关于钢结构桥梁抗疲劳设计分析

赵志杨

摘 要 钢结构作为目前桥梁设计的主要结构，在保障桥梁承载力，维护桥梁安全性上有着重要作用。抗疲劳设计是钢结构桥梁设计中的重要一环，一旦出现问题，就会增加钢结构病害出现概率，不利于桥梁的安全运行。文章将对钢结构桥梁抗疲劳设计进行分析，以供参考。

关键词 钢结构桥梁;抗疲劳设计;安全运行

我国针对钢结构桥梁有明确的规定要求，目的在于增强桥梁的稳定性、安全性，减少危险事故的发生。不过在钢结构桥梁抗疲劳设计中，由于考虑不全面，设计质量不高，对钢结构桥梁带来了较多的不利影响，需加大研究力度，增大桥梁安全系数。

1钢结构桥梁疲劳性能产生影响的因素

（1）材料特点影响。钢结构桥梁建设中，材料性能的变化会使钢结构桥梁疲劳性发生较大变革，进而降低桥梁结构稳定性，发生危险事故。钢结构桥梁材料性能及构件尺寸都是影响钢结构桥梁疲劳性的关键要素。在具体设计中，如果材料自身存在裂纹，在使用中，会因为压力荷载的增加，导致钢结构自身出现问题，且随着裂纹的增加，疲劳性也会加剧，在超出规定范围后，钢结构自身强度会降低，进而降低桥梁质量。在钢结构桥梁设计中，不是材料性能越好，结构强度越高，疲劳裂缝越少，而是需要根据总体要求，对结构展开科学布设，注重应力均衡性[1]。

（2）内部因素影响。内部因素对钢结构桥梁疲劳设计的影响集中在结构设计、连接方式的转变、细节处理这几方面上，这些环节作业中，会存在外力影响状态，使内部结构应力发生改变，影响疲劳设计的整体效果。

（3）外部因素影响。外部因素带来的影响相对较多，钢结构桥梁属于室外施工作业，会受到温度变化、环境气候的影响，使钢结构桥梁疲劳值出现不同变化，进而降低结构质量。另外，工程建设中振动和外界荷载的增加，也会对钢结构桥梁的疲劳度造成影响，导致设计范围与实际情况不符，应力变动不均，增加桥梁的危险性。

2钢结构桥梁疲劳设计方法

（1）无限寿命设计。无限寿命设计中要求桥涵设计的应力变化值在钢结构桥梁的抗疲劳值范围内。为达到无限寿命设计目标，设计人员要对变度循环的应力变化情况加以控制，确定其在疲劳强度的规定范围内，并对结构形态予以完善，以延长钢结构桥梁的使用时间。

（2）安全寿命设计。安全壽命设计要求在钢结构桥梁抗疲劳设计中，对桥涵中水含量情况、结构细节处理情况、结构荷载及裂缝问题实行详细研究和了解，注重设计的合理性。具体来说，桥涵结构中应尽可能避免水的出现，一旦含水量增多，会增加桥涵疲劳损耗系数，降低结构强度。细节处理的目的是为在限定范围内，通过疲劳寿命曲线的分析，控制细小部位变化带来的影响，维护结构安全性。

而结合荷载的分析及裂缝问题的把控，要求从不同方面对钢结构桥梁疲劳损伤情况加以测定，在损伤理论及运营时间的帮助下，计算准确的疲劳损伤程度，根据应变-疲劳曲线来确定与设计安全寿命，从而明确最佳的设计方案，也可以借助应变-疲劳曲线，确定前者是开展名义寿命的设计，很多情况下都是应用到高周疲劳中，而后者是进行局部应力应变法，很多情况下都是实行地震等偶然载荷的计算。

（3）损伤容限设计。损伤容限设计，是借助断裂力学原理对可探测裂纹的相关数据加以计算的方式，计算所得的相关参数可判断结构的实际情况及可能存在的危险，采取有效措施加以控制，维护钢结构桥梁的安全性。

在可探测裂纹的计算中，需要明确一次应力循环开展量和应力循环的相关参数，再结合与材料相关的常数，计算可探测裂纹的情况，估算裂缝可能带来的结构问题，利用试验的方式展开科学调整，避免裂纹的再次产生。

该方法目前在计算和评价钢筋旧桥疲劳寿命上起到显著效果。需注意的是，在预测检测间隔过程中，应考虑到漏检情况，要求漏检长度在可探测裂纹的0.5倍左右;检测方法需根据实际情况科学选择，确定表面裂缝的最小长度。

3钢结构桥梁疲劳设计关键点

（1）疲劳荷载值的确定。与铁路桥梁设计不同，钢结构桥梁的通车辆、车辆种类、车间距等都存在明显的差异，难以对其实行科学把控。在设计中，为加强钢结构桥梁抗疲劳设计的准确性，需将产生的疲劳损伤转变成标准数据，计算抗疲劳值。这里值得注意的是，必须保证疲劳车轴重量是相同的。线长度局部计算要以标准轴重荷载为根据，标准轴重荷载为标准疲劳车轴重载荷的1.1倍。

（2）验算位置规划。钢结构桥梁的验算位置集中在敏感点和细节部位上，如果是杆结构桥梁，验算位置会相对较多，每个节点、焊缝趾都要被当作验算位置，开展疲劳验算工作。在钢结构桥梁疲劳验算中，焊接缝、倒角位置、冲孔、剪开边等位置应重点把控，获取准确信息数据。

（3）加载次数设计。钢结构桥梁疲劳设计中疲劳应力计算是非常必要的，疲劳应力会受到加载次数、轴间距等的影响而发生变化，所以在实际处理中，要结合构件性能、结构属性加以科学规划，尤其要确定加载次数，注重应力平衡性。设计中一个轴重被当作是一次加载，之后在效应相等原则下，将其转化成代数形式，用于设计计算。

（4）构件要求。根据现有设计方案和笔者经验总结，可将钢结构桥梁设计中，构件的各项要求概括为以下两方面：一是对于存在拉伸和弯曲的钢构件，设置一些长且圆的过渡性钢构件，注重连接效果，控制构件刚度的变化;二是做好焊接处理，增强接焊缝设置的合理性，减少构件变形、破损等问题的发生。焊接完成后，按照规定要求做好构件处理，延长使用寿命。构件的相关设计规范必须严格遵照现有的规范标准要求加以把控，改进钢结构桥梁的质量。

（5）复杂应力下的疲劳验算。单向应力下，钢结构及构件的疲劳强度会受到疲劳应力的影响而发生变化，这时为了改进结构或构件质量，需对疲劳容许应力进行科学把控，以维护单向应力下结构和构件的安全性。但如果在单向应力基础上，存在多向应力情况，为了提高抗弯和抗剪能力，则需使用下面公式展开疲劳验算。公示内容为：

4结束语

综上，钢结构桥梁抗疲劳设计中需要考虑的内容较多，如果设计存在问题，就会威胁钢结构桥梁的安全性，故而必须高度重视，做好加载次数设计，规范构件要求，且开展复杂应力下的疲劳验算，以此增强设计工作的准确性，延长桥梁的使用寿命。

参考文献

[1] 宣秀珍.公路钢结构桥梁的抗疲劳设计研究[J].科技创新与应用，2018（26）：87-88.