公路桥梁结构桥梁抗疲劳设计方法应用

张灵+周前

摘 要：在疲劳现象的影响下，公路桥梁在应用过程中逐渐凸显出断裂、腐蚀等现象，就此缩短公路使用寿命，威胁公路交通安全性。为此，在公路桥梁建设过程中应注重秉承着“安全第一”建设理念，并于公路桥梁结构规划期间，做好抗疲劳设计工作，提高公路荷载承受力，打造安全、通畅的公路运输空间，规避交通事故等问题的凸显。本文从疲劳安全设计准则分析入手，并详细阐述了不同疲劳设计方法的具体应用。

关键词：公路桥梁；抗疲劳；设计方法

前言：基于当代社会快速发展背景下，我国公路桥梁设计领域得到了快速发展，同时，公路桥梁疲劳问题亦逐渐涌现出来，为此，需要求桥梁设计人员在实际工作开展过程中应强化对桥梁结构承载力的认知，然后依据公路环境侵蚀现象、车流量大小、车辆超载现象等，对桥梁结构进行改进，并引入无限寿命设计、全寿命周期设计等抗疲劳设计理念，打造良好的桥梁结构设计空间。以下就是对公路桥梁抗疲劳设计相关问题的详细阐述。

一、疲劳安全设计准则

就当前的现状来看，各国疲劳安全设计准则存在着差异性，如，我国在抗疲劳安全设计过程中倾向于中对应力幅法的应用，即利用公式：△σ≤[△σ]，其中△σ表示允许应力幅值，同时，在应力幅法疲劳安全设计过程中，亦应注重遵从荷载标准值要求，对结构设计安全进行计算。例如，在钢结构公路桥梁疲劳安全设计过程中，需将结构细分为连孔构件、螺栓连接、翼缘焊缝、横向焊缝连接、节点板连接等几个组成部分。此外，美国在疲劳安全设计过程中，注重执行极限工况强度设计、无疲劳设计两项准则，并利用公式：r·△f≤（F），其中r为修正系数、△f表示应力幅，（F）表示应力强度。而在无疲劳设计作业中，需将r数值界定为1.5，继而将r=1.5带入到公式中，确定对应疲劳设计，达到最佳的疲劳设计状态[1]。另外，英国在疲劳安全设计过程中，首先计算疲劳寿命，即疲劳寿命（年）=120/kF·∑道n·d120，其中n表示荷载循环次数，d120表示120年内循环系数，kF为修正因子，然后将疲劳寿命计算值带入中应力幅值公式中，即S

二、公路桥梁结构桥梁抗疲劳设计方法

（一）全寿命周期设计

在全寿命周期设计方法应用过程中，为了达到最佳的应用效果，要求桥梁设计人员在实际工作开展过程中应综合耐性退化、桥梁功能退化等因素的影响，考察公路桥梁设计施工、运营、维护等全周期，然后分析公路桥梁结构设计的可行性，同时在可行性判断过程中综合费用、替换周期等因素，就此达到最佳的全寿命周期设计状态。但在全寿命周期设计过程中，应与全寿命周期设计理念衔接，针对抗疲劳设计方法进行分类，继而有针对性的控制各个寿命周期。

（二）应力幅分析设计

在公路桥梁应力幅法抗疲劳设计方法应用过程中应注重遵从以下设计程序：

第一，在应力幅法设计应用过程中应注重综合考虑不同时段、不同地段车辆荷载具有差异性的特点，简化计算公式，即利用△σ≤[△σ]，其中△σ为允许应力幅值，对不同时段、不同地段抗疲劳设计进行表示；

第二，基于应力幅法计算公式应用的基础上，为了保障计算结果的精准性，应注重在抗疲劳安全设计过程中将汽车活载、汽车冲击效应等因子纳入到其中，然后通过验算形式，计算最大应力影响线、最小应力影响线，同时，描述汽车冲击作用与横载间系数，最终达到允许应力幅值计算目的。此外，在抗疲劳设计相关系数确定过程中，应通过大量实验总结概率事件，就此指导具体的抗疲劳设计环节，并通过荷载效应<疲劳强度表示公式，修正公路桥梁抗疲劳设计，达到最佳的桥梁结构设计效果[2]。

三、抗疲劳设计方法实际应用

在钢混叠合加劲梁接头抗疲劳设计过程中，应注重将疲劳应力幅设定为△σe，然后由悬索桥有限元模型，得出非线性关系，计算各节点应力影响线，并在应力影响线计算过程中，将移动作用荷载分别设定为1t，10t，随之对1t、10t不同荷载作用下应力影响线进行对比分析，最终由有限元模型非线性计算方法获知，正弯矩区中上缘节点应力为-92.7MPa，下缘节点应力为95.1MPa，而负弯矩区中，上缘为-35.6MPa，下缘为36.5MPa，因而在公路桥梁设计过程中应注重将△σe上、△σe下疲劳应力幅分别控制在-90.5MPa，-92.9MPa，就此达到最佳的抗疲劳设计效果。同时，在抗疲劳设计过程中，为了达到精准性设计目的，于悬索桥抗疲劳设计验算环节中，设定保证率r为97.7，就此对连接处容许应力幅值进行计算，并与《中国钢结构设计规范》中容许应力幅值144MPa进行对比分析，达到最佳的抗疲劳设计状态[3]。从以上的分析中即可看出，在公路桥梁结构设计过程中，强调抗疲劳设计环节的开展有助于缓解断裂、腐蚀等问题影响公路桥梁使用寿命，为此，应提高对其的重视程度，打造良好的公路交通环境。

结论：综上可知，在公路桥梁结构设计过程中侵蚀现象的凸显威胁到了公路桥梁使用安全性，为此，为了保障人们出行安全，需在当前公路桥梁结构设计工作开展过程中探索抗疲劳设计准则，即引入全寿命周期设计、应力幅设计等方法，在公路桥梁建造过程中计算允许应力幅值，就此在一定程度上缓解公路桥梁疲劳现象，保障公路桥梁结构设计质量与抗疲劳水平，且真实反映公路桥梁设计实际工况。

参考文献

[1]曹伟.公路钢结构桥梁抗疲劳设计方法分析[J].信息化建设，2016，15（05）：234.

[2]贾恩实，马润平，张强.欧美规范中公路桥梁正交异性钢桥面板抗疲劳设计对比分析[J].世界桥梁，2013，12（02）：31-34.

[3]徐广明.基于全寿命理念的钢结构桥梁抗疲劳设计[J].中国建筑金属结构，2013，20（16）：9.