鐵路橋梁鋼管混凝土結構疲勞設計與試驗

中鐵工程設計咨詢集團有限公司2013年12月鐵路橋梁鋼管混凝土結構疲勞設計與試驗研究前言

鋼管混凝土結構在我國鐵路橋梁建設中得到大量的應用，與建筑結構相比，鐵路橋梁結構具有跨度大、承受列車活載的特點，且鋼管混凝土結構的連接構造幾何形態(tài)復雜，不同的焊接部位應力分布差異顯著，導致其疲勞承載能力比普通鋼結構的疲勞連接細節(jié)要低，甚至低很多，疲勞問題突出，但目前國內(nèi)外有關鐵路橋梁鋼管混凝土結構疲勞設計方面的研究文獻較少，中鐵工程設計咨詢集團有限公司和中國鐵道科學研究聯(lián)合進行了典型焊接節(jié)點的疲勞試驗研究，這些研究為系統(tǒng)解決鋼管混凝土橋梁結構的疲勞設計打下了工程技術基礎。1鋼管混凝土結構焊接連接的典型疲勞細節(jié)分類

在鐵路橋梁鋼管混凝土結構設計中，主要使用由支桿直接焊在弦桿上而形成T形、Y形、K形等簡單管節(jié)點。1.1簡單管節(jié)點的幾何描述描述管節(jié)點的幾何特征參數(shù)如右圖所示，包括：D、T—弦桿外直徑與管壁厚；d、t—支桿外直徑與管壁厚；θ—支桿與弦桿間的夾角；g—支桿間的間隙；e—支桿與弦桿軸線交匯偏心距；L—弦桿長度。1鋼管混凝土結構焊接連接的典型疲勞細節(jié)分類

在管節(jié)點疲勞研究中，主要通過α、β、γ、τ指標分析其疲勞性能：⑴

α指標

α=L/D，反映弦桿的柔度，為弦桿長度參數(shù)。⑵

β指標

β=d/D，反映載荷傳遞和應力分布，為管徑比。⑶

γ指標

γ=D/2T，反映主管徑向剛度，為弦桿徑厚比。⑷

τ指標

τ=t/T，反映支管與主管相對彎曲剛度，為壁厚比。1鋼愁管霸混憤凝校土魚結柿構誰焊痰接木連茄接臺的賊典帆型本疲愁勞侮細陵節(jié)響分部類1櫻.行2簡蔑單幫焊土接留管曬節(jié)駝點灘的冰應縫力紡描底述⑴復拘合應脆力法鋼廣管載混墊凝解土慎管吊節(jié)濾點圍相燦貫每線版處閃主鐵要腔承遭受萌正羅應能力寸和化剪歡切軋應謠力宮的都作浴用服，樹可搖采抽用炊主范應柿力耕或舟折團算面應齊力拉表尤述遵管概節(jié)仁點侄的較名慮義桌應擔力σm，折崗算應踢力計奔算公訪式為據(jù)：⑵況簡流化茂應類力廉法上花述回復久合怕應由力拒法雪雖碎然慢能診夠耗反拆映控連言接恥焊伐縫暮的渴受卡力鉆特喜征記，燈但擊它稀的盲計地算畝相箏對咸復蚊雜,因此速可提嬸出簡怪化軸榆應力盒法進紛行名木義應俱力計級算，傲即直樣接以疑節(jié)點愚連接兄部位給支管船（桿?。┑谋龖K力作抵為名剖義應艷力σm。⑶管丟節(jié)點括的應窮力集傻中系絹數(shù)γs罪c1鋼盜管仁混刺凝撈土傘結使構漏焊壺接鏟連條接前的耕典敢型綢?？蹌诮技毸构?jié)急分田類1諒.泰3典餅型塵管初節(jié)球點敏構跨造標的迷應禾力叮集濟中齊系兵數(shù)[脆7話]及膽細洪節(jié)醋分叫類⑴T/給Y型管藥節(jié)點奪的應少力集隊中系痰數(shù)γsc弦桿剃鞍點渴：弦櫻桿藝冠遇點呢：腹云桿練鞍棍點涼：腹桿該冠點脹：其曠中鞋：L為寄鋼睡管閉節(jié)舍段墓長平度暖，舞可跪取燦左折右姻節(jié)居間虛長獸度追之得和晃的年一對半但；C為帖桿丈端幼約雀束津參需數(shù)浪，忠一座般瘡取0.蚊7。1鋼狀管唇混桐凝偷土臉結汽構祝焊圓接關連亭接瓜的狀典衣型竭疲才勞貓細視節(jié)蒼分譯類其斥中繁：⑵K型管督節(jié)點勒的應壩力集貓中系額數(shù)γs恥c弦桿壯：腹錫桿暫：⑶KT型掏管賄節(jié)爹點減的峰應見力贊集皮中滋系昨數(shù)γs梁c弦遺桿陳、嚇腹腳桿娘的稈應泡力浸集滴中穗系恐數(shù)腸分允別冊按卵以嘩上燭兩浪公澆式虧計假算門。斜腹順桿A和C使用中絹間跌直慨腹趨桿B使己用1鋼爛管退混選凝還土級結繳構柴焊腐接綢連余接固的刺典驕型煤疲僚勞犁細填節(jié)梳分柳類橋梁毛鋼管凳混凝嶼土結棒構管眼管節(jié)驅點構竹造細百節(jié)類別構件或連接形式簡圖加工質量及其它要求疲勞容許應力幅[σ0]及板厚修正系數(shù)γt1采用相貫線切割機開制相貫線坡口，全熔透焊縫連接，焊趾處需焊后修磨，超聲波探傷等級B級，質量等級為Ⅰ級。[σ0]=90.02采用相貫線切割機開制相貫線坡口，全熔透焊縫連接，焊趾處需焊后修磨，超聲波探傷等級B級，質量等級為Ⅰ級。[σ0]=90.03采用相貫線切割機開制相貫線坡口，全熔透焊縫連接，焊趾處需焊后修磨，超聲波探傷等級B級，質量等級為Ⅰ級。[σ0]=90.01鋼管腰混凝仇土結幕構焊驚接連勒接的情典型嬌疲勞孝細節(jié)錫分類橋梁植鋼管牌混凝執(zhí)土結置構板斑管節(jié)詳點構金造細掙節(jié)類別構件或連接形式簡圖加工質量及其它要求疲勞容許應力幅[σ0]及板厚修正系數(shù)γt1腹桿與弦管正交板管T/Y型接頭采用坡口全熔透焊縫，節(jié)點板放大系數(shù)不小于1.7，兩端按TB10002.2要求打磨勻順。[σ0]=102.02腹桿與弦管斜交，θ≥30o2管筆管廟節(jié)機點舉疲揪勞歐美粥國家驢對管味節(jié)點且及其萬連接茄開展惱了大豈量的辟試驗芬研究向工作贏，最金有價階值的籠是歐扛洲國致家在政上世秘紀7究0償~袖8乓0年捐代壟耗藥資燃二碎千芬多父萬滅美葬元陣對30聽0只各穗種型翅式的配管節(jié)暮點模想型進劣行的刺試驗千研究形工作落，挪蝕威船養(yǎng)級社DN念V、英膝國勞慢氏船定級社LR等兩通杰過閃系標列墨試面驗蓬給物出歷了售管路節(jié)番點屠的誕應床力殃集報中赤系梳數(shù)益計白算島公祖式詠，竄挪克威農(nóng)船宋級幣社DN株V、美炮國國野家標遵準AW娘S等還藝給出煌管節(jié)刑點的陣疲勞S-釣N曲線鵲。2管吧管枝節(jié)蜓點故疲膝勞2.余1疲勞所抗力猛方程根紀據(jù)五疲舞勞S-監(jiān)N曲睬線框，T/抹Y型、K型、KT型輛管倚管貞節(jié)筋點面以間及聲橫也向碎對凝接迫焊過縫筐、弓熔骨透識焊離縫株的諸加加勁端肋浴焊無接寄等粉構移造窄細部節(jié)嘉疲否勞夏抗盜力譯方仗程及式馳為蘭：將式喉中N鉛=甜2柳×惱1情06代入激，即份可求兔得[競σ0]鑼=賭9容0炕.私0催2青M頑p股a，塔引生入斧上春節(jié)漠公賄式辯的酸應弱力照集裳中勝系尺數(shù)γsc，可毫得出T/薪Y型呀、K型矛、K膏T型棵管蔑管估節(jié)淡點要的涉疲挑勞去設浙計災強做度[糾σ0]喜/捏γsc。2管蔬管筋節(jié)邪點小疲償勞2.蓬2試蹈驗攜驗向證墾與唱分俱析西南水交通暖大學廢在《鋼管親混凝兇土橋蓄西部尸課題殊疲勞交試驗》課題完進行菌了3個府鋼牌管驚混搞凝定土遇結湊構食試院件拒的鈴疲鴨勞備試親驗逝，聞其刺中Y形福節(jié)課點1個趣、K形馬節(jié)呀點2個言；段重擾慶游交礦通伏大樣學尊在《自應異力鋼導管混侮凝土匙節(jié)點舍疲勞蹄試驗嘉研究》課滑題炮進錫行凍了1個K形節(jié)微點鋼數(shù)管混糧凝土謹結構汁試件枝的疲碗勞試編驗。為了嶼驗證窗公式魂所示畝疲勞架抗力福方程虎式的饑合理散性，友將上估述4個墨鋼否管震混適凝女土逝結恒構獵疲勤勞念試羨件粗的義試殘驗稿結崇果塌進軋行旨整渣理充分耐析澆，鵝根憂據(jù)劃試話件員的恢疲印勞壇壽貿(mào)命唱，廳按潮照街上槍述脈公繪式命計羽算謀出筆該密試勝件稅的輔計京算轉疲浸勞炊強答度甩，峽同六時倆按懸公嚇式紅計遣算伍其宋應尋力綠集爭中抽系切數(shù)γs饞c，崗最葛后蛙得懷出贊試聾件歇的產(chǎn)設冬計女疲嘗勞廊強臣度[σ0]度/律γs愛c，從皮而得律出下祝表所中示的捧分析或結果谷，從盈表中遣可以但看出鼻，設則計疲駕勞強杰度均煤小于表試驗檢疲勞窯強度慶，比進值在傲之間去，說沫明上州述疲由勞抗衛(wèi)力方肥程式約是安誓全、右合理備的。鋼管野混凝并土橋嚷西部懂課題宿疲勞拉試驗棄模型感（西益南交返通大狂學）2管浪管圖節(jié)搜點假疲傍勞自調(diào)預言應喜力量鋼茅管脅混五凝必土究節(jié)打點違疲拆勞套試臣驗碧模書型侄（惡重獎慶法交責通減大胖學誘）2管講管床節(jié)雙點黎疲瘡勞2管縮慧管搬節(jié)鹿點彎疲議勞疲勞殺試件昨的計托算與杰實測句疲勞孝強度課題節(jié)點類型試驗疲勞壽命N（104）試驗疲勞強度（MPa）

計算疲勞強度[σ0]（MPa）腹桿冠點應力集中系數(shù)γsc設計疲勞強度[σ0]/γsc（MPa）設計疲勞強度/試驗疲勞強度西南交通大學K26354.4482.161.92842.60.78Y10660.01111.232.6641.80.70K29354.4479.261.92841.10.75重慶交通大學K41647.270.521.68241.90.89從上拼表所壺示的藍分析狐結果欲，均燃小于慈試驗絕疲勞載強度怠，比軍值在萄之間洞，說路明上嘉述疲魯勞抗疫力方?jīng)龀淌骄前拆埲①Q(mào)合理輕的。3板管那節(jié)點恭疲勞思試驗試驗試件滋主管雞采用嫩φ80雄0×彈20，管她內(nèi)填滲充C時5醫(yī)5混凝跪土；郵支桿果采用3陸1故0乎×詞3說0撞0仙H型鋼歉，翼綿緣板際厚24野mm，腹比板厚1墨2蘋m態(tài)m；虧主很管勒與薄支循桿向交針角4班5培°，坊節(jié)呢點末板躬厚1民0祝m快m，節(jié)港點板蔑一側櫻與模賴擬支裳桿的困工形衡桿件赴翼板像用高皆強度婆螺栓低連接衛(wèi)，另晴一側手與主良管焊灣接，硬節(jié)點御板在畫端部登采用1深.綁6偷6倍況的胳寬妻度恥放右大密系悅數(shù)淡。3燒.糞1靜飼載湊試蒸驗為椅了放解涂試貿(mào)件球受份力餐時乘的諷應鹿力屈分嗽布幣狀蟲態(tài)忙，展首聲先譜進秋行攪靜夢載寇試謎驗高，酸采喊用2馬0破0錯0繪K刊N液壓驢伺服寨疲勞明試驗損機加只載。糟加載霞時首鄰先預謠拉到10昂00詳kN，圓再匪回丹零號，千重復復撤三消次少，垃以手消細除昆試極驗舅工夫裝亦安塑裝廢精渾度遠的己影島響給。鞋然蠢后喬每訪級居荷航載裙加帥載20絞0k腿N，屢逐魚級耀加摩載講至10擔00震kN，街最赴后浮每仁級醋荷岔載摘卸膀載2用0灑0我k足N，因逐情級抗卸炎載釣至0。如納此重脖復3次芳，堡試畢驗絕結量果傲取債三飼次并測跳試估數(shù)丘據(jù)聰?shù)牟端阃庑g辨平經(jīng)均幸值原。3板蝴管杜節(jié)斧點鋤疲雕勞拆試櫻驗試件漁照片垂卸直磚于錦連誤接償焊毅縫濾的雄應污力僻分招量隆分星布析情紙況(腐M喘P調(diào)a理)3板員管秧節(jié)說點拍?；陝跁x試標驗3愉.縱2有限辭元分躲析為進坡一步孝掌握致試件琴的受天力特畝征，鞭根據(jù)蛇試件出幾何蟻尺寸日建立暑有限距元模夕型試廢件的蒼應力休分布立情況功如下頌圖所誼示。節(jié)點牢板側帖垂直歡于連赴接焊奸縫的貓應力微分量拱肋靠壁側裝垂直果于連北接焊汗縫的賢應力趕分量3板物管刪節(jié)畫點怎?？倓谌鲈噮球灧著唲e時取蕩靜攏載窮試庸驗膠測德點嫌的煌豎揚向僵應牢力程分棟量忠和嘩垂神直通于慢連魂接自焊真縫填的跟應楊力秒分值量梢與柱圖貫中謎測亞點倍計望算嗚值業(yè)進臟行鞋對路比壩，蘿可遇知滔節(jié)枝點但板吊側廈的遞計巴算喪值星與己實改測跌值封具害有曬較項好以一曠致尸性腸，繭拱殘肋刮壁憤側談的平測進點悶應緩力致值喊與腳計仰算釣略捧有親差候異禾，匙但摩分癥布扣規(guī)墨律?；槐居浑H致唇。蝦最訪大腰應槳力媽出居現(xiàn)輪在型節(jié)膛點肅板胃與移拱挑壁揉連卸接遣焊搶縫都端疾頭龍（辨大葉交堡角薄處覺）倉以逢及英連逃接拿焊義縫絮的揪拱借肋鑄壁悟側睜，向這逆兩著處刃為曠疲嬌勞媽試敵驗繁的差可獻能貍破田壞姜位帳置關。3板興管靈節(jié)否點固?；诎υ嚀?居.糾3疲勞碧試驗本餡次歐共孝進揀行叢了4個水模畝型餓試榨件愿的嘆疲奔勞委試齒驗虎，旁分賠別沈按件復杯合歸應煌力煙法觸和牛簡值單薪應丹立艦法虧進駕行桃試馬驗破數(shù)育據(jù)勿的喂處剖理填分筐析柄。崖前3個尺模皺型歸試夏件然的悼試勞驗虛結爸果濱見膽下首表棗，G熔-馳4試件濤在10顏-5兩50緒kN荷盒載靈下閉疲秒勞艘循咐環(huán)改至37鵝37歪68運1次掙時真僅奸發(fā)首生疏微紛小宗裂件紋票，幕提鳳高毯荷構載剪至1拋0劈燕-鳳8昏3坊0養(yǎng)k湯N繼續(xù)姜試驗吵，又側循環(huán)36略05捉96（孔等討效1譯0驢-夾5車5景0靠k免N荷易載宿為5攝2摧6被4準4徐7接9）拌次酬裂阿紋綱擴雖展樹到中與野其博它腰試城件茂大穿致蒸相牧同宮的伙長覆度腫。各堡試泊件巧疲蒸勞閑試代驗珍均訪在雖連呢接索焊丈縫省和游節(jié)移點幼板掛下治側認端佩頭易發(fā)井生蛙破孟壞幟，倒破饅壞踩方汽式覆與唯有古限出元疤計賭算墻的叛結盼果奸是訴一姿致警的凱。4根禾試照件勇中丸有2根是鞋從中寒部弦項管側幫焊趾撇首先抱起裂介，2根從崗焊縫耳下端伍頭起旁裂，拘表明筆兩部樓位率災先起邁裂的仁概率桃大體層相同峰。3板偽管運節(jié)載點題疲樂勞勢試戒驗疲勞言試驗超結果店數(shù)據(jù)講統(tǒng)計試件編號加載噸位（kN）頻率（Hz）應力幅（MPa）循環(huán)次數(shù)疲勞破壞描述正-剪復合應力法簡化軸應力法G-110-9303.0162.6209.1279820西側外連接焊縫下焊趾處裂紋長約；西側節(jié)點板母材起弧處穿透板厚裂紋。G-210-6703.0116.7150.0825486東側外連接焊縫下焊趾處裂紋長約；東側節(jié)點板母材起弧處穿透板厚裂紋。G-310-5803.5100.8129.51490551東側外連接焊縫下焊趾處裂紋長約；東側節(jié)點板母材起弧處穿透板厚裂紋。3板塞管御節(jié)腐點約疲挪勞托試泉驗⑴落復滾合輩應行力腸法lg源N=秤13盜.0哀86澇-3抹.4梅51謎lg曾σ，σ遣0克(灰21計06)比=氣9揭1培.翻6撈(跪M唉P惡a拘)相關提系數(shù)γ借=枯-搬0山.縫9植9橫9，均澡方差S稿=稀0慨.貫0皂2宴7，取97榜.7鉤%保證跪率，鼠即減短去兩御個標至準差騰，得丸回歸息曲線宣下限稍為：l累g瞧N看=房誠1丑3偵.維0顆3群2蝴-井3荷.鴿4條5洋1煤l柴g朽σ，σ徑0觸(否2106)飽=侄8墓8舍.披4竿(弱M各P親a集)（1)⑵簡布化應掉力法lg蕩N=查13咐.4筒49容-3吳.4膀51穿lg灶σ，σ0當(融210確)燥=1丹17汗.8虹(M宜Pa產(chǎn))相義關吳系月數(shù)γ盲=佳-斜0密.狐9幫9蜘9，均牌方差S=劃0.盼02掉7，取97虹.7培%保刺證素率詳，羽得酷回資歸據(jù)曲剩線靠下君限南為修：l情g劑N收=拔1知3撞.生3多9紋5擠-悔3薦.船4足5強1碗l儉g天σ，σ紡0逮(階21箭0趙