1、 第 期 彭 鯤 ， 等： 波 形 鋼 腹 板 組 合 箱 梁 疲勞 性能 試驗(yàn) 與 理 論 分析 得到波形鋼腹板梁 對 表 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 擬 合 ， 可表示為 曲線的經(jīng)驗(yàn)公式 ， （ （ （ ） ） ） ） 將式 （ 與表 進(jìn)行比較可知 ， 波形鋼腹板梁在 結(jié)構(gòu)類別的 類與 類之間 ， 略高于 類。 中系數(shù) 。 ） ） 將式 （ 代入式 （ 后可得 ） （ （ × （ ） 槡 ） 槡 應(yīng)力集中系數(shù) 可表示為 烌 （ ） 烍 （ （ ） ） 烎 式中 ： 為焊趾 的 角 度 ； 為 腹 板 波 折 角 度。 本 文 中 ， 試驗(yàn)梁所采用的波折角 為 計(jì)算得應(yīng)力集中系 °

2、; （ ） 斷裂力學(xué)分析 大量 焊 接 鋼 橋 疲 勞 破 壞 實(shí) 例 表 明 ， 疲勞裂紋均 起源于細(xì)節(jié)中存在初始缺陷的地方 。 疲勞裂紋壽命 主要包含 個部分 ： 指細(xì)節(jié)在循環(huán) 裂紋萌生階段 ， 荷載作用下形成 大 小 的 裂 紋 ； 裂紋擴(kuò)展階段 ， 即裂紋從萌生發(fā)展到臨界裂紋大小 。 對于鋼橋焊接細(xì)節(jié) 來 說 ， 由于制造工藝精度要求的 焊接細(xì)節(jié)處一般均會存在較大的初始缺陷 限制 ， （ ， 因此認(rèn)為其均不存在裂紋萌生階 ） 即鋼橋 細(xì) 節(jié) 的 疲 勞 壽 命 僅 包 含 裂 紋 擴(kuò) 展 階 段 。 段， 使用斷裂力學(xué)進(jìn)行疲勞壽命評估的關(guān)鍵工作就是研 究存在初始缺陷條件下的疲勞裂紋擴(kuò)展

3、規(guī)律及疲勞 。 裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算模型 指出構(gòu)件疲 勞 壽 命 主 要 與 材 料 裂 紋 等 的形成與擴(kuò)展過程 及 應(yīng) 力 集 中 程 度 有 關(guān) ， 并提出了 數(shù) 為 。 參考不同文獻(xiàn)中 與 的關(guān) 系 目 前 沒 有 定 論 ， 的取值 ， 等 指出 （ ） ） ， （ ） ， ） 綜合式 （ 對式 （ 積分后兩邊求對數(shù)得 （ ） （ （ ） ） 根據(jù)文獻(xiàn) 可知 （ （ （ ） ） ） （ （ （ ） ） ） ） 對比式 （ 與 表 可 知， 波形鋼腹板梁 ） （ 略高于 類。 落在結(jié)構(gòu)類別的 類與 類間 ， 著名的疲勞壽命計(jì)算公式 ， 即 （ ） 式中 ： 為疲 勞 壽 命 ； 為 應(yīng) 力

4、 強(qiáng) 度 因 子 幅 度； 為裂縫深度 ； 取 ； 為裂縫的初始深度 ， 為裂縫的最終 深 度 ， 取 鋼 板 厚 度； ， 為與材料有 ， 關(guān)的參數(shù) ， 根據(jù)文獻(xiàn) 取 × 。 提出常 幅 荷 載 鋼 材 疲 勞 損 傷 裂 縫 曲線的試驗(yàn)結(jié)果對比 依據(jù) 準(zhǔn) 則 ， 則 可 根 據(jù) 以 上 所 得 曲線 結(jié)果 分 析 見 表 ， 總 計(jì)算本次試驗(yàn)梁的疲勞壽命 ， ； 累積損傷結(jié)果見表 。 表 試驗(yàn)梁第 級疲勞荷載損傷計(jì)算 曲線 ） 式（ ） 式（ ） 式（ ） 式（ 平均值 尖端的應(yīng)力集中幅度計(jì)算式為 （ ） 槡 對于波形鋼腹板鋼梁結(jié)構(gòu) ， 等 基于 大 量的試驗(yàn) 研 究 進(jìn) 一 步

5、 將 應(yīng) 力 集 中 系 數(shù) 的 計(jì) 算 具 體 化， 表達(dá)式為 （ ） 槡 式中 ： 自由表面 、 有 ， ， ， 分別為裂紋形狀 、 限板寬 、 非 均 勻 應(yīng) 力 修 正 系 數(shù)， 根據(jù)文獻(xiàn) 可表 示為 萬次 萬次 注： 循環(huán)次 ， 分 別 為 第 級 荷 載 作 用 下 的 應(yīng) 力 幅 、 ， ， 數(shù)、 疲勞壽命 、 損傷值 。 表 試驗(yàn)梁第 級疲勞荷載損傷計(jì)算 曲線 ） 式（ ） 式（ 萬次 萬次 ） （ 烌 槡 烍 （ ） ） 式（ ） 式（ 平均值 烎 式中 ： 為 焊 趾 處 橢 圓 微 裂 縫 半 長 度； 為 應(yīng) 力 集 注： 循環(huán)次 ， 分 別 為 第 級 荷 載 作 用

6、 下 的 應(yīng) 力 幅 、 ， ， 數(shù)、 疲勞壽命 、 損傷值 。 表 中 國 公 路 學(xué) 報(bào) 年 試驗(yàn)梁 級疲勞荷載總累積損傷 板抗剪連接件鋼蓋 板 最 先 開 裂 ， 裂縫部位在波形鋼 腹板平行折板與斜 折 板 的 交 接 處 ， 該處軸向剛度的 突變引起應(yīng)力集中 ， 最終導(dǎo)致疲勞破壞 。 （ ） 采用翼緣型 連 接 件 的 波 形 鋼 腹 板 組 合 箱 梁 的腹板及鋼蓋板的應(yīng)力狀態(tài)與波形鋼腹板鋼梁具有 一致性 。 （ ） 采用試驗(yàn)數(shù) 據(jù) 擬 合 曲 線 和 用 斷 裂 力 學(xué) 推 導(dǎo) 的 其結(jié)果與 曲線計(jì)算組合箱梁的疲勞損傷時 ， 試驗(yàn)值較接近 ， 但偏于不安全 ， 必須進(jìn)行修正 。 （

7、 ） 修正 后 得 到 的 波 形 鋼 腹 板 梁 的 曲 線， 與試驗(yàn)結(jié)果比較吻 合 ， 對于波形鋼腹板組合箱梁疲 勞計(jì)算比較適用 。 ） （ 對于波形鋼腹板組合箱梁的設(shè)計(jì) ， 在有限疲 勞壽命設(shè)計(jì)計(jì)算中建議偏安全的采用 中 的 類標(biāo)準(zhǔn) 。 （ ） 本文中研究 了 采 用 翼 緣 形 連 接 件 的 波 形 鋼 但對于采用 腹板組合箱梁的疲 勞 特 性 及 計(jì) 算 模 式 ， 嵌入型連接件的波形鋼腹板組合箱梁的疲勞特性有 待進(jìn)一步研究 。 參考文獻(xiàn) ： 曲線 ） 式（ ） 式（ ） 式（ ） 式（ 平均值 為 級疲勞荷載總累積 損傷值 。 注： 從總損傷值來看 ， 結(jié) 果 與 準(zhǔn) 則 時 破

8、 其中最大值為 誤差為 壞的假定接近 ， ， ， 最小值為 誤差為 結(jié)果表明波形鋼腹 ， ； 板工 形 鋼 梁 的 曲線計(jì)算翼緣形鋼蓋板連接件 的波形鋼腹板組合 箱 梁 損 傷 值 時 ， 與試驗(yàn)值吻合較 好 。 無論是試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合曲線還是用斷裂力學(xué)推導(dǎo) 的 用 來 計(jì) 算 組 合 箱 梁 的 損 傷 時， 其損傷 曲 線， 結(jié) 果 是 偏 于 不 安 全 的。 其 主 要 原 因 在 皆小于 ， 于組合箱梁鋼翼緣 板 受 到 了 混 凝 土 的 約 束 ， 相對波 形鋼腹板 鋼 梁 而 言 腹 板 轉(zhuǎn) 折 處 應(yīng) 力 集 中 效 應(yīng) 更 明 疲勞問題也 更 突 出 。 建 議 對 應(yīng) 力 集

9、 中 系 數(shù) 進(jìn) 行 顯， ） 修正 ， 將式 （ 修正為 （ ） 筆者根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和有限元計(jì) 為修正 系 數(shù) ， ： ， （ ） ： ， ， ， ， ： ， ， ： ， （ ） ： ， ， ， ： ， （ ） ： ， ， ， ： ， （ ） ： ， ， ， ， ， ： ， （ ） 算對比分析取 則 ， ） ） 從而 ， 式（ 變?yōu)?（ （ （ ） ） （ （ ） ） （ ） （ ） （ ） （ （ （ ） ） ） 應(yīng)力集中系 數(shù) 修 正 后 ， 式（ 計(jì)算 ） ） （ 試驗(yàn)梁損傷總值 分別為 計(jì)算結(jié) ， ， ， 果偏于安全 。 通過 以 上 試 驗(yàn) 與 理 論 分 析 可 知 ， 波形鋼腹板

10、組 合箱梁的 曲 線 總 體 上 位 于 分類標(biāo) 準(zhǔn)中的 類與 類之間 ， 略高于 類 。 考慮到波形 鋼腹板的加工及焊 接 階 段 形 成 的 初 始 缺 陷 ， 同時鑒 于相同結(jié)構(gòu)的疲勞 試 驗(yàn) 資 料 有 限 ， 試驗(yàn)數(shù)據(jù)難免出 現(xiàn)一定的離散和偏差 ， 建議在具體工程設(shè)計(jì)時 ， 可偏 安全地采用 分類標(biāo)準(zhǔn)中的 類低位值進(jìn) 行設(shè)計(jì) ， 此時相應(yīng)的 曲線為 （ （ ） ） （ ） 結(jié) 語 （ ） 波形鋼腹板組合箱梁在疲勞破壞過程中 ， 底 第 期 彭 鯤 ， 等： 波 形 鋼 腹 板 組 合 箱 梁 疲勞 性能 試驗(yàn) 與 理 論 分析 波形鋼腹板組合梁橋疲勞性能參數(shù)研究 劉曉 娣 西安 ：

11、長安大學(xué) ， ： ， 楊麗 波紋鋼腹板組合箱梁疲勞性能研究 西 安： 長安大學(xué) ， ： ， 周緒紅 ， 林新 元 ， 譚 冬 蓮， 等 波紋鋼腹板組合箱梁疲 （ ） ： 勞試驗(yàn) 中國公路學(xué)報(bào) ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ： 任偉平 焊接鋼橋結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)疲勞行為分析及壽命 評 估 成都 ： 西南交通大學(xué) ， ： ， ， ， （ ） ： ， ： ： ， ， ， ， ： ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， ： ， （ ， 上接第 頁） （ ） ： 起重運(yùn)輸機(jī)械 ， 勞壽命 ， ， （ ） ： 聶建國 基于斷裂力學(xué)的組合梁栓釘疲勞性 王宇航 ， ： 清 華 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)： 自 然 科 學(xué) 版， 能 ，