钢桥疲劳

钢桥疲劳研究关键技术分析刘晓光(铁道科学研究院　北京　100081)摘　要　针对当今大跨度钢桥的建设和既有钢桥的使用状况进行分析,结合工程建设和运营管理中涉及疲劳的重点研究领域作了阐述,对钢桥疲劳研究成果的应用作了归纳,并展望了钢桥疲劳研究的前景。

关键词　钢桥　疲劳　整体节点　正交异性　寿命THE KEY TEC HNI QUE ANA LYSIS ON FATI GUE RESEARC HES OF STEEL BRI D GELiu X iaoguang(China Acade my of Railway Science Beijing 100081)ABSTRA CT The construction of long 2spa n steel bridges and the status of e xisted bridges are analyzed.Main fatigue re searches fields are de scribed wit h e nginee ring co nstr uction and ope ration management ,application of the achievements for steel bridge fatigue r esea rc h are induced.Furt her more ,the f oreground of steel bridge f atigue resea rch is prospected.KEY WO R DS steel bridge f atigue integral joints ort hotropic life作 者:刘晓光　男　1961年6月出生　博士　研究员x @11收稿日期61　引　言世界钢(铁)桥的应用和建设已经有200余年的历史,从1779年在英国建造的第一座铁桥到1874年的第一座钢桥,再到1880年建造第一座铁路钢桥,整整经过了百年时间,而此后的100多年则是钢桥发展时代。

钢桥疲劳裂纹加固措施钢桥作为重要的交通设施，承载着车辆和行人的重量，经过长时间的使用和外界环境的影响，容易出现疲劳裂纹。

这些裂纹会对桥梁的结构安全性产生重大影响，因此需要采取相应的加固措施来延长桥梁的使用寿命和提高其结构稳定性。

一、加固前的疲劳裂纹检测在进行钢桥疲劳裂纹加固之前，首先需要进行疲劳裂纹的检测。

常用的检测方法有目视检测、超声波检测、磁粉探伤等。

这些方法可以有效地发现钢桥内部的裂纹，为后续的加固工作提供准确的数据支持。

二、疲劳裂纹加固的材料选择疲劳裂纹加固的材料选择十分重要。

常用的加固材料有碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、钢板等。

这些材料具有高强度、轻质化、耐腐蚀等特点，能够有效地增加桥梁的承载能力和抗裂纹性能。

三、疲劳裂纹加固的方式针对不同的疲劳裂纹情况，可以采用不同的加固方式。

常用的加固方式包括粘贴加固、包覆加固、局部加固等。

其中，粘贴加固是将加固材料粘贴在裂纹处，通过增加桥梁的刚度和强度来提高其抗裂纹性能；包覆加固是将加固材料包覆在整个桥梁表面，形成一个保护层，提高桥梁的耐久性和抗裂纹性能；局部加固是在裂纹处进行钢板焊接或加固筋锚固，增加桥梁的承载能力和抗裂纹性能。

四、加固施工要点在进行钢桥疲劳裂纹加固施工时，需要注意以下要点：1. 施工前进行充分的准备工作，包括材料准备、施工方案制定等；2. 严格按照施工方案进行施工，确保加固材料的正确使用和施工质量；3. 加固材料与钢桥之间的粘接强度要达到设计要求，确保加固效果；4. 施工过程中要注意安全，采取必要的防护措施，确保施工人员的安全。

五、疲劳裂纹加固后的效果评估加固施工完成后，需要对加固效果进行评估。

常用的评估方法有静载试验、动载试验等。

这些试验可以检测桥梁的承载能力和变形情况，评估加固效果是否达到设计要求。

钢桥疲劳裂纹加固是保证桥梁结构安全性的重要措施。

通过合理选择加固材料和施工方式，可以有效延长桥梁的使用寿命，提高其结构稳定性，保障交通安全。

钢桥的疲劳分析范文引言：钢桥是一种重要的交通基础设施，承担着车辆和行人的通行。

长期以来，由于交通流量的增加和重载车辆的增多，钢桥疲劳已成为桥梁设计和维护的重要问题。

本文将对钢桥的疲劳问题进行分析，探讨其原因、影响因素以及相应的解决方案。

一、疲劳问题的原因1.动力因素：钢桥在承受车辆荷载的同时还要面对自身的自重和震动荷载。

长期以来，车辆荷载和震动荷载的频繁作用会导致钢桥的材料疲劳，进而导致桥梁的损坏和断裂。

2.环境因素：钢桥承受了来自自然环境的多种因素的影响，如气候变化、温度差异和湿度等。

这些因素会导致桥梁材料的膨胀和收缩，从而产生内部应变，加速钢桥的疲劳破坏。

3.施工因素：钢桥的施工质量将直接影响其使用寿命和疲劳性能。

如果施工质量不达标，如焊接不牢固、连接部位强度不足等，将使钢桥易受疲劳破坏。

二、疲劳破坏的影响因素1.轴重：车辆荷载是引起桥梁疲劳破坏最主要的因素之一、大型重型车辆以及超限荷载的频繁通行将极大地加速钢桥的疲劳损伤。

2.荷载频率：荷载频率指的是钢桥受到车辆荷载的作用频率。

频繁通行以及车流量大的地区会导致高频率的荷载作用，进而加速疲劳破坏的发生。

3.震动荷载：震动荷载是指由于地震、强风和行人等外来因素引起的钢桥振动荷载。

频繁的震动荷载会对钢桥产生影响，从而影响其疲劳性能。

4.桥梁结构设计：桥梁的结构设计将直接影响其抗疲劳能力。

合理的结构设计可以减少桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。

三、疲劳分析和解决方案1.疲劳分析方法：采用有限元方法对钢桥进行疲劳分析，模拟不同荷载条件下的桥梁应力分布。

通过数值计算和模拟试验，对桥梁的疲劳性能进行评估，找出潜在的疲劳破坏部位。

2.组织检测和监测：通过常规的检测方法，如无损检测和应力监测，定期对钢桥进行结构健康检测。

及时发现和修补疲劳破坏的部位，可以提高钢桥的抗疲劳性能。

3.结构优化：通过改进桥梁结构的材料和几何形状，降低桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。

采用较短的跨度和更好的材料可以有效地提高桥梁的抗疲劳能力。

钢桥面板疲劳应力幅钢桥面板是连接桥梁两侧的重要部分，承载着车辆和行人的重量。

然而，随着时间的推移和使用的频繁，钢桥面板会受到不同程度的疲劳应力幅影响。

疲劳应力幅是指在不同荷载作用下，钢桥面板所受到的应力波动幅度。

长期以来，疲劳应力幅一直被认为是导致桥面板疲劳破坏的主要原因之一。

因此，对于钢桥面板的疲劳应力幅进行准确评估和控制，对于确保桥梁的安全性和可靠性至关重要。

钢桥面板的疲劳应力幅受到多种因素的影响。

首先，车辆的负载是决定疲劳应力幅大小的重要因素之一。

不同类型和重量的车辆会对桥梁施加不同程度的荷载，从而导致疲劳应力幅的不同。

其次，桥梁的设计和施工质量也会对疲劳应力幅产生影响。

良好的设计和施工可以减少应力集中和不均匀分布，从而降低疲劳应力幅的大小。

最后，桥梁的维护和保养也是影响疲劳应力幅的关键因素。

及时检测和修复潜在的损伤可以减少应力集中和应力集中的发生，从而降低疲劳应力幅。

为了评估和控制钢桥面板的疲劳应力幅，需要进行结构分析和实测。

结构分析可以通过使用有限元方法来模拟不同荷载情况下的应力分布和应力集中情况。

实测可以通过安装应变传感器和应力传感器来监测桥梁的实际应力变化。

通过结合结构分析和实测结果，可以对钢桥面板的疲劳应力幅进行准确评估和控制。

在钢桥面板疲劳应力幅的控制方面，需要采取一系列的措施。

首先，可以通过限制车辆的负载和速度来减小疲劳应力幅。

其次，可以采用合理的设计和施工方法来减少应力集中和不均匀分布，从而降低疲劳应力幅的大小。

最后，需要加强桥梁的维护和保养，及时检测和修复潜在的损伤，以减少应力集中和应力集中的发生。

钢桥面板的疲劳应力幅是导致桥梁疲劳破坏的重要因素之一。

通过结构分析和实测，可以对钢桥面板的疲劳应力幅进行准确评估和控制。

在实际工程中，需要采取一系列的措施来减小疲劳应力幅，从而确保桥梁的安全性和可靠性。

只有这样，我们才能保证人们在桥梁上行走和驾驶的安全。

钢桥面板疲劳裂纹分析1 概述钢桥面板诞生于20世纪30年代的美国和德国。

20世纪70年代以后，使用U肋的正交异性钢桥面板得到广泛运用。

在中国，早期的钢箱梁主要用于悬索桥的加劲梁，例如西陵长江大桥（1996年）、虎门大桥（1997年）、江阴长江大桥（1999年）。

其后，主梁采用钢箱梁的斜拉桥有南京第二长江大桥（2001年）、武汉军山长江大桥（2002年），截止2010年建成了许多采用钢箱梁的大跨径悬索桥和斜拉桥。

而连续钢箱梁桥的建设则迟于悬索桥和斜拉桥，最大跨径185m的崇明至启东长江公路大桥。

钢桥面板的疲劳损伤事例以英国的Severn桥、Wye桥最为著名，在日本，重车交通线路的国道、城市高速公路上于20世纪80年代末也发现了疲劳损伤。

之后，由于疲劳损伤不断增多，相关机构开始进行研究和疲劳试验，分析疲劳损伤的原因、研究和实施修复对策，设计钢桥面板时开始充分考虑到疲劳耐久性。

国内最近正在设计和施工的大跨度公路桥梁中，很多都采用了有利于钢桥面板抗疲劳耐久性的细节构造。

因此，对正交异性钢桥面板疲劳病害成因的分析和研究对正交异性钢桥面板的抗疲劳设计有一定的参考意义。

2 正交异性钢桥面板疲劳裂纹钢桥面疲劳裂纹出现的位置图2-1和表2-1所示：3 正交异性钢桥面板主要疲劳裂纹成因正交异性钢桥面板的疲劳损伤容易发生在交通量多的大型车辆混入率高的桥梁。

U肋钢桥面板中，纵肋和横肋（横隔板）的下侧切口部分的环形焊缝损伤（②）占比最多，接下来损伤较多的部位是顶板和竖向加劲肋的焊接部分（③），然后是顶板和纵肋的焊接部分损伤（④）。

②～④损伤类型占绝大多数，其次是纵肋之间的对接焊缝的损伤（⑦）。

3.1 U肋和横肋的交叉部分U肋和横肋的焊接部分产生的损伤类型如图3.1-1所示。

一般情况下，在加劲肋的交叉部分U肋截面贯穿于横肋，横肋一侧设置了切口和过焊孔。

为此，横肋和U肋在U肋两侧的腹板与密贴于横肋的切口/过焊孔之间通过角焊缝连接，由于其形状，应力集中很高，且板材的紧贴精度和狭窄的切口/过焊孔的环焊质量难以保证，因此环焊的焊趾部分开裂的情况较多。

钢桥的疲劳分析目录一、钢桥疲劳的基本概念二、钢桥抗疲劳设计原理三、钢桥抗疲劳设计方法四、钢桥抗疲劳的构造细节五、正交异性钢桥面板的疲劳问题的讨论一、钢桥疲劳的基本概念疲劳破坏定义：疲劳破坏是材料在低于强度极限的反复荷载作用下，由于缺陷局部微细裂纹的形成和发展直到最后发生脆性断裂的一种破坏。

疲劳破坏的过程钢材疲劳破坏过程：裂纹形成—裂纹扩展—迅速断裂。

钢结构疲劳破坏过程：裂纹的扩展—迅速断裂。

（钢材内部结构不均匀和结构应力不均匀引起）对比可知：由于实际构建的多重因素，使得钢结构的疲劳复杂化疲劳破坏必要条件：○1存在拉应力；○2应力反复；○3产生塑性变形。

疲劳破坏和脆性断裂破坏的区别都为脆性断裂，但疲劳裂纹出现到断裂有相当一段稳定发展期;承受着反复荷载;断口呈波纹状。

疲劳破坏产生的原因钢桥在反复交变荷载作用下，先在其缺陷处生成一些极小的裂痕，此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂缝，试件截面削弱，而在裂纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向拉伸应力状态，塑性变形受到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。

疲劳强度的影响因素⑴疲劳强度的主要影响因素是材料、内部结构与外部因素等，而与钢材的静力强度无关（但与钢材的质量有关）。

内因：○1钢材材性：钢材性能、构件尺寸、结构表面状况○2结构构造：结构形式、构件连接形式和构造细节外因：○1应力幅值，应力循环特征值○2荷载循环次数○3环境：接触疲劳、高温疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳，应力状态⑵疲劳强度的测定，主要是通过从小试件到大型构件实物疲劳试验，获得疲劳性能的真实数据，最终确定相应使用荷载环境下的强度。

疲劳的分类（1）荷载疲劳、畸变疲劳（2）高周疲劳、低周疲劳（3）接触疲劳、微动磨损疲劳（4）腐蚀疲劳、热疲劳（5）随机疲劳、静疲劳·低周疲劳当每次荷载循环中材料经受的应变超出了弹性范围，发生疲劳破坏所对应的循环次数相对较小，这就是低周疲劳。

现代钢桥设计论文——钢桥疲劳分析09级土木（6）班11S050901609 林波一、概论疲劳是导致现代钢桥使用寿命缩短的主要原因之一。

因此，在设计、制造、架设以及后期的维护中需要特别注意钢桥构造细节的疲劳问题。

但是，目前在役铁路钢桥由于设计、施工水平的局限性和环境因素的影响，许多旧桥在通行高速重载列车时的运营能力已明显不足，于是如何对铁路钢桥进行疲劳损伤检测和剩余寿命预测已成为国内外学术界、工程界研究的热点。

在此我从导致钢桥疲劳的原因出发，分析了钢桥疲劳破坏的特点。

同时在此基础上，总结了防止钢桥疲劳破坏的一些方法。

二、我国钢桥发展历史从钢桥200余年的发展史来看，钢桥的发展紧紧追随着钢的材料和制造技术的进步。

我国早在1888年就开始了钢桥的建设，到现在有100多年的历史了，但建国以前所建的钢桥，跨度都很小，建桥的钢材是进口的，结构是铆接的，采用工艺很简陋。

稍大一点的桥梁大都由外国商人承建，本国技术人员自行建造，具有代表性的钢桥是1937年建成的浙赣铁路钱塘江公铁路桥。

建国后，钢桥技术发展很快。

1956年借用原苏联的钢材和技术，建成京广铁路武汉长江公铁路大桥。

1968年用国产16Mnq钢完全依靠自己的力量建成南京长江公铁路大桥。

20世纪60年代中期，为加快铁路建设，在成昆铁路修建中，系统的研究发展了栓焊钢桥新技术，一举建成各种不同结构形式的检焊钢桥44座。

结束了在我国使用了近100年的铆接钢桥的历史，这在钢桥发展史上是一个很大的进步，为我国钢桥技术发展开展了新纪元。

钢桥在改革开放后发展很快，1993年建成杨浦公路斜拉桥，1996年建成长江西陵峡公路大桥及江阴长江公路悬索桥等。

三、钢桥所用的材料钢桥所用的钢有碳素钢，低合金钢。

现代钢桥用材最多的是钢板。

用钢材制造成钢桥，要经过许多机械加工工艺和焊接工艺。

制成后要承受很大的静、动力荷载与冲击荷载。

因此被选作造桥的钢材，既要能适应制造工艺要求，又要满足使用要求。