从抗疲劳角度探讨桥梁钢结构设计

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从抗疲劳角度探讨桥梁钢结构设计DiscussionontheDesignofBridgeSteelStructurefrOmtheAngleofAntifatigue■熊力●XiongLi【摘要】桥梁钢结构的疲劳，在一定程度上影响结构的耐久效应，而常温状态下需要考虑焊接缺陷、应力幅、可实测：通过实测得出钢结构构件随机应力谱，性，分单轴疲劳和多轴疲劳。本文将在对影响桥梁钢结构构造细节差异等，另外没有根据引起应力集中的不】疲劳强度主要因素分析的基础上，从抗疲劳的设计角度，同程度去统一划分不同细节构造，不仅无法形成影．．f∑△1抗疲劳计算公式为一“【—I_J。该公式中，对桥梁钢结构展开设计提出若干抗疲劳设计的建议措施。响钢结构疲劳强度的指标，而且结构设计计算结果表示为控制计算或者测量误差的不利影响，所采用也不够准确。的测量最大值修正系数：△表示变应力幅值：【关键词】桥梁钢结构抗疲劳设计计算二、桥梁钢结构抗疲劳设计计算方法表示的相应作用频率值：m表示疲劳抗力方程的桥梁钢结构抗疲劳设计，需要借助可靠简单的直线斜率，可以上文“钢结构构件连接疲劳抗力方【Abstract】Thebridgesteelstructurefatigue，afectsthedura-计算方法，从桥梁钢结构实用性功能的视角，以及程式”中取值，表示累计应力幅作用频率值。bilityofthestructureinacertainextent，dividesintotheunia-结合全国通用的桥梁钢结构抗疲劳设计原则，完成不可实测：抗疲劳计算公式为xialfatigueandmultiaxialfatigue．Thispaperwillbaseonthe钢结构抗疲劳的设计计算工作。Aa=fl(1+垮”(cr一mm)，其中包括恒载在内analysisofthemainfactorsafectingthefatiguestrengthof1．钢结构构件连接疲劳抗力方程式的最大总应力为O'm=rter+rEa，包括恒载在内的bridgesteelstructure，fromthedesignpointofantifatigue，pu—从可靠性的角度，桥梁钢结构疲劳抗力方程可最小总应力为=1+r2crIIli。以上公式中，ltsforwardsomemeasuresofantifatiguedesigninthesteelst-参考《铁路桥梁钢结构设计规范》，如下所示。表示荷载应力；r。表示以《公路桥涵设计规范》为mctureofbridgedesign．(1)母材：lgN+4．011ogAa：15．364—0．182t；标准的恒载组合系数取值；r。表示以公路桥涵设计(2)横向对接熔透焊缝隙：规范为标准的活载组合系数取值；表示取值IKeywordslbridge，steelstructure，antifatigue，designcalcula-lgN+3．5llogAa=14068—0234t：1．0～1．4的交通运输工具效应系数；Ilc表示桁架结tion(3)高强度螺栓：构的横向分布系数或者箱型结构的偏载系数；表lgN+3．01logAa=12．732-0．156t：示多车道时的横向折减系数；、⋯表示按照一、影响桥梁钢结构疲劳强度的主要因素(4)留有孑L洞的杆件：车道活载应力影响线加载的方式，所得出的细节位桥梁钢结构疲劳强度影响因素众多，除了材料lgN+3．511ogAo-=13．90—0．200t：置车道荷载作用下最大应力和最小应力，其中需要本身的质量问题，外在的影响因素有如下常见几种。(5)横向角度焊缝和板梁竖向加劲肋与腹板连注意的是两者都是车道荷载状态下的平面分析值，(1)低温冷脆循环作用。1938~1950年，比接焊缝端部：lgN+3．011ogAcr：12．52—0．110t；并没有考虑车道数、空间分配等空间横向分布系数，利时总共有6座桥梁发生低温冷脆断裂，另外加拿(6)铆接构件：lgⅣ+3．011o2A：12．486—0．153t；也没有考虑动力冲击影响，是按照单车道荷载状态大的DuplessiS大桥、澳大利亚的Kings大桥、中(7)板梁盖板端焊缝和整体节点：下进行计算取值的。国的松花江大钢桥、美国的PointPleasant大桥也Ⅳ+3．511ogAa=13．106-0．153t；三、桥梁钢结构抗疲劳设计的若干建议先后发生不同程度的低温冷脆断裂。这些桥梁在设(8)栓钉：lgⅣ+3．O1logAcr=11．428—0．104t；通过以上桥梁钢结构抗疲劳计算的方法进行设计时，没有综合考虑下弦和桥墩支座连接位置的集(9)单面坡口传力焊缝：计，基本能够保证在经济合理情况下，提高钢结构中应力和流限状态，在低温冷脆作用下，钢结构很lgⅣ+3．0llogAcr=11．428—1199t。的疲劳抗力，但在实际设计工作当中，还需要做好容易脆断。据了解，钢材随着温度下降会逐渐变脆，2．按应力状况计算设计构造细节的优化。桥梁钢结构承受的疲劳应力有拉应力和压应力rK、(1)焊接盖板优化，优化设计的方法是打磨匀当厚度I}(其中Kx和o分别为断裂韧性两种，其设计结算方法分别如下。顺过渡的焊缝，并控制打磨坡度，同时以连续焊缝(1)钢结构构件承受疲劳应力为拉应力，其设和有效屈服应力)时，钢结构的平面应力将逐渐趋的方式，减少焊头和锤击长度。计以应力幅控制，可以采用容许应力的方法计算，于脆性状态，这是桥梁钢结构设计计算需要考虑的(2)竖向加劲肋优化，具体方法是焊接竖向加公式为：因素之一。劲肋和主梁翼缘，以及控制竖肋和腹板焊缝、竖肋A‘】(1)(2)残余应力影响。桥梁钢结构所使用的钢材，和翼缘焊缝等与翼缘和腹板焊缝的距离，大约为腹(2)钢结构构件承受疲劳应力为压应力，其抗在冶炼、轧制、焊接等过程中由于热过程不均匀，板厚度的4～6倍左右。疲劳设计计算需要综合考虑应力比的影响，并引入会产生残余应力，而桥梁钢结构一般只能承受翼缘(3)平纵联节点优化，一方面是平联节点板与应力比修正系数进行修正，公式为内周期性压应力，高残余拉应力范围内就会开裂。主梁翼缘搭接焊构造优化，将连接板移到腹板受压Aa=一／‘J(2)残余应力具有利弊双重影响，如果没有掌握残余压区域范围等应力比较低的位置，以栓接的方式，连以上公式(1)和公式(2)中，Act表示钢结应力和拉应力的峰值大小，以及拉应力和压应力的接受拉翼缘，但要根据不同的栓接方式计算翼缘应构连接构造细节的等幅应力幅；／表示钢结构构分布区域，那么残余应力很有可能影响钢结构的稳力，另一方面是减少面外应力作用，根据节点板与造细节恒载和活载最大总拉应力等幅应力；表示定性，尤其是对焊的桥梁，对构件疲劳强度的影响主梁腹板是否有竖向加劲肋的情况改善疲劳问题。钢结构板厚修正系数，以25mm为临界点，在大于最为明显。(4)梁端连接细节降低约束次应力的优化，结或者等于25mm时系数值为l，小于25mm时系数值(3)其他影响。钢材的焊接缺陷、应力幅度、合纵梁跨长和连接角钢肢厚计算出承受拉应力一侧为细节构造等在不同程度上也会影响钢结构的抗疲劳。一、『／；cr，表示保证率不小于97％1~容许应1／3位置的钉线距，以及在满足抗剪能力状态下，t强度，譬如在焊接钢材的时候产生气孔和夹渣，会提高连接角钢和节点板的柔性程度，以及提高翼缘导致应力集中，影响构件的疲劳强度；再如细节构力值；rp表示应力比修正系数。的弯曲过渡水平等。造，不同温度影响桥梁钢结构疲劳强度的因素不一(3)A~7求解方法，分为可以实测和不可实测(下转第23页)样，低温状态下主要考虑低温冷脆循环作用和疲劳两种。20 城市建筑I规划与设计IURBANISMANDARCHITECTURElPLANNINGANDDESIGN能，同样，建筑的功能反过来又作用于建筑的构成。托建筑氛围。在对建筑的感知中，各种因素同时起3．实施阶段因此，在建筑设计的过程中，要对建筑的构成和建作用，数字技术对建筑设计的创新发挥了不可限量实施阶段就是指对建筑设计创新的方案进行实筑的功能进行合理的设计和安排，使设计出来的建的作用。施，在具体实施的过程中，让建筑设计的创新方法筑更加得完美。联系性建筑设计方法就是对建筑设四、建筑设计创新方法的过程沿着创新方法自身的方向发展，从而达到成功，让计中相互联系的诸多方面进行充分的考虑，由于建1．准备阶段建筑设计的创新方法的成功率达到更高。目前，对筑与周围的环境有着种种相互联系和作用，因此在在建筑设计创新方法的准备阶段，要对创新客建筑设计创新方法的控制有很多的方面，因为建筑进行建筑设计时，不仅要对建筑本身的系统进行考体进行仔细的考察。在建筑设计创新方法的准备阶设计发展的多面性，创新方法的过程控制一定是在察，还要对建筑周围的外部环境进行考察，从而使段，极有可能会涉及到可能性空间的概念，所以建满足创新方法的客观条件和主观条件下进行的。根设计的建筑与周围的环境能够很好地融合。筑设计师要对可能性空间的概念有一个大致的了据创新过程的出发点不同，应该将建筑设计的创新(3)动态性和最优化建筑设计方法解。可能性空间的概念主要是指在建筑设计发展变方法分为不同的类型。并且，随着创新过程的不断动态性建筑设计方法就是要求在进行建筑设计化中，所有面临的各种可能性的集合。对于建筑设深入，建筑设计创新方法会面临很多的问题，这就时，既要立足于现在，又要兼顾建筑未来的发展。计来讲，这种可能性空间也会受到外部条件的影响，需要建筑设计者在建筑设计创新的过程中，不断修对建筑发展变化的方向、趋势、应用和规律进行仔由于这些外部条件对建筑设计造成了一定的影响，正自己前进的方向。细的探索。最优化建筑设计方法认为建筑形成的过从而形成了建筑设计创新的可能性的空间。建筑设五、结语程实际上是差异整合的过程，在建筑设计的过程中，计的创新不是单一的，而是多方面、多角度的，在随着社会和经济的不断发展，我国的建筑行业对建筑的各个部分进行有效的整合，从而激发出建所进行的建筑工程中，并不是建筑设计的各个方面只有不断地去追求卓越，不断地去进行创新才能推筑正面的整体效应。都能够实现建筑设计的创新的，因此在建筑物进行动建筑业更快更好的发展，在我国只有进行建筑设4．数字技术建筑设计创新中的运用施工之前，要对所设计的建筑的各个方面进行仔细计创新，才能为建筑行业开辟更加广阔的空间，才随着科技的进步和社会的不断发展，数字技术的研究，看所设计的建筑在哪些方面可以进行创新，能使设计出来的建筑更加适合人们居住。但在进行已经融入到了人们的工作和生活之中，它在对人们在哪些方面是绝对不可能进行创新的，以做好建筑建筑设计创新时，要对我国的国情进行充分的考虑，的工作和生活造成巨大的影响的同时，也对建筑设设计创新方法的准备阶段。同时还要融合当地的传统文化，而且我们的建筑设计方面造成了很大的影响，并给建筑设计带来了新2．选择阶段计人员和工作人员也要兢兢业业，这样才能创造出的发展。和以前的简单形体相比，数字技术更多地在建筑设计者得知建筑设计创新的客体具有创优秀的建筑设计作品。是追求多元的审美情趣。在形体塑造方面，数字技新的可能性之后，不是盲目地选择一个可行的创新参考文献术一改以往现代主义的单一形体，逐渐体现为非线方案进行建筑设计，而是要从所有的可行的创新方[1]王清友，李志锋．浅谈建筑设计上的协调与创新性形体的倾向。在建筑设计领域中，数字技术的应案中选出一个最为有效的，也最符合这个建筑的创[J]．民营科技，2009(05)．用更促进了这种多元化的趋向，建筑师在电脑中可新方案。因为有些可行的创新方案是建筑设计者在[2]逢辉．绿色建筑的设计、评价与推广策略[J]．建以将自己所设计的建筑模型的形体进行任意的扭曲偶然的情况下或者无意识的情况下产生的，这一创材技术与应用，2011(04)．和变形，并且还能对建筑模型的形体进行复杂的加新方案虽然可行，但是用上之后效果不一定会很好。[3]段盛华．编码与解码一设计思维中的音乐感知应减处理。以前人们将数字技术看成是非建筑的因素，而且与最优的方案相比，要花费更多的财力、物力用探究[D]．南京艺术学院，2012．但是随着数字媒介文化的兴起，人们又将原来被看和人力。因此，当所有的创新方案出台后，建筑工(作者单位：天津华厦建筑设计有限公司)成是非建筑因素的数字技术推到了前台，在图像文程的负责人要根据实际情况选出最优的创新设计方化的影响下，使得建筑设计者能够更好地营造和烘案。(上接第21页)艺术魅力。将传统的精髓发扬，并加入全新的设计理念，使其用形式有主要了解。现代建筑中追求的是从功能当中寻找设计感，有更加广阔的发展空间。建筑史中普遍认为建筑发展史其实就是一个从这就使得建筑师从固有的框架中跳脱出来，形成一参考文献无到有的过程，伴随着城市文明的不断深入，人们种全新的设计风格。这里提到的本原和原型之间还[1]崔英伟．城市规划学科本原初探[J]．河北建筑工的目标已经不单单是满足生存需要，还需要满足军是存在着较大的差别，最主要的差别就是本原是无程学院学报，2012．事、政治、休闲、娱乐等各种要求，人们在进行建形的，但是原型确实能够看得见的实体。设计进入[2]邓然．城市规划的本原与外延—读《地方政府的筑设计时也确实是朝着这一目标在发展。但是建筑到无形状态，从无形发展到有形是寻求本原的基本规划实践》有感[J]．科技信息，2011．各种其他功能和目的的出现，也无形中降低了最基形式。(作者单位：广西华锐钢铁工程设计咨询有限责任本的本质性要求，将建筑的本原弱化了，妨碍了建三、结语公司(原广西钢铁设计院)545002)筑艺术的不断发展。建筑师已经习惯的是按部就班总而言之，从本原中进行设计工作，就是一种的设计理念，习惯将自己的设计建立在已经存在的从无形发展到有形的基本操作模式，整个过程是一事物中，因此局限性较大，发挥不出多大的功能与种建筑形式的变革。其不是为了对历史说不，而是23