻的叛結(jié)盼果奸是訴一姿致警的凱。4根禾試照件勇中丸有2根是鞋從中寒部弦項(xiàng)管側(cè)幫焊趾撇首先抱起裂介，2根從崗焊縫耳下端伍頭起旁裂，拘表明筆兩部樓位率災(zāi)先起邁裂的仁概率桃大體層相同峰。3板偽管運(yùn)節(jié)載點(diǎn)題疲樂勞勢(shì)試戒驗(yàn)疲勞言試驗(yàn)超結(jié)果店數(shù)據(jù)講統(tǒng)計(jì)試件編號(hào)加載噸位（kN）頻率（Hz）應(yīng)力幅（MPa）循環(huán)次數(shù)疲勞破壞描述正-剪復(fù)合應(yīng)力法簡(jiǎn)化軸應(yīng)力法G-110-9303.0162.6209.1279820西側(cè)外連接焊縫下焊趾處裂紋長約；西側(cè)節(jié)點(diǎn)板母材起弧處穿透板厚裂紋。G-210-6703.0116.7150.0825486東側(cè)外連接焊縫下焊趾處裂紋長約；東側(cè)節(jié)點(diǎn)板母材起弧處穿透板厚裂紋。G-310-5803.5100.8129.51490551東側(cè)外連接焊縫下焊趾處裂紋長約；東側(cè)節(jié)點(diǎn)板母材起弧處穿透板厚裂紋。3板塞管御節(jié)腐點(diǎn)約疲挪勞托試泉驗(yàn)⑴落復(fù)滾合輩應(yīng)行力腸法lg源N=秤13盜.0哀86澇-3抹.4梅51謎lg曾σ，σ遣0克(灰21計(jì)06)比=氣9揭1培.翻6撈(跪M唉P惡a拘)相關(guān)提系數(shù)γ借=枯-搬0山.縫9植9橫9，均澡方差S稿=稀0慨.貫0皂2宴7，取97榜.7鉤%保證跪率，鼠即減短去兩御個(gè)標(biāo)至準(zhǔn)差騰，得丸回歸息曲線宣下限稍為：l累g瞧N看=房誠1丑3偵.維0顆3群2蝴-井3荷.鴿4條5洋1煤l柴g朽σ，σ徑0觸(否2106)飽=侄8墓8舍.披4竿(弱M各P親a集)（1)⑵簡(jiǎn)布化應(yīng)掉力法lg蕩N=查13咐.4筒49容-3吳.4膀51穿lg灶σ，σ0當(dāng)(融210確)燥=1丹17汗.8虹(M宜Pa產(chǎn))相義關(guān)吳系月數(shù)γ盲=佳-斜0密.狐9幫9蜘9，均牌方差S=劃0.盼02掉7，取97虹.7培%保刺證素率詳，羽得酷回資歸據(jù)曲剩線靠下君限南為修：l情g劑N收=拔1知3撞.生3多9紋5擠-悔3薦.船4足5強(qiáng)1碗l儉g天σ，σ紡0逮(階21箭0趙