针对公路钢结构桥梁疲劳设计规范中疲劳抗力分项系数的初步校核

摘要

疲劳破坏是钢结构桥梁的主要破坏形式之一，各类钢桥的疲劳破坏案例在我国以及世界范围内屡见不鲜。为了防止钢结构桥梁的疲劳破坏，我国于2015年12月1日正式发布实施《公路钢结构桥梁设计规范》；与早期钢结构桥梁设计所依据的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》相比，新规范中钢桥的疲劳设计内容得到了彻底修改，这使得我国钢结构桥梁的疲劳设计规范和现行国外规范同步。由于该规范的发布时间较近，目前还未发现对规范中的疲劳设计方法所具有的可靠度指标进行校核的相关文献。
　　本文基于可靠度理论，对《公路钢结构桥梁设计规范》中采用疲劳荷载模型Ⅱ作为设计疲劳荷载的设计方法二的抗力分项系数进行了校核。文章主要内容如下：
　　（1）运用可靠度理论计算了我国《公路钢结构桥梁设计规范》中疲劳设计方法二对单车道简支梁桥进行疲劳强度设计时应该取用的抗力分项系数。并在假定应力幅服从Rayleigh分布的基础上，计算了疲劳抗力分项系数随不同参数的变化趋势。
　　（2）基于河北及浙江地区的车辆荷载实际统计数据，通过静力影响线法计算了车辆通过钢结构桥梁时产生的疲劳应力幅统计值，结合针对规范中抗力分项系数的计算式，得到了桥梁跨径，桥梁设计寿命，重车质量下限值为不同取值的情况下，抗力分项系数计算结果，分析了抗力分项系数随上述参数的变化趋势。
　　（3）为了考虑车辆荷载通过桥梁时的动力效应，编制了车桥耦合振动求解程序，计算得到桥梁所受到的动应力幅统计值；并以此为基础分析了桥面不平整度，车辆速度对抗力分项系数计算结果的影响。
　　（4）通过对抗力分项系数计算结果的分析，本文认为：抗力分项系数的计算值表现出了明显的地域差别；基于河北车辆荷载统计数据计算所得的抗力分项系数明显高于浙江地区的相应计算结果。针对河北地区，抗力分项系数的计算结果高于《公路钢结构桥梁设计规范》中的规定取值。而针对浙江地区，在桥梁跨径较短以及路面不平整度较高的情况下，抗力分项系数的计算结果同样高于规范的规定取值。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 疲劳问题的提出及发展历史

1.3 钢结构桥梁疲劳设计方法的研究现状

1.4 结构疲劳可靠性理论的发展过程及应用情况

1.5 基于可靠度理论的规范校核方法

1.6 《公路钢结构桥梁设计规范》的主要改进内容

1.7 本文主要研究内容

第二章 几个国家钢结构桥梁抗疲劳设计方法的比较

2.1 前言

2.2规范中的疲劳荷载模型

2.3规范中的疲劳细节分类

2.4规范中的抗疲劳设计方法

2.5 总结

第三章 基于可靠度指标的疲劳设计校核应用

3.1 前言

3.2 基于S-N曲线和Miner准则的疲劳可靠度表达式

3.3 规范中抗力分项系数的校核公式

3.4 基于应力分布假设的抗力分项系数初步计算

3.5 小结

第四章 基于静力分析的疲劳设计方法校核

4.1 前言

4.2 基于WIM的车辆荷载统计及作用效应分析

4.3 车辆荷载样本的抽选

4.4 基于影响线法的应力幅统计值的计算及分析

4.5 应力幅统计值的计算结果

4.6 基于应力幅统计值的设计公式可靠度校核

4.7 分项系数随不同参数的变化趋势

4.8 小结

第五章 基于动力分析的疲劳设计方法校核

5.1 前言

5.2 车桥耦合振动方程的建立

5.3 疲劳分项系数的校核

5.4 小结

第六章 本文结论与不足之处

6.1 结论

6.2 本文研究内容的不足之处

参考文献

致谢