摘要：為研究車輛沖擊效應(yīng)對鋼橋面板疲勞評估的影響，建立連續(xù)鋼箱梁橋節(jié)段有限元模型，采用連霍（連云港至霍爾果斯）高速公路7 d的動(dòng)態(tài)稱重（Weigh-in-Motion，WIM）數(shù)據(jù)開展典型細(xì)節(jié)疲勞評估，分析沖擊系數(shù)對疲勞損傷評估結(jié)果的影響規(guī)律，并對現(xiàn)行規(guī)范的沖擊系數(shù)適用性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，車輛沖擊效應(yīng)對鋼橋面板疲勞評估結(jié)果影響顯著，不同細(xì)節(jié)的沖擊效應(yīng)存在明顯差異，其中縱肋-面板連接細(xì)節(jié)沖擊效應(yīng)影響最大、縱肋拼接細(xì)節(jié)最小；橋面鋪裝狀況對鋼橋面板沖擊效應(yīng)影響較大，鋪裝狀況“次”時(shí)鋼橋面板疲勞評估結(jié)果為鋪裝狀況“優(yōu)”的3.30～3.91倍。鋼橋面板評估時(shí)應(yīng)充分考慮車輛沖擊效應(yīng)的影響，根據(jù)鋪裝狀況、細(xì)節(jié)類型選取合理的鋼橋面板沖擊系數(shù)。

關(guān)鍵詞：鋼橋面板；沖擊效應(yīng)；沖擊系數(shù)；疲勞評估；動(dòng)態(tài)稱重（WIM）

中圖分類號：U443.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1006-8023（2023）02-0184-08

Influence Study of Vehicle Impact Effect on the Fatigue

Assessment for Steel Bridge Decks

LIU Dalu

（Henan Yujin Expressway Construction Co. Ltd.， Sanmenxia 472200， China）

Abstract：In order to study the vehicle impact effect on the fatigue assessment for steel bridge decks， the segmental finite element model is built of a continuous steel box girder bridge， and 7-day Weigh-in-Motion（WIM） data of Lianyungang-to-Horgos Expressway is selected to carry out fatigue assessment of typical details. The influence law of impact factors on the fatigue assessment result is analyzed， and the applicability of impact factors in different current specifications is studied. Research results show that the vehicle impact effect has a significant influence on the fatigue assessment results of steel bridge decks. Obvious differences exist in impact effects of different details， the impact effect of rib-to-deck detail is the largest， and the rib-to-rib detail is the smallest. The bridge deck pavement condition has great influence on the impact effect of steel bridge deck， fatigue assessment result of “worse” pavement condition is 3.30-3.91 times of “excellent” pavement condition. The vehicle impact effect should be fully considered when the fatigue assessment is performed， and reasonable impact factors should be adopted according to pavement conditions and detail types.

Keywords：Steel bridge deck; impact effect; impact factor; fatigue assessment; weigh-in-motion （WIM）

收稿日期：2022-06-22

基金項(xiàng)目：河南省交通廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2017T08）

作者簡介：劉大路，碩士，高級工程師。研究方向?yàn)闃蛄汗こ?。Email： 10675009@qq.com

引文格式：劉大路.車輛沖擊效應(yīng)對鋼橋面板疲勞評估的影響研究[J].森林工程，2023，39（2）：184-192.

LIU D L. Influence study of vehicle impact effect on the fatigue assessment for steel bridge decks[J]. Forest Engineering， 2023， 39（2）：184-192.

0引言

鋼橋面板自重輕、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越、造型美觀，近三十年來被廣泛應(yīng)用于大、中跨徑橋梁。然而，鋼橋面板構(gòu)造復(fù)雜、疲勞敏感細(xì)節(jié)多，在交通荷載作用下容易出現(xiàn)疲勞開裂問題，對結(jié)構(gòu)使用性能造成嚴(yán)重影響[1-2]。英國塞文橋、我國虎門大橋等在開通運(yùn)營十年內(nèi)便在鋼橋面板中檢測出大量疲勞裂紋，導(dǎo)致后期的維護(hù)、管理工作極具挑戰(zhàn)[3]。因此，為了給在役鋼橋的維護(hù)管理提供技術(shù)支持，鋼橋面板的疲勞損傷評估逐漸成為各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

目前，國內(nèi)外學(xué)者多采用基于疲勞累積損傷理論和線彈性斷裂力學(xué)的方法[4]，根據(jù)運(yùn)營狀態(tài)下疲勞細(xì)節(jié)一定周期內(nèi)的疲勞應(yīng)力譜進(jìn)行鋼橋面板疲勞損傷評估。Fisher等[5]基于疲勞應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)和線彈性斷裂力學(xué)，對Bronx-Whitestone Bridge 鋼橋面板縱肋-面板連接細(xì)節(jié)疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行分析。郭彤等[6]利用潤揚(yáng)大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)確定了鋼橋面板疲勞應(yīng)力譜，基于雙線性應(yīng)力幅（S）-壽命（N）曲線對焊接細(xì)節(jié)疲勞損傷進(jìn)行評估分析，并研究了車輛荷載和環(huán)境溫度對疲勞損傷的影響。祝志文等[7]、吉伯海等[ 8]開展運(yùn)營狀態(tài)下鋼橋面板疲勞應(yīng)力監(jiān)測，并基于現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范對不同類型的弧形切口細(xì)節(jié)疲勞壽命進(jìn)行評估與分析。Di等[9]、Chen等[10]通過動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測方法獲取了鋼橋面板典型細(xì)節(jié)的疲勞應(yīng)力譜，采用熱點(diǎn)應(yīng)力法對縱肋-頂板連接細(xì)節(jié)、縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)和弧形切口細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞壽命評估。上述研究均采用運(yùn)營狀態(tài)實(shí)測疲勞應(yīng)力開展疲勞評估，結(jié)果能夠真實(shí)反映鋼橋面板的疲勞性能，但長期監(jiān)測耗費(fèi)大量的人力和物力，成本較高。

隨著動(dòng)態(tài)稱重（Weigh-in-Motion， WIM）技術(shù)的發(fā)展和數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)步，部分學(xué)者開始研究基于交通荷載的有限元?jiǎng)討B(tài)加載，以此獲取疲勞評估所需的疲勞應(yīng)力譜。潘鵬等[11]對某公路大橋開通運(yùn)營后11 a的車輛荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，研究了交通荷載與鋼橋面板典型細(xì)節(jié)疲勞應(yīng)力譜的對應(yīng)關(guān)系。朱勁松等[12]建立橋梁整體有限元模型，基于車橋耦合振動(dòng)分析對鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行預(yù)測，并確定了裂紋擴(kuò)展方向、路徑及壽命。陳一馨等[13]以九江長江公路大橋?yàn)楸尘?，采用疲勞模型試?yàn)得到縱肋-面板連接細(xì)節(jié)的S-N曲線，并依據(jù)實(shí)測車輛荷載譜對該構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞壽命評估。魯乃唯等[14]基于實(shí)測車流數(shù)據(jù)建立了隨機(jī)車流模型，采用數(shù)值模擬方法和線性累積損傷理論對大跨懸索橋鋼箱梁縱肋-面板連接細(xì)節(jié)的疲勞損傷進(jìn)行評估。Yan等[15]采用實(shí)測車流數(shù)據(jù)模擬加載得到鋼橋面板疲勞應(yīng)力譜，提出了基于實(shí)測車流的鋼橋面板疲勞評估方法。Qin等[16]基于連續(xù)一周的疲勞應(yīng)力監(jiān)測和典型車輛的加載分析，分別研究了采用鋼-UHPC組合橋面和環(huán)氧瀝青橋面的鋼橋面板疲勞性能。張龍威等[17]采用35 t三軸車對鋼橋面板疲勞細(xì)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)，確定了不同細(xì)節(jié)的車輛沖擊系數(shù)，并將測試結(jié)果與現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范進(jìn)行對比分析。

基于交通荷載數(shù)據(jù)開展鋼橋面板疲勞評估時(shí)，沖擊系數(shù)多是根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定，而鋼橋面板沖擊系數(shù)的研究較少，且研究成果具有一定的離散性，很難直接應(yīng)用于實(shí)際鋼橋面板的疲勞評估。本研究以某三跨連續(xù)鋼箱梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立連續(xù)鋼箱梁橋節(jié)段有限元模型，采用連霍高速公路7 d的動(dòng)態(tài)稱重（WIM）數(shù)據(jù)開展典型細(xì)節(jié)疲勞評估，分析沖擊效應(yīng)對評估結(jié)果的影響規(guī)律，并對國內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范中沖擊系數(shù)的適用性進(jìn)行研究。

1鋼橋面板典型細(xì)節(jié)應(yīng)力響應(yīng)分析

1.1工程背景及有限元模型建立

以河南省三門峽市某連續(xù)鋼箱梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，跨徑布置?5 m+55 m+35 m，采用單箱三室鋼箱梁結(jié)構(gòu)，如圖1所示。鋼箱梁全寬17.25 m，兩側(cè)懸挑各2.5 m，底板寬12.25 m，中心線高度2.25 m。橋面設(shè)置2%單向橫坡，鋪裝層采用80 mm厚的瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）。鋼橋面板采用正交異性板結(jié)構(gòu)，頂、底板厚度均為16 mm，腹板厚度14 mm。頂板采用300 mm×250 mm×185 mm的 U形加勁肋和部分板肋，U形加勁肋厚度8 mm，中心間距600 mm。底板采用T形加勁肋，高度為140 mm，翼緣寬為100 mm，厚度為10 mm。橫隔板厚12 mm，縱向間距3.0 m，鋼箱梁縱向節(jié)段采用焊接連接，其中鋼橋面板U形加勁肋嵌補(bǔ)段長400 mm，中心距橫隔板800 mm。

根據(jù)鋼橋面板疲勞試驗(yàn)研究成果，選取鋼橋面板縱肋-面板連接細(xì)節(jié)、縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)、弧形切口細(xì)節(jié)和縱肋拼接細(xì)節(jié)等4個(gè)疲勞敏感細(xì)節(jié)進(jìn)行受力行為分析。已有研究表明鋼橋面板典型細(xì)節(jié)受力主要與第二體系受力相關(guān)，即將鋼橋面板作為橋面系結(jié)構(gòu)支承于主梁和橫隔板上[18-19]。在進(jìn)行有限元分析時(shí)模型橫向應(yīng)包含6根以上縱向加勁肋，縱向取3倍以上橫隔板間距。本研究采用Abaqus軟件建立鋼箱梁邊跨35 m節(jié)段有限元模型，共包含14道橫隔板（H1—H14），如圖2所示。模型采用殼單元（S4R）模擬，鋼材彈性模量為206 GPa、泊松比為0.3，邊界條件為約束鋼箱梁橫隔板3個(gè)方向的平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，約束鋼橋面板四周的3個(gè)方向平動(dòng)自由度。加載區(qū)域選取外側(cè)車道（3#箱室），關(guān)注的細(xì)節(jié)位于邊跨跨中第7～8道橫隔板（H7—H8）。橫橋向設(shè)置5個(gè)加載工況（T1—T5），步距為100 mm，其中T3為一側(cè)輪載作用中心橫向位于縱肋—面板連接焊縫正上方，T1、T2為橫向加載工況T3向右偏移200、100 mm，T4、T5為橫向加載工況T3向左偏移100、200 mm?？v向加載范圍為距離端支點(diǎn)10.0 ～25.0 m，包含6道橫隔板（H5—H10）。關(guān)注細(xì)節(jié)所在的H7—H8縱向加載步距為100 mm，其他區(qū)域加載步距為200 mm，縱向共設(shè)置91個(gè)加載工況，自橫隔板H5起至H10縱向加載工況依次記為L1—L91。

有限元分析采用Abaqus通用軟件Dload子程序進(jìn)行自動(dòng)加載，共進(jìn)行455個(gè)工況的加載分析。采用單軸載重10 kN進(jìn)行加載，每側(cè)輪胎承載5 kN。根據(jù)我國鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范[20]疲勞車輛荷載模型Ⅲ，單側(cè)輪胎著地面積取200 mm×600 mm，本研究加載時(shí)將輪載按角度為45°進(jìn)行擴(kuò)散，實(shí)際作用至鋼橋面板的輪胎面積為360 mm×760 mm。

1.2典型細(xì)節(jié)應(yīng)力響應(yīng)分析

為分析車輛荷載作用下鋼橋面板受力特性，以橫向加載工況T3為橫向位置原點(diǎn)（e=0 mm），向左偏移為負(fù)、向右偏移為正，則T4、T5橫向位置分別為-100、-200 mm，T1、T2橫向位置分別為200、100 mm。以第5道橫隔板（H5）為縱向加載原點(diǎn)、第10道橫隔板（H10）為加載終點(diǎn)，縱向加載長度共15 m。不同細(xì)節(jié)受力分析結(jié)果如圖3所示，其中縱肋-面板連接細(xì)節(jié)、弧形切口細(xì)節(jié)以受壓為主、縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)以受拉為主，縱肋拼接細(xì)節(jié)在車輛荷載作用下呈拉-壓應(yīng)力變化。

縱肋—面板連接細(xì)節(jié)位于第7～8道橫隔板（H7—H8）跨中位置，距第5道橫隔板（H5）7.5 m，輪載作用于細(xì)節(jié)上方時(shí)達(dá)到峰值應(yīng)力-4.6 MPa。輪載作用于細(xì)節(jié)所在跨段內(nèi)應(yīng)力變化顯著，縱向位于細(xì)節(jié)前后400 mm范圍內(nèi)應(yīng)力急劇變化，當(dāng)輪載作用在附近跨段內(nèi)時(shí)細(xì)節(jié)應(yīng)力較低?？v肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)和弧形切口細(xì)節(jié)縱向位于第7道橫隔板（H7），距第5道橫隔板（H5）6.0 m，輪載作用在細(xì)節(jié)相鄰跨段內(nèi)時(shí)細(xì)節(jié)均產(chǎn)生較高應(yīng)力，在細(xì)節(jié)前后跨段內(nèi)應(yīng)力歷程曲線對稱分布。軸載通過時(shí)縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)產(chǎn)生2個(gè)拉應(yīng)力循環(huán)，而弧形切口細(xì)節(jié)產(chǎn)生1個(gè)壓應(yīng)力循環(huán)。軸載中心縱向位于相鄰橫隔板跨中時(shí)縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)應(yīng)力達(dá)到最大，峰值拉應(yīng)力為3.7 MPa，軸載中心縱向位于橫隔板正上方時(shí)弧形切口應(yīng)力達(dá)到最大，峰值壓應(yīng)力為-5.0 MPa?？v肋拼接細(xì)節(jié)設(shè)置在距橫隔板0.8 m位置，當(dāng)軸載經(jīng)過細(xì)節(jié)上方時(shí)應(yīng)力出現(xiàn)拉、壓變化，軸載中心位于拼接段上方時(shí)，細(xì)節(jié)峰值拉應(yīng)力3.7 MPa，軸載中心位于拼接段相鄰跨段內(nèi)、距橫隔板0.8 m附近時(shí)細(xì)節(jié)峰值壓應(yīng)力為-1.5 MPa。

荷載橫向作用位置變化時(shí)，各細(xì)節(jié)受力狀態(tài)基本不變，但應(yīng)力峰值產(chǎn)生了不同程度的降低?？v肋-面板連接細(xì)節(jié)、弧形切口細(xì)節(jié)、縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)均是在橫向加載位置T3（e=0 mm）達(dá)到應(yīng)力峰值，而縱肋拼接細(xì)節(jié)在橫向加載位置T4（e=-100 mm）達(dá)到應(yīng)力峰值。荷載位置右移時(shí)各細(xì)節(jié)應(yīng)力峰值下降程度略低于荷載位置左移，縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)在荷載位置左偏200 mm時(shí)，應(yīng)力峰值僅為T3工況下的62%，當(dāng)橫向位置偏移更大時(shí)，各細(xì)節(jié)應(yīng)力降低幅度將會(huì)進(jìn)一步增加。

2沖擊效應(yīng)對疲勞評估的影響分析

2.1WIM數(shù)據(jù)獲取與簡化分析

為研究沖擊效應(yīng)對鋼橋面板疲勞評估的影響，采用WIM技術(shù)獲取實(shí)際交通荷載數(shù)據(jù)，基于典型細(xì)節(jié)應(yīng)力影響線進(jìn)行有限元模擬加載，從而對不同沖擊效應(yīng)下鋼橋面板疲勞損傷進(jìn)行評估。選取連霍高速（連云港至霍爾果斯）河南三門峽段進(jìn)行交通荷載監(jiān)測，采集信息主要包括車輛型式、車速、軸質(zhì)量、總質(zhì)量、行駛車道和通過時(shí)間等。由于重型貨車通常在外側(cè)車道行駛，單個(gè)軸質(zhì)量及總質(zhì)量均較大，是導(dǎo)致鋼橋面板疲勞損傷的主要車型，在進(jìn)行交通荷載研究時(shí)主要選取外側(cè)車道WIM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

連續(xù)7 d共獲取單向104 263組交通車輛信息，其中外側(cè)車道22 644輛，單車道平均日交通量3 234輛。根據(jù)英國BS5400規(guī)范[21]，總質(zhì)量3 t以下的車輛造成的疲勞損傷可以忽略，因此在進(jìn)行交通荷載分析時(shí)僅統(tǒng)計(jì)3 t以上的車輛軸載信息，7 d內(nèi)共采集外側(cè)車道有效疲勞致傷車輛數(shù)據(jù)組20 835輛?；赪IM的交通荷載信息如圖4所示，外側(cè)車道通行車輛以二軸貨車、六軸貨車為主，其中二軸貨車共10 736輛，總質(zhì)量低于3 t的1 785輛。三軸貨車至六軸貨車總質(zhì)量均大于3 t，通行數(shù)量分別為3 069、2 382、1 776、4 681輛。實(shí)際交通荷載總質(zhì)量呈多峰分布特點(diǎn)，峰值分別為3、17、42 t，總質(zhì)量55 t以上的車輛占疲勞致傷車輛的4.8%，最大單車載質(zhì)量95 t。

為便于有限元模型加載，將軸數(shù)相同的疲勞致傷車輛等效簡化，確定不同車型的等效軸質(zhì)量與等效軸距根據(jù)等效疲勞損傷原理，等效軸質(zhì)量簡化公式為[22-23]

Wej=∑（fiWmij）1m。（1）

Aej=∑fi·Aij 。（2）

式中：fi為相同軸數(shù)車輛中第 i 輛車的頻率；Wij（Aij）為第 i 輛車的第j個(gè)軸質(zhì)量（軸距）；Wej（Aej）為該類型車輛第 j 軸的等效軸質(zhì)量（軸距）；m 為表示S-N曲線的斜率（取m=3）。等效簡化的二軸貨車至六軸貨車總質(zhì)量分別為12.5、22.5、35.0、39.5、50.0 t，等效軸距和等效軸質(zhì)量等參數(shù)見表1。

2.2沖擊效應(yīng)對疲勞評估的影響分析

為確定鋼橋面板疲勞敏感細(xì)節(jié)在運(yùn)營荷載作用下的疲勞應(yīng)力幅，將簡化交通荷載型式分別加載至鋼箱梁節(jié)段有限元模型，進(jìn)行疲勞應(yīng)力歷程曲線分析。我國公路鋼橋規(guī)范[20]規(guī)定在計(jì)算鋼橋面板疲勞應(yīng)力時(shí)，應(yīng)考慮交通荷載的橫向分布，以車道中心向兩側(cè)共分為5個(gè)區(qū)域，橫向位置出現(xiàn)概率分別為0.07、0.18、0.50、0.18、0.07。本研究有限元分析時(shí)考慮了0～0.5共6種沖擊系數(shù)，開展了對5種疲勞致傷車輛的橫向5個(gè)行駛軌跡加載，加載工況共150個(gè)。加載分析完成后采用雨流計(jì)數(shù)法對應(yīng)力時(shí)程曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定了不同沖擊系數(shù)下疲勞敏感細(xì)節(jié)的疲勞應(yīng)力譜，以沖擊系數(shù)0.1為例鋼橋面板典型細(xì)節(jié)疲勞應(yīng)力譜如圖5所示。在進(jìn)行有限元分析時(shí)采用不同車型的等效簡化模型，疲勞應(yīng)力譜與直接監(jiān)測獲取的結(jié)果有一定差異，由于車型等效原理與疲勞應(yīng)力幅等效原理一致，因此，可以認(rèn)為采用有限元分析獲得的疲勞應(yīng)力譜能夠代表實(shí)際交通荷載作用下鋼橋面板的疲勞損傷狀態(tài)。

基于疲勞累積損傷理論[4]對不同沖擊系數(shù)下鋼橋面板的疲勞損傷進(jìn)行評估，7 d交通荷載作用下鋼橋面板疲勞評估結(jié)果如圖6所示?？v肋-面板連接細(xì)節(jié)疲勞損傷明顯大于其他細(xì)節(jié)，弧形切口細(xì)節(jié)次之，與實(shí)橋疲勞裂紋出現(xiàn)位置基本吻合。評估所得的縱肋拼接細(xì)節(jié)疲勞損傷最小，由于縱肋拼接細(xì)節(jié)現(xiàn)場施工時(shí)采用仰焊，焊接質(zhì)量無法保證，因此該細(xì)節(jié)在運(yùn)營過程中也極易出現(xiàn)疲勞開裂現(xiàn)象?？v肋-面板連接細(xì)節(jié)不考慮沖擊系數(shù)時(shí)疲勞損傷為3.47×10-3，沖擊系數(shù)0.3時(shí)疲勞損傷增大至8.19×10-3，沖擊系數(shù)0.5時(shí)疲勞損傷增大至14.61×10-3，疲勞損傷約為不考慮沖擊系數(shù)的4.2倍。縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)、弧形切口細(xì)節(jié)、縱肋拼接細(xì)節(jié)考慮沖擊系數(shù)0.5時(shí)的疲勞損傷分別為不考慮沖擊系數(shù)的4.1、3.9、3.6倍。隨著沖擊系數(shù)增大，各細(xì)節(jié)疲勞損傷顯著增大，由于面板直接承受車輛輪載，沖擊效應(yīng)對縱肋-面板連接細(xì)節(jié)影響最大，對縱肋拼接細(xì)節(jié)影響最小。

交通荷載沖擊效應(yīng)與路面狀況密切相關(guān)，我國《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2007）[24]根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO評定標(biāo)準(zhǔn)，采用國際平整度指數(shù)（International Roughness Index， IRI）將路面狀況分為5個(gè)等級，分別為“優(yōu)”“良”“中”“次”“差”。文獻(xiàn)[25]通過車-橋耦合振動(dòng)方程對不同跨徑簡支鋼梁橋進(jìn)行路面平整度與沖擊系數(shù)的相關(guān)性分析，確定了不同路面平整度對應(yīng)的鋼橋沖擊系數(shù)。本研究在進(jìn)行路面狀況對鋼橋面板疲勞損傷影響時(shí)，考慮到鋼橋面鋪裝狀況“差”時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或修復(fù)，因此僅對前4種路面狀況與疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行研究。采用文獻(xiàn)[25]獲取的跨徑36.58 m的鋼橋沖擊系數(shù)，不同鋪裝狀況的鋼橋面板疲勞損傷評估結(jié)果如圖7所示。

鋪裝狀況“優(yōu)”時(shí)，鋼橋沖擊系數(shù)為0.06，鋼橋面板疲勞損傷為不考慮沖擊系數(shù)的1.15～1.20倍；鋪裝狀況“次”時(shí)，鋼橋沖擊系數(shù)為0.56，鋼橋面板疲勞損傷為鋪裝狀況“優(yōu)”的3.30～3.91倍。鋪裝狀況對鋼橋面板疲勞損傷影響較大，在進(jìn)行鋼橋面板疲勞損傷評估時(shí)，應(yīng)充分考慮路面狀況選用合理的交通荷載沖擊系數(shù)。鋼橋面板運(yùn)營過程中鋪裝層出現(xiàn)劣化時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以降低路面狀況造成的疲勞損傷增大效應(yīng)。

3鋼橋面板沖擊系數(shù)適用性分析

沖擊系數(shù)是車輛荷載經(jīng)過橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的豎向動(dòng)力效應(yīng)的增大系數(shù)，現(xiàn)行國內(nèi)外規(guī)范中尚無完備的鋼橋面板沖擊系數(shù)規(guī)定，一般在鋼橋整體結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充規(guī)定。我國鋼橋規(guī)范[20]規(guī)定鋼橋面板沖擊系數(shù)取0.4； 英國規(guī)范[21]中規(guī)定橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)取0.25，在進(jìn)行鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)時(shí)沖擊系數(shù)取為0；日本規(guī)范[26]以鋼橋計(jì)算跨徑為變量，沖擊系數(shù)取值范圍為0～0.4；美國規(guī)范[27]規(guī)定鋼橋面板沖擊系數(shù)為0.15。文獻(xiàn)[17]采用跑車試驗(yàn)對某三跨變截面連續(xù)鋼箱梁橋進(jìn)行沖擊響應(yīng)研究，確定了鋼橋面板疲勞敏感細(xì)節(jié)的沖擊系數(shù)，其中縱肋-面板連接細(xì)節(jié)為0.219、弧形切口細(xì)節(jié)0.394、縱肋拼接細(xì)節(jié)0.245。

為明確鋼橋面板沖擊系數(shù)的合理取值，本研究對不同規(guī)范中沖擊系數(shù)的適用性進(jìn)行分析，以指導(dǎo)運(yùn)營狀態(tài)下鋼橋面板的疲勞損傷評估，采用不同規(guī)范中沖擊系數(shù)的鋼橋面板疲勞損傷評估結(jié)果見表2?，F(xiàn)行規(guī)范中除英國規(guī)范外，均采用鋼橋結(jié)構(gòu)整體沖擊系數(shù)進(jìn)行鋼橋面板抗疲勞設(shè)計(jì)與疲勞評估。采用中國規(guī)范的評估結(jié)果均高于其他規(guī)范，疲勞損傷約為美國規(guī)范的2.0倍、日本規(guī)范的1.5倍左右。采用實(shí)測沖擊系數(shù)進(jìn)行疲勞損傷評估時(shí)，縱肋-面板連接細(xì)節(jié)、弧形切口細(xì)節(jié)、縱肋拼接細(xì)節(jié)疲勞損傷分別為6.52×10-3、4.38×10-3、2.14×10-3，縱肋-面板連接細(xì)節(jié)、縱肋拼接細(xì)節(jié)疲勞損傷與日本規(guī)范相對接近，弧形切口細(xì)節(jié)疲勞損傷與中國規(guī)范相對一致。在進(jìn)行鋼橋面板評估時(shí)應(yīng)充分考慮車輛沖擊效應(yīng)的影響，根據(jù)鋪裝狀況、細(xì)節(jié)類型選取合理的鋼橋面板沖擊系數(shù)。

4結(jié)論

本研究以某連續(xù)鋼箱梁橋?yàn)楸尘?，采用?dòng)態(tài)稱重技術(shù)與有限元模擬分析等方法，開展車輛沖擊效應(yīng)對疲勞損傷評估結(jié)果的影響規(guī)律研究，并對現(xiàn)行國內(nèi)外規(guī)范中鋼橋面板沖擊系數(shù)的適用性進(jìn)行分析，得到以下主要結(jié)論。

1）鋼橋面板疲勞細(xì)節(jié)應(yīng)力影響線對縱、橫向位置比較敏感，縱肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)、弧形切口細(xì)節(jié)、縱肋拼接細(xì)節(jié)應(yīng)力影響線其縱向范圍為2倍橫隔板間距，縱肋-面板連接細(xì)節(jié)影響線范圍為1倍橫隔板間距；橫向上當(dāng)輪載位于疲勞細(xì)節(jié)正上方時(shí)應(yīng)力影響線達(dá)到峰值，輪載向兩側(cè)移動(dòng)時(shí)影響線峰值逐漸減小。

2）沖擊效應(yīng)對鋼橋面板疲勞損傷評估結(jié)果影響顯著，沖擊系數(shù)0.3時(shí)疲勞損傷評估結(jié)果約為不考慮沖擊系數(shù)的3倍，沖擊系數(shù)0.5時(shí)疲勞損傷評估結(jié)果約為不考慮沖擊系數(shù)的3.6～4.2倍；沖擊效應(yīng)對縱肋-面板連接細(xì)節(jié)影響最大，對縱肋拼接細(xì)節(jié)影響最小。

3）鋪裝狀況“優(yōu)”時(shí)，鋼橋面板疲勞損傷為不考慮沖擊系數(shù)的1.15～1.20倍；鋪裝狀況“次”時(shí)，鋼橋沖擊系數(shù)為0.56，鋼橋面板疲勞損傷為鋪裝狀況“優(yōu)”的3.30～3.91倍。在進(jìn)行鋼橋面板疲勞損傷評估時(shí)，應(yīng)充分考慮鋪裝狀況選用合理的交通荷載沖擊系數(shù)。

4）采用中國規(guī)范沖擊系數(shù)的疲勞損傷評估結(jié)果均高于其他規(guī)范，疲勞損傷約為美國規(guī)范的2.0倍、日本規(guī)范的1.5倍左右。在進(jìn)行鋼橋面板評估時(shí)應(yīng)充分考慮車輛沖擊效應(yīng)的影響，根據(jù)鋪裝狀況、細(xì)節(jié)類型選取合理的鋼橋面板沖擊系數(shù)。

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