趙志楊

摘 要 鋼結(jié)構(gòu)作為目前橋梁設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)，在保障橋梁承載力，維護(hù)橋梁安全性上有著重要作用?？蛊谠O(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計中的重要一環(huán)，一旦出現(xiàn)問題，就會增加鋼結(jié)構(gòu)病害出現(xiàn)概率，不利于橋梁的安全運行。文章將對鋼結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞 鋼結(jié)構(gòu)橋梁;抗疲勞設(shè)計;安全運行

我國針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁有明確的規(guī)定要求，目的在于增強橋梁的穩(wěn)定性、安全性，減少危險事故的發(fā)生。不過在鋼結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計中，由于考慮不全面，設(shè)計質(zhì)量不高，對鋼結(jié)構(gòu)橋梁帶來了較多的不利影響，需加大研究力度，增大橋梁安全系數(shù)。

1鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞性能產(chǎn)生影響的因素

（1）材料特點影響。鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)中，材料性能的變化會使鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞性發(fā)生較大變革，進(jìn)而降低橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，發(fā)生危險事故。鋼結(jié)構(gòu)橋梁材料性能及構(gòu)件尺寸都是影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞性的關(guān)鍵要素。在具體設(shè)計中，如果材料自身存在裂紋，在使用中，會因為壓力荷載的增加，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)自身出現(xiàn)問題，且隨著裂紋的增加，疲勞性也會加劇，在超出規(guī)定范圍后，鋼結(jié)構(gòu)自身強度會降低，進(jìn)而降低橋梁質(zhì)量。在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計中，不是材料性能越好，結(jié)構(gòu)強度越高，疲勞裂縫越少，而是需要根據(jù)總體要求，對結(jié)構(gòu)展開科學(xué)布設(shè)，注重應(yīng)力均衡性[1]。

（2）內(nèi)部因素影響。內(nèi)部因素對鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞設(shè)計的影響集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接方式的轉(zhuǎn)變、細(xì)節(jié)處理這幾方面上，這些環(huán)節(jié)作業(yè)中，會存在外力影響狀態(tài)，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生改變，影響疲勞設(shè)計的整體效果。

（3）外部因素影響。外部因素帶來的影響相對較多，鋼結(jié)構(gòu)橋梁屬于室外施工作業(yè)，會受到溫度變化、環(huán)境氣候的影響，使鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞值出現(xiàn)不同變化，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量。另外，工程建設(shè)中振動和外界荷載的增加，也會對鋼結(jié)構(gòu)橋梁的疲勞度造成影響，導(dǎo)致設(shè)計范圍與實際情況不符，應(yīng)力變動不均，增加橋梁的危險性。

2鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞設(shè)計方法

（1）無限壽命設(shè)計。無限壽命設(shè)計中要求橋涵設(shè)計的應(yīng)力變化值在鋼結(jié)構(gòu)橋梁的抗疲勞值范圍內(nèi)。為達(dá)到無限壽命設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計人員要對變度循環(huán)的應(yīng)力變化情況加以控制，確定其在疲勞強度的規(guī)定范圍內(nèi)，并對結(jié)構(gòu)形態(tài)予以完善，以延長鋼結(jié)構(gòu)橋梁的使用時間。

（2）安全壽命設(shè)計。安全壽命設(shè)計要求在鋼結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計中，對橋涵中水含量情況、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理情況、結(jié)構(gòu)荷載及裂縫問題實行詳細(xì)研究和了解，注重設(shè)計的合理性。具體來說，橋涵結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡可能避免水的出現(xiàn)，一旦含水量增多，會增加橋涵疲勞損耗系數(shù)，降低結(jié)構(gòu)強度。細(xì)節(jié)處理的目的是為在限定范圍內(nèi)，通過疲勞壽命曲線的分析，控制細(xì)小部位變化帶來的影響，維護(hù)結(jié)構(gòu)安全性。

而結(jié)合荷載的分析及裂縫問題的把控，要求從不同方面對鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞損傷情況加以測定，在損傷理論及運營時間的幫助下，計算準(zhǔn)確的疲勞損傷程度，根據(jù)應(yīng)變-疲勞曲線來確定與設(shè)計安全壽命，從而明確最佳的設(shè)計方案，也可以借助應(yīng)變-疲勞曲線，確定前者是開展名義壽命的設(shè)計，很多情況下都是應(yīng)用到高周疲勞中，而后者是進(jìn)行局部應(yīng)力應(yīng)變法，很多情況下都是實行地震等偶然載荷的計算。

（3）損傷容限設(shè)計。損傷容限設(shè)計，是借助斷裂力學(xué)原理對可探測裂紋的相關(guān)數(shù)據(jù)加以計算的方式，計算所得的相關(guān)參數(shù)可判斷結(jié)構(gòu)的實際情況及可能存在的危險，采取有效措施加以控制，維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全性。

在可探測裂紋的計算中，需要明確一次應(yīng)力循環(huán)開展量和應(yīng)力循環(huán)的相關(guān)參數(shù)，再結(jié)合與材料相關(guān)的常數(shù)，計算可探測裂紋的情況，估算裂縫可能帶來的結(jié)構(gòu)問題，利用試驗的方式展開科學(xué)調(diào)整，避免裂紋的再次產(chǎn)生。

該方法目前在計算和評價鋼筋舊橋疲勞壽命上起到顯著效果。需注意的是，在預(yù)測檢測間隔過程中，應(yīng)考慮到漏檢情況，要求漏檢長度在可探測裂紋的0.5倍左右;檢測方法需根據(jù)實際情況科學(xué)選擇，確定表面裂縫的最小長度。

3鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞設(shè)計關(guān)鍵點

（1）疲勞荷載值的確定。與鐵路橋梁設(shè)計不同，鋼結(jié)構(gòu)橋梁的通車輛、車輛種類、車間距等都存在明顯的差異，難以對其實行科學(xué)把控。在設(shè)計中，為加強鋼結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計的準(zhǔn)確性，需將產(chǎn)生的疲勞損傷轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計算抗疲勞值。這里值得注意的是，必須保證疲勞車軸重量是相同的。線長度局部計算要以標(biāo)準(zhǔn)軸重荷載為根據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)軸重荷載為標(biāo)準(zhǔn)疲勞車軸重載荷的1.1倍。

（2）驗算位置規(guī)劃。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的驗算位置集中在敏感點和細(xì)節(jié)部位上，如果是桿結(jié)構(gòu)橋梁，驗算位置會相對較多，每個節(jié)點、焊縫趾都要被當(dāng)作驗算位置，開展疲勞驗算工作。在鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞驗算中，焊接縫、倒角位置、沖孔、剪開邊等位置應(yīng)重點把控，獲取準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)。

（3）加載次數(shù)設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞設(shè)計中疲勞應(yīng)力計算是非常必要的，疲勞應(yīng)力會受到加載次數(shù)、軸間距等的影響而發(fā)生變化，所以在實際處理中，要結(jié)合構(gòu)件性能、結(jié)構(gòu)屬性加以科學(xué)規(guī)劃，尤其要確定加載次數(shù)，注重應(yīng)力平衡性。設(shè)計中一個軸重被當(dāng)作是一次加載，之后在效應(yīng)相等原則下，將其轉(zhuǎn)化成代數(shù)形式，用于設(shè)計計算。

（4）構(gòu)件要求。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計方案和筆者經(jīng)驗總結(jié)，可將鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計中，構(gòu)件的各項要求概括為以下兩方面：一是對于存在拉伸和彎曲的鋼構(gòu)件，設(shè)置一些長且圓的過渡性鋼構(gòu)件，注重連接效果，控制構(gòu)件剛度的變化;二是做好焊接處理，增強接焊縫設(shè)置的合理性，減少構(gòu)件變形、破損等問題的發(fā)生。焊接完成后，按照規(guī)定要求做好構(gòu)件處理，延長使用壽命。構(gòu)件的相關(guān)設(shè)計規(guī)范必須嚴(yán)格遵照現(xiàn)有的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求加以把控，改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的質(zhì)量。

（5）復(fù)雜應(yīng)力下的疲勞驗算。單向應(yīng)力下，鋼結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的疲勞強度會受到疲勞應(yīng)力的影響而發(fā)生變化，這時為了改進(jìn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件質(zhì)量，需對疲勞容許應(yīng)力進(jìn)行科學(xué)把控，以維護(hù)單向應(yīng)力下結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的安全性。但如果在單向應(yīng)力基礎(chǔ)上，存在多向應(yīng)力情況，為了提高抗彎和抗剪能力，則需使用下面公式展開疲勞驗算。公示內(nèi)容為：

4結(jié)束語

綜上，鋼結(jié)構(gòu)橋梁抗疲勞設(shè)計中需要考慮的內(nèi)容較多，如果設(shè)計存在問題，就會威脅鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全性，故而必須高度重視，做好加載次數(shù)設(shè)計，規(guī)范構(gòu)件要求，且開展復(fù)雜應(yīng)力下的疲勞驗算，以此增強設(shè)計工作的準(zhǔn)確性，延長橋梁的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 宣秀珍.公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的抗疲勞設(shè)計研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（26）：87-88.