公路钢结构桥梁设计规范 JTGD64-2015-5构件设计(疲劳)

5构件设计（疲劳）吴冲同济大学桥梁工程系[e-mail]《公路钢结构桥梁设计规范》公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲15.5.1结构构件与连接疲劳验算细节5.5.1承受汽车荷载的结构构件与连接，应按疲劳细节类别进行疲劳验算。公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲25.5.1结构构件与连接疲劳验算细节公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲35.5.1结构构件与连接疲劳验算细节公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲45.5.1结构构件与连接疲劳验算细节公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲55.5.1结构构件与连接疲劳验算细节公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲65.5.2疲劳荷载疲劳荷载计算模型I用于验算全局受力构件是否具有无限疲劳寿命采用等效的车道荷载，集中荷载为0.7Pk，均布荷载为0.3qk。Pk和qk按公路—I级车道荷载标准取值应考虑多车道的影响，横向车道布载系数应按现行《公路桥涵设计通用规范》JTGD60的相关规定选用动力放大系数验算伸缩缝附近构件时，疲劳荷载应乘以额外的放大系数D——验算截面到伸缩缝的距离（m）。0.3qk0.7Pk0.3(1)6606DDD公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲75.5.2疲劳荷载疲劳荷载模型II当构件和连接不满足疲劳荷载模型I验算要求时，按模型II验算用于验算全局受力构件在其设计使用期内的安全性40kN60kN80kN80kN2.07.01.4105kN80kN2.51.4公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲85.5.2疲劳荷载疲劳荷载模型III桥面系构件应采用疲劳荷载计算模型III采用疲劳荷载计算模型III计算正交异性板疲劳应力时，应考虑车轮在车道上的横向位置概率。加载区域1应布置在横向最不利位置（5.5.7条）2.01.26.01.2120kN120kN120kN120kN1.26.01.2(a)(b)0.20.60.50.180.180.070.07疲劳荷载模型III车轮加载最不利位置(m)0.10.10.10.10.1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位置概率公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲95.5.8疲劳强度疲劳寿命：疲劳失效以前所经历的应力循环次数N12logloglogloglog(2)logDDLLNCmNCmN剪应力S－N曲线：在一定的应力幅σ下进行常幅疲劳试验，测出试件断裂时对应的疲劳寿命N，然后把试验结果画在以logσ为纵坐标，以logN为横坐标的图纸上，这种曲线称为疲劳曲线。疲劳曲线示意图m和C1、C2均为常数。D称为“常幅疲劳极限”；L称为“截止极限”，钢结构m≈3影响因素：钢材种类、构造细节、加工制作方法、应力状态、细节的初始缺陷与残余应力、应力集中程度、不同构造细节的疲劳寿命差异很大，对应力幅的大小很敏感Nc=2×106NDNLogogNCDL1(2)2mDmDLLNCNCN公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲105.5.8疲劳强度正应力幅疲劳强度曲线(1/3)CC=250.737D(1/5)C=51000.5490.405LDD公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲115.5.8疲劳强度剪应力幅疲劳强度曲线公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲125.5.8疲劳强度缆索构件的疲劳细节曲线（13.2.2条）表13.2.3缆索构件的疲劳细节构造分类受拉构件类型构造分类Δc[MPa]钢丝绳150平行钢绞线束160平行钢丝束160公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲135.5.4无限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型I）验算式未消除残余应力后的焊接构件疲劳应力为拉-压循环的非焊接构件以及消除残余应力后的焊接构件gFf——疲劳荷载分项系数，取1.0；gMf——疲劳抗力分项系数，对重要构件取1.35，对次要构件取1.15；ks——尺寸效应折减系数，(横向对接焊缝);未说明时，取ks=1.0；D——正应力常幅疲劳极限（MPa），根据附录C中对应的细节类别按图5.5.8-1取用；tL——剪应力幅疲劳截止限（MPa），根据附录C按图5.5.8-2取用；pmax、pmin——将疲劳荷载模型按最不利情况加载于影响线得出的最大和最小正应力（MPa）；tpmax、tpmin——将疲劳荷载模型按最不利情况加载于影响线得出的最大和最小剪应力（MPa）/FfpSDMfkggMfLpFfgttg/))(1(minmaxppp))(1(minmaxppptttmaxmin0.6pppmaxmin(1)(0.6)ppp0.2=25/25SkttmmNc=2×106NDNLogogNCDL(1/5)C=51000.5490.405LDD公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲145.5.5(5.5.6)有限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型II,III）验算式未消除残余应力后的焊接构件疲劳应力为拉-压循环的非焊接构件以及消除残余应力后的焊接构件C、tC——疲劳细节类别（MPa），为对应于2000000次常幅疲劳循环的疲劳应力强度根据附录C和图5.5.8-1、5.5.8-2取用；E2、tE2————按2000000次常幅疲劳循环换算得到的等效常值应力幅（MPa）pmax、pmin——将疲劳荷载模型按最不利情况加载于影响线得出的最大和最小正应力（MPa）；tpmax、tpmin——将疲劳荷载模型按最不利情况加载于影响线得出的最大和最小剪应力（MPa）maxmin0.6pppmaxmin(1)(0.6)pppgNc=2×106NDNLogogNCDL2/FfEsCMfkggMfCEFfgttg/235221.0//FfEFfEsCMfCMfkggtgtg)()1(minmax2ppEg)()1(minmax2ppEttgt公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲155.5.5(5.5.6)有限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型II,III）损伤等效系数gg1：损伤效应系数g2：交通流量系数g3：设计寿命影响系数g4：多车道效应系数gmaxg4321gggggmaxgg，30105.2l2.01.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.71020304050607080l(m)γ11.8)30(018.08.1l1.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.71020304050607080l(m)γ1(a)跨中部分(b)支承部分图D.0.5针对弯矩的gmax公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲165.5.5(5.5.6)有限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型II,III）损伤效应系数g1根据验算构件影响线（面）的临界长度l，按图D.0.1-1取值。当l大于80m，按80m计；当l小于10m时，按10m计。g，(a)跨中部分(b)支承部分图D.0.1针对弯矩的g1)10(01.055.2l1.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.71020304050607080l(m)γ1)10(015.00.2l)30(01.07.1l1.51.61.71.81.92.02.12.22.32.42.51020304050607080l(m)γ1公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲175.5.5(5.5.6)有限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型II,III）损伤效应系数g1验算截面对应的临界长度l弯矩计算：►简支梁，取其跨径值；►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；►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；►桥道横梁，取相邻桥道纵梁跨径之和。剪力计算：►支承部分截面(见图D.0.1-2)，取验算截面所在跨的跨径值；►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。拱桥计算：►吊杆，取2倍的吊杆间距长度；►拱圈，取拱跨跨径一半。g，(图D.0.1-2跨中部分与支承部分的范围划分g1跨中部分支承部分跨中部分L1L20.15L10.15L20.15L2公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲185.5.5(5.5.6)有限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型II,III）交通流量系数g2Q0——疲劳荷载模型车总重，模型II为445kN；模型III为480kNNty——慢车道或主车道的重车(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进行交通调查得到，当无可靠数据时可参考下式计算：(D.0.2-2)Nty——计算车道所在行车方向上的年总交通量（预测年）；p——重车在总交通量中所占的比率，当无可靠数据时可参考表D.0.2取值；j——在该行车方向上慢车道与主车道数量和。g，15026=4800.510lyNQgjpNNyly95.0交通等级重车数量占总交通量的比率p1港口、矿区等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%表D.0.2公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲195.5.5(5.5.6)有限疲劳寿命设计方法（疲劳荷载计算模型II,III）设计寿命影响系数g3tLD——构件的设计使用寿命(年)多车道效应系数g4疲劳荷载计算模型IIk——慢车道与主车道数量和Nj——每年在j车道行驶的重车车辆数hj——对应于车道j中线处，形成应力幅的内力影响线值，取正值疲劳荷载计算模型IIIg，153/100LDtg1/55552241111111jjkkNNNNNNhhhghhh41g公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015TongjiUniversity,WuChong同济大学吴冲20敬请专家领导给予指导谢谢！