1、抗疲 劳设计相关条文宣贯徐 俊2015.12.20公路 钢结构桥梁设计规范主要内容基本概念验算公式荷 载作用疲劳荷载模型的计算其他影响因素结构 抗力疲劳曲线疲劳细节ks的影响勘 误条文说明 5.5.8 = 5106 = 25 1/3=0.737条文说明 5.5.8最后一段如果这个应力谱中的所有应力幅均低于细节类别的 常幅疲劳极限什么是疲 劳定义：材料、零件和构件在 循环加载 下，在某点或某些点产生 局部 的永久性损伤，并在一定 循环次数后 形成 裂 纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。特点：受 拉 ，且存在 往复 加载（非单调加载）名义破坏荷载 低于 材料的屈服强度必须经过多次加载（往往
2、超过 10 000次加载循环）存在裂纹萌生、裂纹稳态扩展、彻底破坏三个阶段疲 劳试验1000000 1E7 1E86080100120140Ds(MPa)cycles = 有限寿命区域 无限寿命区域韦勒曲线（ S-N曲线）Miner线性积商法则疲 劳应 力幅 1疲 劳应 力幅 2疲 劳应 力幅 3疲 劳应 力幅 4 n4/N4n1/N1n2/N2n3/N3 = 11+ 22+ 33+ 44+ 1ni为应力幅 i实际的加载次数时间（ cycle）Ni为构件在 S-N曲线上 对应于 应力幅 i的寿命（ cycle）疲 劳的其他影响因素材料尺寸效应：轧制程度、应力梯度、缺陷数量应力：应力比 = 、平
3、均应力 = +2局部应力：构造细节、缺陷情况、表面处理验算公式基本公式： 推导公式：荷载 模型 I ， 荷载 模型 II、 III 2 ， 2 荷载模型 III额外 ( 2/)3+(2/)51.0荷 载作用的计算公式荷载模型 I = (1+)( ) = (1+)( )荷载模型 II、 III2 = (1+)( ) = 2 = (1+)( )=参数 说明为 疲劳荷载分项 系数 ，取为 1.0M为 疲劳抗力分项 系数 ,对重要构件取 1.35，对次要构件取 1.15损伤等效 系数为 按疲劳荷载模型 I计算得到的正应力 幅 (MPa)为 按疲劳荷载模型 I计算得到 的 剪 应力幅 (MPa)2按 2
4、E6次常幅疲劳循环换算得到的等效常值 正 应力幅（ MPa）2按 2E6次常幅疲劳循环换算得到的等效常值剪应力幅（ MPa）为 正应力常幅疲劳极限（ MPa）为 剪应力幅疲劳截止限（ MPa）为正应力 疲劳 细节类别（ MPa）为剪应力 疲劳 细节类别（ MPa）为 尺寸效应折减系数为动力 放大系数荷 载模型荷载模型 I车道荷载，用于无限疲劳寿命验算荷载模型 II车队（两车）荷载，用于有限疲劳寿命验算荷载模型 III车辆荷载，用于桥面系构件的有限疲劳寿命验算疲 劳荷载模型 I荷载集中荷载为 0.7Pk，均布荷载为 0.3qk考虑多车道效应按杆系方法算内力再按材料力学方法计算应力适用范围主梁、主
5、桁片验算方法：无限疲劳寿命，简单验算结论：偏保守，不满足时可改用模型 II复核（ 但 不是所有时候结果都比模型 II的结果小）疲 劳荷载模型 II荷载荷载布置双车车队：中心距大于 40m（车辆增多对疲劳的影响增大不多）按杆系方法算内力再按材料力学方法计算应力适用范围主梁、主桁片等验算方法：有限疲劳寿命4 0 k N 6 0 k N 8 0 k N 8 0 k N2 . 0 7 . 0 1 . 41 0 5 k N 8 0 k N2 . 5 1 . 444.5吨 14.3m疲 劳荷载模型 III荷载荷载布置单车加载：按杆系方法或者壳单元有限元算应力适用范围桥道系纵横梁、正交异性板、非车辆直接作用
6、的横向连接系不适用2.01 . 2 6 . 0 1 . 21 2 0 k N 1 2 0 k N 1 2 0 k N 1 2 0 k N1 . 2 6 . 0 1 . 2( a )( b )0 . 20.648.0吨 8.4m的 计算计算公式： = 1234 max影响因素：结构跨度（影响线有效长度） 1年交通流量 2设计使用寿命（非设计基准期） 3多车道效应 44321 1的 计算计算公式L大于 80m时取为 80m， L小于 10m时取为 10m)10(01.055.2l1.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.710 20 30 40 50 60 70 80l (m
7、)1)10(015.00.2l)30(01.07.1l1.51.61.71.81.92.02.12.22.32.42.510 20 30 40 50 60 70 80l (m)1跨中 梁端用于弯曲正应力计算：对于简支梁，取其跨径值；对于连续梁跨中部位截面 (如图 D.0.1-2)，取验算截面所在跨的跨径值；对于连续梁支承部分截面 (如图 D.0.1-2)，取相邻两跨跨径的平均值；对于桥道横梁， 取相邻小纵梁跨径之和 。用于剪应力计算：对于支承部分截面 (见图 D.0.1-2)，取验算截面所在跨的跨径值；对于跨中部分截面 (见图 D.0.1-2)，取验算截面所在跨跨径的 0.4倍。用于拱桥计算：
8、对于吊杆，取 2倍的吊杆 间距 ；对于拱圈（或拱肋），取拱跨跨径一半。跨 中 部 分 支 承 部 分 跨 中 部 分L1L20 . 1 5 L10 . 1 5 L20 . 1 5 L2图 D.0.1-22的 计算计算公式 2 = 0480( 0.56)1/50为 疲劳荷载模型车总重，对于模型 II为 445kN；对于模型 III为 480kN所计算主 车道 上 的 重车 (总重大于 10吨 )年交通量（预测年），应通过对近似交通状态 道路交通调查得到的 计算计算公式 = 0.95计算车道所在行车方向上的年总交通量j 计算车道所在行车方向上的总车道数p 交通等级 重车比率 p1 港口 、 矿区等
9、以货运为主功能的高速公路或一级公路 80%2 其它高速公路或一级公路 40%3 二级公路 20%4 三 、 四级公路 10%3的 计算计算公式 3 = （ 100） 1/5为 构件的设计使用寿命 (年 )4的 计算对荷载模型 II4 = 1+ 21215 + 115 1/5第 k车道上的重车交通量第 k车道上形成应力幅的内力影响线值1和 1为计算 所用到车道的 重车 交通量和 内力影响线 值对荷载模型 III 4 =1.01 . 8)30(018.08.1l1.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.710 20 30 40 50 60 70 80l (m)130 105.
10、2l2 . 01.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.710 20 30 40 50 60 70 80l (m)1的 计算计算公式L大于 80m时取为 80m， L小于 10m时取为 10m跨中 梁端 其他影响因素伸缩缝处动力效应 = 0.3 16 60 6D为计算位置到伸缩缝的距离承受压应力时对 的折减条件：非 焊结构或消除残余应力的结构，且 min 0 = max +0.6 min横向分布的影响疲劳荷载模型 III仅适用于正交异性板4 = 1 +2 213+5 513 1/3P 10 . 5P 30 . 18P 20 . 18P 50 . 07P 40 . 07疲劳
11、荷载模型 I I I 车轮加载最不利位置( m )0 . 1 0 . 1 0 . 1 0 . 1 0 . 1加载区域4加载区域2加载区域1加载区域3加载区域5位置概率应力影响面0 . 00 . 51 . 01 . 52 . 02 . 53 . 03 . 54 . 04 . 55 . 05 . 56 . 00 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0- 0 . 50 . 00 . 51 . 01 . 52 . 02 . 50 . 00 . 51 . 01 . 52 . 02 . 53 . 03 . 54 . 04 . 55 . 05 . 56 . 00 . 00 . 20 . 4
12、0 . 60 . 81 . 0- 0 . 50 . 00 . 51 . 01 . 52 . 02 . 5疲劳细节曲线204060801002001055 x 1051065 x 1061075 x 1071085 x 108荷载计数 ( c y c le )应力(MPa)轮迹带中心线影响线加载范围疲劳荷载模型 3加载影响线28 17 17 7 7 5 5 4 4 3 3 抽样对应轮位处影响线车道中心线（ 轮迹带中心线 ）注意事 项其他动力效应（冲击）已在荷载模型中考虑对采用荷载模型 III验算的杆件来说，计算 1时应考虑横梁或横隔板的影响考虑压应力影响折算 时 ， 与 计算应 按 恒载 +疲劳
13、荷载模型 的模式计算，荷载组合系数均取 1.0正 应力疲劳曲线1 01 0 01 0 0 01 . 0 E + 0 4 1 . 0 E + 0 5 1 . 0 E + 0 6 1 . 0 E + 0 7 1 . 0 E + 0 8 1 . 0 E + 0 91 6 01 4 01 2 51 1 01 0 09 08 07 06 05 55 04 54 03 5lgR（MPa）l g N疲 劳 细 节 类 别 C常 幅 疲 劳 极 限 D截 止 限 Lm = 3m = 511剪 应力疲劳曲线1 01 0 01 0 0 01 . 0 E + 0 4 1 . 0 E + 0 5 1 . 0 E + 0 6 1 . 0 E + 0 7 1 . 0 E + 0 8 1 . 0 E + 0 9lgR（MPa）l g N1 0 08 0疲 劳 细 节 类 别 C截 止 限 Lm = 51计算公式正应力 = 2106 = 3, 5106 = 5106 = 5,5106 108 = 0.737， = 0.549剪应力 = 2106 = 5， 108 = 0.457疲 劳细节基材和机械连接焊接截面对接焊缝焊接附连件及加劲肋其他对接承载焊缝钢管接头格 构梁接头正交异性板细节
