公路橋梁結構橋梁抗疲勞設計方法應用

張靈+周前

摘 要：在疲勞現象的影響下，公路橋梁在應用過程中逐漸凸顯出斷裂、腐蝕等現象，就此縮短公路使用壽命，威脅公路交通安全性。為此，在公路橋梁建設過程中應注重秉承著“安全第一”建設理念，并于公路橋梁結構規劃期間，做好抗疲勞設計工作，提高公路荷載承受力，打造安全、通暢的公路運輸空間，規避交通事故等問題的凸顯。本文從疲勞安全設計準則分析入手，并詳細闡述了不同疲勞設計方法的具體應用。

關鍵詞：公路橋梁；抗疲勞；設計方法

前言：基于當代社會快速發展背景下，我國公路橋梁設計領域得到了快速發展，同時，公路橋梁疲勞問題亦逐漸涌現出來，為此，需要求橋梁設計人員在實際工作開展過程中應強化對橋梁結構承載力的認知，然后依據公路環境侵蝕現象、車流量大小、車輛超載現象等，對橋梁結構進行改進，并引入無限壽命設計、全壽命周期設計等抗疲勞設計理念，打造良好的橋梁結構設計空間。以下就是對公路橋梁抗疲勞設計相關問題的詳細闡述。

一、疲勞安全設計準則

就當前的現狀來看，各國疲勞安全設計準則存在著差異性，如，我國在抗疲勞安全設計過程中傾向于中對應力幅法的應用，即利用公式：△σ≤[△σ]，其中△σ表示允許應力幅值，同時，在應力幅法疲勞安全設計過程中，亦應注重遵從荷載標準值要求，對結構設計安全進行計算。例如，在鋼結構公路橋梁疲勞安全設計過程中，需將結構細分為連孔構件、螺栓連接、翼緣焊縫、橫向焊縫連接、節點板連接等幾個組成部分。此外，美國在疲勞安全設計過程中，注重執行極限工況強度設計、無疲勞設計兩項準則，并利用公式：r·△f≤（F），其中r為修正系數、△f表示應力幅，（F）表示應力強度。而在無疲勞設計作業中，需將r數值界定為1.5，繼而將r=1.5帶入到公式中，確定對應疲勞設計，達到最佳的疲勞設計狀態[1]。另外，英國在疲勞安全設計過程中，首先計算疲勞壽命，即疲勞壽命（年）=120/kF·∑道n·d120，其中n表示荷載循環次數，d120表示120年內循環系數，kF為修正因子，然后將疲勞壽命計算值帶入中應力幅值公式中，即S

二、公路橋梁結構橋梁抗疲勞設計方法

（一）全壽命周期設計

在全壽命周期設計方法應用過程中，為了達到最佳的應用效果，要求橋梁設計人員在實際工作開展過程中應綜合耐性退化、橋梁功能退化等因素的影響，考察公路橋梁設計施工、運營、維護等全周期，然后分析公路橋梁結構設計的可行性，同時在可行性判斷過程中綜合費用、替換周期等因素，就此達到最佳的全壽命周期設計狀態。但在全壽命周期設計過程中，應與全壽命周期設計理念銜接，針對抗疲勞設計方法進行分類，繼而有針對性的控制各個壽命周期。

（二）應力幅分析設計

在公路橋梁應力幅法抗疲勞設計方法應用過程中應注重遵從以下設計程序：

第一，在應力幅法設計應用過程中應注重綜合考慮不同時段、不同地段車輛荷載具有差異性的特點，簡化計算公式，即利用△σ≤[△σ]，其中△σ為允許應力幅值，對不同時段、不同地段抗疲勞設計進行表示；

第二，基于應力幅法計算公式應用的基礎上，為了保障計算結果的精準性，應注重在抗疲勞安全設計過程中將汽車活載、汽車沖擊效應等因子納入到其中，然后通過驗算形式，計算最大應力影響線、最小應力影響線，同時，描述汽車沖擊作用與橫載間系數，最終達到允許應力幅值計算目的。此外，在抗疲勞設計相關系數確定過程中，應通過大量實驗總結概率事件，就此指導具體的抗疲勞設計環節，并通過荷載效應<疲勞強度表示公式，修正公路橋梁抗疲勞設計，達到最佳的橋梁結構設計效果[2]。

三、抗疲勞設計方法實際應用

在鋼混疊合加勁梁接頭抗疲勞設計過程中，應注重將疲勞應力幅設定為△σe，然后由懸索橋有限元模型，得出非線性關系，計算各節點應力影響線，并在應力影響線計算過程中，將移動作用荷載分別設定為1t，10t，隨之對1t、10t不同荷載作用下應力影響線進行對比分析，最終由有限元模型非線性計算方法獲知，正彎矩區中上緣節點應力為-92.7MPa，下緣節點應力為95.1MPa，而負彎矩區中，上緣為-35.6MPa，下緣為36.5MPa，因而在公路橋梁設計過程中應注重將△σe上、△σe下疲勞應力幅分別控制在-90.5MPa，-92.9MPa，就此達到最佳的抗疲勞設計效果。同時，在抗疲勞設計過程中，為了達到精準性設計目的，于懸索橋抗疲勞設計驗算環節中，設定保證率r為97.7，就此對連接處容許應力幅值進行計算，并與《中國鋼結構設計規范》中容許應力幅值144MPa進行對比分析，達到最佳的抗疲勞設計狀態[3]。從以上的分析中即可看出，在公路橋梁結構設計過程中，強調抗疲勞設計環節的開展有助于緩解斷裂、腐蝕等問題影響公路橋梁使用壽命，為此，應提高對其的重視程度，打造良好的公路交通環境。

結論：綜上可知，在公路橋梁結構設計過程中侵蝕現象的凸顯威脅到了公路橋梁使用安全性，為此，為了保障人們出行安全，需在當前公路橋梁結構設計工作開展過程中探索抗疲勞設計準則，即引入全壽命周期設計、應力幅設計等方法，在公路橋梁建造過程中計算允許應力幅值，就此在一定程度上緩解公路橋梁疲勞現象，保障公路橋梁結構設計質量與抗疲勞水平，且真實反映公路橋梁設計實際工況。

參考文獻

[1]曹偉.公路鋼結構橋梁抗疲勞設計方法分析[J].信息化建設，2016，15（05）：234.

[2]賈恩實，馬潤平，張強.歐美規范中公路橋梁正交異性鋼橋面板抗疲勞設計對比分析[J].世界橋梁，2013，12（02）：31-34.

[3]徐廣明.基于全壽命理念的鋼結構橋梁抗疲勞設計[J].中國建筑金屬結構，2013，20（16）：9.