吉伯海，朱 偉，傅中秋，陳雄飛，徐 翚

(1.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司，江蘇 江陰 214500；3.江蘇省交通運(yùn)輸廳 工程質(zhì)量監(jiān)督局，江蘇 南京 210001)

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正交異性鋼橋面板U肋對(duì)接焊縫疲勞壽命評(píng)估

吉伯海1，朱 偉1，傅中秋1，陳雄飛2，徐 翚3

(1.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司，江蘇 江陰 214500；3.江蘇省交通運(yùn)輸廳 工程質(zhì)量監(jiān)督局，江蘇 南京 210001)

基于江陰長(zhǎng)江大橋U肋對(duì)接焊縫實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)，結(jié)合雨流計(jì)數(shù)法以及BS5400規(guī)范，對(duì)江陰長(zhǎng)江大橋正交異性鋼橋面板U肋對(duì)接焊縫疲勞壽命進(jìn)行了研究。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載模型以及車流仿真模擬，獲得移動(dòng)車輛荷載作用下焊縫處的應(yīng)力變化，進(jìn)行了損傷度計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算與實(shí)測(cè)分析結(jié)果作了詳細(xì)對(duì)比。實(shí)測(cè)結(jié)果表明：慢車道與快車道應(yīng)力幅分別為70與110 MPa，均超過(guò)了該部位的疲勞極限值，隨著疲勞損傷累計(jì)可能發(fā)生破壞。計(jì)算結(jié)果顯示車輛經(jīng)過(guò)橋面時(shí)焊縫處產(chǎn)生了較大的應(yīng)力幅，但以損傷累計(jì)以低循環(huán)累計(jì)為主。慢車道U肋對(duì)接焊縫處疲勞壽命低于大橋設(shè)計(jì)壽命，應(yīng)當(dāng)及時(shí)給予關(guān)注。

橋梁工程；U肋；對(duì)接焊縫；應(yīng)變；疲勞壽命

大跨度鋼箱梁橋在日常車流荷載作用下，縱肋受到扭轉(zhuǎn)和彎曲綜合作用[1]。在主梁體系效應(yīng)的影響下，縱肋處于受壓狀態(tài)，局部區(qū)域內(nèi)縱肋受拉，而隨著車輛荷載的移動(dòng)橋梁總是伴隨著整體與局部的交互作用，因此鋼箱梁縱肋容易處于拉壓循環(huán)的應(yīng)力狀態(tài)。同時(shí)由于設(shè)計(jì)施工時(shí)縱肋對(duì)中存在偏差或者焊接質(zhì)量不能得到保證，使得在縱肋對(duì)接焊縫處常易發(fā)生疲勞損傷。據(jù)日本鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)對(duì)日本阪神高速公路和首都高速公路鋼橋面板的鋼橋疲勞裂紋統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，縱肋對(duì)接焊縫處疲勞裂紋大量存在，是4個(gè)易疲勞敏感部位之一[2]。所以有必要對(duì)在役鋼箱梁梁橋縱肋對(duì)接焊縫進(jìn)行疲勞損傷評(píng)估。

現(xiàn)階段針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞評(píng)估的方法主要有兩類：一類是通過(guò)安裝疲勞壽命計(jì)[3]測(cè)量其疲勞壽命，但是，疲勞壽命計(jì)成本較高并且只有航空領(lǐng)域內(nèi)才有相關(guān)應(yīng)用，適用于量測(cè)橋梁疲勞壽命的壽命計(jì)還處于研究之中；另一類是通過(guò)獲取構(gòu)件的應(yīng)力譜[4]，根據(jù)疲勞損傷相關(guān)理論如Miner準(zhǔn)則以及相對(duì)Miner準(zhǔn)則等，基于疲勞強(qiáng)度曲線對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞損傷狀態(tài)評(píng)估。在以往的研究中，計(jì)算機(jī)仿真是獲取應(yīng)力譜的主要途徑之一，即建立標(biāo)準(zhǔn)疲勞車并利用有限元時(shí)程分析技術(shù)得到橋梁構(gòu)造細(xì)節(jié)的應(yīng)力時(shí)程，從而實(shí)現(xiàn)疲勞損傷的相關(guān)計(jì)算。隨著橋梁動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，可以在橋上根據(jù)需要布設(shè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，直接獲取結(jié)構(gòu)某些部位的應(yīng)力時(shí)程，由此得到的應(yīng)力譜相對(duì)于有限元計(jì)算更為精確。近年來(lái)，雖然國(guó)內(nèi)大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用[5]，但是健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)側(cè)重于橋梁整體結(jié)構(gòu)安全，局部細(xì)節(jié)疲勞問(wèn)題針對(duì)性不強(qiáng)。

筆者針對(duì)江陰長(zhǎng)江大橋，利用實(shí)橋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)U肋對(duì)接焊縫部位進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)變監(jiān)測(cè)，得到較為準(zhǔn)確的應(yīng)變時(shí)程曲線。同時(shí)利用有限元軟件對(duì)大橋進(jìn)行疲勞損傷分析，結(jié)合Miner線性累積損傷理論計(jì)算出江陰長(zhǎng)江大橋在車輛荷載作用下的疲勞損傷程度，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作了詳細(xì)的對(duì)比。

1 實(shí)橋疲勞應(yīng)力測(cè)試

1.1 測(cè)試方法

根據(jù)曾志斌[6]，曾勇，等[7]的研究結(jié)論，在役大跨度懸索橋鋼橋面板U肋對(duì)接焊縫也是疲勞損傷重點(diǎn)關(guān)注部位之一。U肋在橋面系中主要起到縱梁的作用，受力關(guān)鍵，嵌補(bǔ)段對(duì)接焊一般為仰位焊，焊接質(zhì)量不易保證，而且殘余應(yīng)力的存在導(dǎo)致對(duì)接焊縫處的應(yīng)力分布復(fù)雜，因此容易產(chǎn)生疲勞損傷。根據(jù)江陰長(zhǎng)江大橋?qū)崢蛄鸭y檢測(cè)結(jié)果，U肋嵌補(bǔ)段對(duì)接焊縫處已發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，所以有必要對(duì)U肋對(duì)接焊縫的疲勞損傷進(jìn)行評(píng)估。筆者在江陰長(zhǎng)江大橋1/8跨截面處，分別對(duì)位于快車道和慢車道的兩根U肋，進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)。具體測(cè)點(diǎn)布置如圖1。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置示意

1.2 應(yīng)力譜分析

周太全，等[8]指出：在正常的天氣狀態(tài)下，橋梁結(jié)構(gòu)每天的應(yīng)變時(shí)程具有相似性，應(yīng)變時(shí)程曲線形狀和循環(huán)次數(shù)大致相同，因此對(duì)一段時(shí)間內(nèi)(24 h)的應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、分析得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣本是可行的。筆者在沒(méi)有中斷交通情況下，使用DASP數(shù)據(jù)自動(dòng)采集處理系統(tǒng)對(duì)江陰長(zhǎng)江大橋U肋對(duì)接焊縫進(jìn)行連續(xù)24 h的動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集。

橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷與應(yīng)力幅大小有關(guān)，而應(yīng)力幅主要是由車輛荷載引起的。實(shí)測(cè)過(guò)程中，由于受到風(fēng)荷載、溫度荷載以及各種車輛耦合的干擾，會(huì)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)造成一定的誤差。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，需對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行中間數(shù)據(jù)，小應(yīng)力范圍和不正常數(shù)據(jù)的過(guò)濾。筆者采用了DASP系統(tǒng)自帶軟件進(jìn)行了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的濾波處理。由于24 h應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)量太大，因此現(xiàn)僅提取同一時(shí)段若干測(cè)點(diǎn)的實(shí)橋應(yīng)變時(shí)程曲線，進(jìn)行詳細(xì)的疲勞應(yīng)力分析。圖2為S1測(cè)點(diǎn)以及S9測(cè)點(diǎn)同一時(shí)段的1 h的應(yīng)變時(shí)程曲線。

圖2 部分測(cè)點(diǎn)1 h應(yīng)變時(shí)程曲線

從圖2中實(shí)測(cè)應(yīng)變時(shí)程曲線可以得出，重車道測(cè)點(diǎn)S9與快車道測(cè)點(diǎn)S1最大拉應(yīng)變以及壓應(yīng)變均位于150 με以內(nèi)。由于多軸車經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)應(yīng)力峰值，而慢車道車輛以多軸車為主，因此慢車道測(cè)點(diǎn)S9應(yīng)變波峰數(shù)明顯高于快車道S1。從整個(gè)24 h的應(yīng)變時(shí)程曲線來(lái)看，慢車道U肋對(duì)接焊縫處的應(yīng)變值基本位于200 με以內(nèi)，瞬時(shí)應(yīng)變最大可達(dá)到350 με；快車道U肋對(duì)接焊縫處應(yīng)變值基本位于185 με以內(nèi)，瞬時(shí)應(yīng)變最大可達(dá)到300 με，慢車道應(yīng)變水平高于快車道。對(duì)比兩車道應(yīng)力波峰密度，發(fā)現(xiàn)慢車道應(yīng)變峰值密度與快車道具有顯著差異，由此導(dǎo)致U肋對(duì)接焊縫處應(yīng)力循環(huán)數(shù)也將不同。這也是慢車道疲勞問(wèn)題較快車道嚴(yán)重的根本原因。

為進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估，首先將應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)乘以構(gòu)件的彈性模量得到各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程數(shù)據(jù)，并將應(yīng)力時(shí)程數(shù)據(jù)按照雨流計(jì)數(shù)原理處理，得到各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力幅變化情況，表1列舉了部分雨流計(jì)數(shù)法處理結(jié)果；然后依據(jù)J．R．Cuninghame[9]的報(bào)告、英國(guó)規(guī)范BS5400[10]以及王春生，等[11]的結(jié)論，確定所監(jiān)測(cè)的構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞抗力等級(jí)，選擇可接受的失效概率，得到構(gòu)造細(xì)節(jié)的S-N曲線；最后按照Miner法則計(jì)算構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞壽命。

表1 部分測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)

從表1中可以得出，快車道的最大應(yīng)變幅為70 MPa，慢車道的最大應(yīng)變幅為110 MPa。根據(jù)英國(guó)規(guī)范BS 5400關(guān)于鋼橋焊接細(xì)節(jié)的分類，U肋對(duì)接焊縫疲勞極限值為25 MPa。因此，兩車道U肋對(duì)接焊縫處最大應(yīng)力幅值均已超過(guò)了該細(xì)節(jié)疲勞損傷極限值，在車輛荷載的累積作用下，該部位易發(fā)生疲勞破壞。同一應(yīng)力幅值條件下慢車道應(yīng)力循環(huán)次數(shù)明顯高于快車道，其中以2～3 MPa應(yīng)力幅最為明顯，快車道最低僅為慢車道的0.77%。隨著應(yīng)力幅的增加，應(yīng)力循環(huán)呈下降趨勢(shì)，其中0～25 MPa的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)占總應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的90%以上，因此U肋對(duì)接焊縫處疲勞損傷累計(jì)主要以低于其疲勞極限值的低應(yīng)力循環(huán)為主。

1.3 損傷度計(jì)算

由于BS 5400規(guī)范針對(duì)鋼箱梁的構(gòu)造細(xì)節(jié)分類并不明確，因此英國(guó)交通研究試驗(yàn)室對(duì)正交異性橋面板的各種焊接結(jié)點(diǎn)進(jìn)行了多年的、大量的試驗(yàn)，并給出了相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)。但考慮到國(guó)內(nèi)外鋼箱梁U肋對(duì)接處焊接水平的差異，因此，筆者在參照國(guó)內(nèi)許多專家以及學(xué)者的研究后，同時(shí)結(jié)合以上三方面影響因素最終確定江陰長(zhǎng)江大橋U肋對(duì)接焊縫抗疲勞等級(jí)為W是比較合適的。BS 5400規(guī)范中σr-N(S-N)的關(guān)系為：

(1)

式中：N是構(gòu)件在應(yīng)力幅σr作用下發(fā)生破壞所需要的次數(shù)；參數(shù)K0，Δ，m可根據(jù)規(guī)范中各構(gòu)造細(xì)部的疲勞抗力等級(jí)得到，W級(jí)各參數(shù)如下：K0=0.37×1012，Δ=0.654，m=3.0；d為概率因子，不同的取值對(duì)應(yīng)于不同的失效概率，當(dāng)d=0，失效概率為50%，當(dāng)d=2，失效概率為2.3%。

筆者根據(jù)2.3%的失效概率對(duì)應(yīng)的S-N曲線計(jì)算各構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞壽命值。對(duì)于低于疲勞極限σ0的σr，根據(jù)BS 5400規(guī)范中“低值應(yīng)力循環(huán)的處理”方法，按式(2)處理，當(dāng)疲勞抗力等級(jí)為W級(jí)時(shí)σ0=25 MPa：

(2)

根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的疲勞應(yīng)力譜，可以計(jì)算得出相應(yīng)的疲勞損傷度，如表2。

表2 實(shí)測(cè)疲勞損傷度

2 疲勞應(yīng)力模擬分析

2.1 有限元模型建立

由于江陰橋現(xiàn)場(chǎng)交通流量大，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不能反映各軸重車輛分別對(duì)U肋對(duì)接焊縫的疲勞損傷貢獻(xiàn)，因此為了更加精確地進(jìn)行疲勞分析，筆者通過(guò)江陰長(zhǎng)江大橋設(shè)計(jì)圖紙，利用有限元軟件ANSYS建立鋼箱梁局部精細(xì)化模型，如圖3。

圖3 江陰橋有限元模型

圖3(a)中，模型長(zhǎng)12.8 m、寬3.2 m，橫隔板間距3.2 m，頂板厚12 mm，底板厚10 mm，U形加勁肋厚6 mm，橫隔板厚為12 mm，該模型采用shell63彈性殼單元。在單元?jiǎng)澐謺r(shí)，將U肋對(duì)接焊縫有效區(qū)域內(nèi)進(jìn)行局部細(xì)化，如圖3(b)，以提高U肋對(duì)接焊縫處應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確性。計(jì)算完成后提取C1，C2以及C3節(jié)點(diǎn)應(yīng)力。

2.2 疲勞應(yīng)力分析

根據(jù)呂磊，等[12]的論述，選取的江陰長(zhǎng)江大橋車輛荷載模型如圖4。依據(jù)泊松分布原理的斷面發(fā)車模型，進(jìn)行了時(shí)長(zhǎng)為1 h的交通流隨機(jī)模擬。

圖4 江陰長(zhǎng)江大橋車輛荷載模型

在進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，考慮到鋼橋面板的應(yīng)力受車輛荷載影響的范圍無(wú)論橫向還是縱向都很短，同車道或不同車道的多車輛行駛不會(huì)對(duì)某一部位的應(yīng)力幅產(chǎn)生顯著的疊加效應(yīng)，故鋼橋面板的疲勞驗(yàn)算可不考慮多車效應(yīng)，只需考慮單輛車行駛時(shí)軸重對(duì)鋼箱梁損傷的貢獻(xiàn)[13]?；谏鲜鲕囕v荷載模型，得出標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載作用下U肋對(duì)接焊縫處各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力在X方向(順橋向)的應(yīng)力變化情況。應(yīng)力變化如圖5。

圖5 車輛荷載作用下各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化

從圖5中各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力變化曲線可以得出，當(dāng)車輛各軸分別經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)C1，C2以及C3時(shí)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力迅速增加，當(dāng)車軸偏離測(cè)點(diǎn)時(shí)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力迅速下降，因此多軸車經(jīng)過(guò)時(shí)都會(huì)引起與其車軸數(shù)量相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力峰值。根據(jù)實(shí)橋現(xiàn)場(chǎng)車流統(tǒng)計(jì)，實(shí)橋多以2軸車為主，因此現(xiàn)對(duì)2軸車進(jìn)行詳細(xì)的疲勞應(yīng)力分析。當(dāng)2軸車前軸經(jīng)過(guò)待測(cè)位置正上方的橋面板時(shí)，C1測(cè)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力為13.7 MPa，C2測(cè)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力為12.8 MPa，C3測(cè)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力為13.7 MPa，各測(cè)點(diǎn)最大壓應(yīng)力為10.2 MPa；后軸經(jīng)過(guò)時(shí)，C1測(cè)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力20.5 MPa，C2測(cè)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力為18.8 MPa，C3測(cè)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力為20.5 MPa，各測(cè)點(diǎn)最大壓應(yīng)力為18.3 MPa。應(yīng)力幅是影響疲勞的關(guān)鍵因素，當(dāng)2軸車經(jīng)過(guò)時(shí)，U肋對(duì)接焊縫處產(chǎn)生的最大應(yīng)力幅為39 MPa，但高于25 MPa的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)僅占總應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的25%。3，4，5以及6軸車經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的最大應(yīng)力幅分別為98，118，119，134 MPa，應(yīng)力循環(huán)情況與2軸車類似。因此雖然各軸重車輛所引起的應(yīng)力幅均高于U肋對(duì)接焊縫處抗疲等級(jí)，但高應(yīng)力幅循環(huán)所占比例較小，以低應(yīng)力幅循環(huán)為主。

2.3 損傷度計(jì)算

為了更加直觀的分析鋼箱梁各測(cè)點(diǎn)的1 h的應(yīng)力譜差異，以及與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較，筆者根據(jù)上述疲勞應(yīng)力分析結(jié)果以及1 h車流仿真，結(jié)合Miner線性累積損傷理論，計(jì)算出U肋對(duì)接焊縫處各測(cè)點(diǎn)的1 h損傷度。表3為有限元計(jì)算得到的各測(cè)點(diǎn)損傷度。

表3 有限元計(jì)算疲勞的損傷度

3 疲勞壽命分析

為方便分析各測(cè)點(diǎn)疲勞性能、安全狀況，將上述得到的損傷度轉(zhuǎn)化為疲勞壽命，兩種方法所計(jì)算得到的各測(cè)點(diǎn)，疲勞壽命變化趨勢(shì)如圖6。由于在有限元分析時(shí)假定車輛不變換車道，因此在荷載移動(dòng)過(guò)程中將待分析U肋始終處于最不利位置，但實(shí)橋車輪荷載作用位置往往處于隨機(jī)變化之中，因此有限元計(jì)算結(jié)果偏于保守。

圖6 實(shí)測(cè)與有限元疲勞壽命變化曲線

從圖6中可以得出，雖然實(shí)測(cè)與有限元壽命計(jì)算結(jié)果有所差別，但變化規(guī)律基本一致。下面就此進(jìn)行詳細(xì)的疲勞壽命分析。

通常在進(jìn)行壽命評(píng)估時(shí)，只要大橋在設(shè)計(jì)年限內(nèi)不發(fā)生疲勞失效就認(rèn)為時(shí)安全的。因此，目前需要及時(shí)給予關(guān)注的是那些在服役期內(nèi)可能發(fā)生疲勞失效的細(xì)節(jié)部位。對(duì)比圖6中的兩條疲勞壽命變化曲線，雖然實(shí)測(cè)與有限元計(jì)算得出的疲勞壽命存在差異但是總體變化規(guī)律相同。規(guī)律總結(jié)如下：

1)慢車道疲勞壽命明顯低于快車道，實(shí)測(cè)結(jié)果表明慢車道各測(cè)點(diǎn)疲勞壽命僅為快車道的4.6%～9.9%，有限元計(jì)算結(jié)果為18.4%～23.7%；

2)同一焊縫不同測(cè)點(diǎn)疲勞壽命值變異性較大，其中以快車道表現(xiàn)最為明顯；

3)實(shí)測(cè)與有限元均表明慢車道各測(cè)點(diǎn)疲勞壽命低于大橋設(shè)計(jì)壽命，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示慢車道U肋對(duì)接焊縫處的疲勞壽命只有大橋設(shè)計(jì)壽命的20%～53%，有限元結(jié)果顯示為23%～36%，因此位于慢車道的U肋對(duì)接焊縫是需要重點(diǎn)關(guān)注的部位之一。

4 結(jié) 論

1)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，快車道瞬時(shí)最大應(yīng)變?yōu)?00 με，慢車道瞬時(shí)最大應(yīng)變?yōu)?50 με；慢車道最大應(yīng)力幅為110 MPa，快車道最大應(yīng)力幅為70 MPa，均超過(guò)了該部位的疲勞極限值；隨著疲勞損傷的累計(jì)均可能發(fā)生破壞。

2)計(jì)算表明，車輛軸重越大所產(chǎn)生的應(yīng)力幅越大，雖然各軸重車輛所引起的最大應(yīng)力幅均高于U肋對(duì)接焊縫處疲勞極限值，但高應(yīng)力幅循環(huán)所占比例較小，以低應(yīng)力幅循環(huán)為主。

3)目前交通流量情況下，在大橋設(shè)計(jì)年限內(nèi)，慢車道U肋對(duì)接焊縫易發(fā)生疲勞破壞，快車道不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。實(shí)測(cè)與有限元計(jì)算結(jié)果均表明，慢車道U肋對(duì)接焊縫處疲勞壽命低于大橋設(shè)計(jì)壽命，快車道U肋對(duì)接焊縫疲勞壽命高于大橋設(shè)計(jì)壽命。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示慢車道U肋對(duì)接焊縫處的疲勞壽命只有大橋設(shè)計(jì)壽命的20%～53%，有限元結(jié)果為23%～36%，需要重點(diǎn)關(guān)注。

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Fatigue Life Evaluation of U-Rib Butt Weld of the Orthotropic Steel Bridge

Ji Bohai1, Zhu Wei1, Fu Zhongqiu1, Chen Xiongfei2, Xu Hui3

(1. College of Civil & Transportation Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu, China;2. Jiangsu Yangtze Bridge Co. Ltd., Jiangyin 214500, Jiangsu, China; 3. Traffic Engineering Quality Supervision Bureau, Jiangsu Communications Department, Nanjing 210001, Jiangsu, China)

The fatigue life of U-rib butt weld of orthotropic steel bridge deck of Jiangyin Yangtze River Highway Bridge was researched, which was based on real-time monitoring of dynamic strain of U-rib butt weld on the Jiangyin Yangtze River Highway Bridge, with the consideration of the rain-flow counting method and BS5400 specification. The stress variation of U-rib butt weld with the load of moving vehicle was obtained by using the fatigue-loaded vehicle model and the traffic flow simulation. The fatigue damage degree was calculated, and the calculation results were compared with the measured ones in detail. The measured results show that the maximum stress amplitude of the slow traffic lane and the fast traffic lane both exceed the fatigue limit of U-rib, which is 70 and 110 MPa respectively, which may cause failure with the accumulation of the fatigue damage. The FEM result shows that although large stress amplitude is produced when the vehicle passes through the bridge, the damage accumulation is mainly in low cycle. The fatigue life of the U-rib which locates on the slow lane is lower than that of the designed bridge life. So it is important to pay attention to the U-ribs of the slow lane.

bridge engineering; U-rib; butt weld; strain; fatigue life

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.01.04

2013-11-22；

2014-02-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278166)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20120094110009)；江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2011Y09-1，2012Y12)

吉伯海(1966—)，男，江蘇揚(yáng)州人，教授，博士，主要從事鋼橋維護(hù)方面的研究。E-mail:hhbhji@163.com。

U443.32

A

1674-0696(2015)01-016-06