钢-UHPC组合桥面疲劳评估方法中外规范对比.pdf
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1、桥梁建设 年第 卷第期(总第 期)B r i d g eC o n s t r u c t i o n,V o l ,N o ,(T o t a l l yN o )收稿日期:基金项目:桥梁结构健康与安全国家重点实验室开放课题(B H S K L G F)O p e nP r o j e c to fS t a t eK e yL a b o r a t o r yf o rH e a l t ha n dS a f e t yo fB r i d g eS t r u c t u r e s(B H S K L G F)作者简介:高立强,高级工程师,E m a i l:g a o l i q
2、 i a n g c o m.研究方向:桥梁与结构工程.文章编号:()D O I:/j i s s n 钢 U H P C组合桥面疲劳评估方法中外规范对比高立强,余丽辉,王康宁,张佳斌,秦世强(桥梁智能与绿色建造全国重点实验室,湖北 武汉 ;中铁大桥科学研究院有限公司,湖北 武汉 ;武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北 武汉 )摘要:为分析中外规范对钢 UH P C组合桥面疲劳评估的适用性,以武汉军山长江大桥加固改造工程为背景,分别利用美国规范AA S HT O L R F DB r i d g eD e s i g nS p e c i f i c a t i o n s、欧洲规范E u r
3、 o c o d e:D e s i g no fS t e e lS t r u c t u r e s(B SE N :)、日本规范 道路桥示方书同解说(钢桥篇)和中国规范 公路钢结构桥梁设计规范(J T GD )评估该桥正交异性钢桥面板经UH P C铺装层加固后的疲劳性能和剩余寿命.采用A b a q u s软件建立钢 UH P C组合桥面节段模型,采用中外规范的标准疲劳车加载,计算各疲劳细节处的应力幅值,并对比分析各疲劳细节处的应力水平;同时对运营状态下各疲劳细节处开展连续动应变监测,获取各疲劳细节处实测应力时程,对钢桥面板进行疲劳寿命评估.结果表明:美国规范更适用于重车比例较高的桥梁
4、,欧洲规范更适用于桥面板较厚的桥梁,日本规范更适用于桥面宽度较小的桥梁,中国规范均可适用.当横隔板弧形切口应力水平较高时,美国规范疲劳评估结果的安全性不佳;在桥面板纵肋对接焊缝处,美国规范和日本规范的常幅疲劳极限值较欧洲规范分别低 和 ,较中国规范分别低 和 ;当桥面板纵肋对接焊缝应力幅为 MP a时,采用美国规范和日本规范进行评估的结果更安全.除横隔板弧形切口和纵肋对接焊缝外的其余疲劳细节,中外规范给出的常幅疲劳极限值比较接近,评估结果均为无限寿命.关键词:桥梁工程;正交异性钢桥面板;钢 UH P C组合桥面;中外规范;疲劳评估方法;疲劳性能;疲劳寿命;应力监测中图分类号:U ;U 文献标志
5、码:AC o m p a r i s o no fM e t h o d s t oE v a l u a t eF a t i g u eo fS t e e l U H P CC o m p o s i t eD e c k i nM u l t i p l eS p e c i f i c a t i o n sG A OL i q i a n g,Y UL i h u i,WA N GK a n g n i n g,Z H A N GJ i a b i n,Q I NS h i q i a n g(S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fB r i d
6、g e I n t e l l i g e n t a n dG r e e nC o n s t r u c t i o n,Wu h a n ,C h i n a;C h i n aR a i l w a yB r i d g eS c i e n c eR e s e a r c hI n s t i t u t eC o,L t d,Wu h a n ,C h i n a;S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e,Wu h a nU n i v e r s i t yo fT e
7、c h n o l o g y,Wu h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h eo r t h o t r o p i cs t e e ld e c ko fJ u n s h a nC h a n g j i a n gR i v e rB r i d g e i n Wu h a nh a sb e e nr e t r o f i t t e da n dp a v e d w i t ha UH P Cl a y e r I nt h i sp a p e r,t h e m e t h o d st oe v a l u a t et h ef a
8、 t i g u ep r o p e r t ya n dr e s i d u a l l i f eo ft h es t e e l UH P Cc o m p o s i t ed e c kg i v e ni nm u l t i p l es p e c i f i c a t i o n sa r ec o m p a r e d,i n c l u d i n g t h eA A SHT OL R F DB r i d g eD e s i g nS p e c i f i c a t i o n s(r e f e r r e d t oa sAA S HT OL R
9、F Dh e r e a f t e r),E u r o c o d e:D e s i g no fs t e e lS t r u c t u r e s(E u r o c o d ef o rs h o r t),J a p a n sR o a dB r i d g e sS p e c i f i c a t i o n:P a r t S t e e lB r i d g e s(t h eJ a p a n e s es p e c i f i c a t i o nf o rs h o r t)a n dC h i n a sS p e c i f i c a t i o
10、n sf o rD e s i g no f H i g h w a yS t e e lB r i d g e(J T G D ,t h eC h i n e s es p e c i f i c a t i o n钢 UH P C组合桥面疲劳评估方法中外规范对比高立强,余丽辉,王康宁,张佳斌,秦世强f o rs h o r t)N u m e r i c a ls e g m e n t a lm o d e l so f t h es t e e l UH P Cc o m p o s i t ed e c kd e v e l o p e di nA b a q u sw e r e
11、l o a d e dw i t hl o a d i n gv e h i c l e sr e q u i r e di nt h e s es p e c i f i c a t i o n st oc a l c u l a t et h es t r e s sr a n g e so fs e l e c t e df a t i g u e d e t a i l s,a n d c o m p a r e a n d a n a l y z et h es t r e s sl e v e l sa tt h ef a t i g u e d e t a i l s M e a
12、 n w h i l e,c o n t i n u o u sd y n a m i cs t r a i nm o n i t o r i n gw a sc o n d u c t e dw h e nt h eb r i d g ew a s i ns e r v i c es t a t e,t oo b t a i nt h em e a s u r e ds t r e s st i m eh i s t o r ya tt h e s ef a t i g u ed e t a i l s,s oa st oe v a l u a t et h ef a t i g u e l
13、 i f eo ft h es t e e ld e c kA sp e rt h ea n a l y s i s,i ti sb e t t e rt oc o n s u l tAA S HT O L R F Di ne v a l u a t i n gt h ef a t i g u el i f eo fb r i d g e ss e r v i n gh i g h e rv o l u m eo fh e a v yv e h i c l e s,E u r o c o d ef o rb r i d g e sw i t h t h i c k e rd e c kp l
14、a t e s,J a p a n e s e s e p c i f i c a t i o n f o r r e l a t i v e l yn a r r o wb r i d g e s,a n dC h i n e s es p e c i f i c a t i o nc a nb e c o n s u l t e d i na l l t h e s em e n t i o n e dc o n d i t i o n s W h e n t h e s t r e s s e s i n t h e a r c c u t o u t si n t h ed i a p
15、 h r a g m sr e a c hh i g hl e v e l s,t h ef a t i g u el i f ee v a l u a t e dc o n s u l t i n gA A S HT O L R F Di so fl o wp r e c i s i o n F o r t h e c o n s t a n t a m p l i t u d e f a t i g u e l i m i t s a t t h eb u t t j o i n t sb e t w e e nd e c kp l a t ea n d l o n g i t u d i
16、 n a lr i b sc a l c u l a t e dc o n s u l t i n gt h eA A S HT O L R F Da r e l o w e rt h a nt h eJ a p a n e s es p e c i f i c a t i o na n d l o w e rt h a nE u r o c o d e W h i l et h ec o n s t a n t a m p l i t u d ef a t i g u el i m i t sc a l c u l a t e dc o n s u l t i n gt h eA A S H
17、T OL R F Da n dt h eJ a p a n e s es p e c i f i c a t i o na r e a n d l o w e rt h a nt h a tc a l c u l a t e dc o n s u l t i n g t h eC h i n e s e s p e c i f i c a t i o n,r e s p e c t i v e l y W h e nt h es t r e s s e s i nt h eb u t t j o i n t sb e t w e e nt h es t e e ld e c kp l a t
18、e a n d l o n g i t u d i n a l r i b s a r ew i t h i nt h e r a n g eo f t o M P a,i t i sp r o p e r t oc o n s u l tA A S HT OL R F Da n dt h eJ a p a n e s es p e c i f i c a t i o nf o re v a l u a t i o n F o rt h ef a t i g u ed e t a i l sb e s i d e st h ea r cc u t o u t si nd i a p h r a
19、 g m s a n db u t tj o i n t sb e t w e e nt h es t e e ld e c kp l a t ea n dl o n g i t u d i n a lr i b s,t h ef a t i g u ee v a l u a t i o n sc o n s u l t i n ga l l t h e f o u rd i f f e r e n t s p e c i f i c a t i o n s a r e a p p r o x i m a t e,i n d i c a t i n ga n i n f i n i t e f
20、 a t i g u e l i f e K e yw o r d s:b r i d g ee n g i n e e r i n g;o r t h o t r o p i cs t e e ld e c k;s t e e l UH P Cc o m p o s i t ed e c k;C h i n e s ea n df o r e i g ns p e c i f i c a t i o n;f a t i g u e e v a l u a t i o nm e t h o d;f a t i g u ep e r f o r m a n c e;f a t i g u e l
21、 i f e;s t r e s sm o n i t o r i n g引言正交异性钢桥面板具有自重轻、承载力高、使用范围广、施工便捷等优势,被广泛应用于各类型钢桥 .然而,钢桥面板构造复杂、初始缺陷及焊缝较多,导致其应力集中十分明显,使得其在车辆荷载及环境因素作用下容易出现疲劳开裂病害,并且超载越严重,疲劳开裂情况越明显 .为控制钢桥面板疲劳开裂、延长结构实际使用寿命,中外规范均给出了针对钢桥面板疲劳验算与疲劳寿命评估的相关规定.由于不同国家的规范采用的疲劳验算方式、疲劳细节划分方式以及SN(应力幅值循环次数)曲线形式均是基于各国的研究水平和实际国情而定的,因此,在进行钢桥面板疲劳验算和疲
22、劳寿命评估时,需要了解不同规范的适用性.针对不同规范在钢桥面板疲劳评估中的适用性,许多学者已经做了深入的研究.周尚猛等从抗疲劳设计、疲劳损伤累计准则和疲劳寿命评估个方面对比了中国、英国、欧洲规范的异同;侯登高关注了中国、欧洲规范下焊接细节的疲劳性能;贾恩实等 基于美国、欧洲规范对国内某座钢桥的疲劳性能进行了验算;林高原等 比较了中国、美国、欧洲、日本规范在疲劳细节划分和SN曲线的差异;吴臻旺等 对比分析了中国、美国、欧洲、英国、日本规 范中标准疲劳 车的具体参 数;魏孟春等 总结了中国、欧洲、日本规范定义的标准疲劳车参数和疲劳评估方法,对正交异性钢桥面板常见疲劳细节的疲劳强度进行了数值分析.上
23、述研究成果表明,不同国家不同时期的疲劳规范在抗疲劳设计、疲劳细节划分、疲劳损伤累计准则和疲劳寿命评估方式等方面存在一定差异,在进行钢桥面板疲劳评估时结果差异较大,如何根据不同规范的适用情况合理地选取规范,在实际工程应用中显得尤为重要.然而,上述研究均以正交异性钢桥面为研究对象评估不同规范的适用性,而鲜有以钢 UH P C组合桥面为对象的钢桥疲劳规范适用性研究.考虑到钢 UH P C组合桥面是现阶段解决正交异性钢桥面板疲 劳 问 题 的 主 流 方 法,对 于 加 固 后 形 成 的 钢UH P C组合桥面的疲劳评估是很有必要的.同时不同钢桥疲劳规范的评估结果可能存在差异,需要对不同规范在钢 U
24、H P C组合桥面疲劳评估中的适用性进行研究.为分析中外规范对于钢 UH P C疲劳评估的适用性,本文以武汉军山长江大桥加固改造工程为背景,分别对比美国AA S HT OL R F DB r i d g eD e s i g nS p e c i f i c a t i o n s(以 下 简 称 美 国 规 范)、欧 洲E u r o c o d e:D e s i g n o fS t e e lS t r u c t u r e s(B S E N桥梁建设B r i d g eC o n s t r u c t i o n ,():,以下简称欧洲规范)、日本 道路桥示方书 同 解说(钢
25、桥篇)(以 下简称日本 规范)和中国 公路 钢 结 构 桥 梁 设 计 规 范(J T GD ,以下简称中国规范)在钢 UH P C组合桥面疲劳评估中的适用性.根据武汉军山长江大桥加固改造工程实际情况,通过有限元模型获取疲劳易损细节在不同疲劳荷载模型下的应力水平,并结合中外规范评估其疲劳寿命;利用现场应力监测数据,根据各规范评估改造后正交异性钢桥面板的剩余疲劳寿命.工程背景武汉军山长江大桥主桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥,跨径布置为()m,见图.主跨主梁采用单箱五室扁平钢箱梁,其/横截面见图.图武汉军山长江大桥主桥立面布置F i g E l e v a t i o nV i e wo fM a i
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