应急钢便桥抗疲劳及可靠性设计(附件)
应急钢便桥在抗灾救援、交通运输方面发挥重要作用，但是由于车辆的反复荷载作用，钢材会突然发生疲劳破坏，造成人力与财力的损失，同时也面临寿命短、可靠性差等缺陷。本课题依托应急钢便桥实例，首先建立桥梁的实体三维模型，其次采用有限元软件对主梁和钢便桥的实体三维模型进行结构静力学分析与疲劳寿命以及损伤度的评估。最后结合应力分析和疲劳分析的结果，对应力较集中的疲劳易损坏部位提出两点优化措施，可以改善钢便桥关键部位的使用寿命及可靠性。关键词 应急钢便桥，有限元分析，S-N曲线，细节优化
目 录
1 引言1
1.1 课题的研究背景1
1.2 国内外研究现状1
1.3 课题的研究意义2
1.4 研究的内容及手段 2
2 疲劳分析理论 3
2.1 应力寿命法3
2.2 应变寿命法7
3 应急钢便桥抗疲劳设计7
3.1 应急钢便桥抗疲劳设计的方法 8
3.2 应急钢便桥抗疲劳设计规范 9
3.3 应急钢便桥抗疲劳设计的计算 9
4 钢便桥有限元分析案例10
4.1 工程概要10
4.2 分析概要11
4.3 疲劳分析12
5 桥梁钢结构的细节优化18
5.1 焊接盖板的优化 19
5.2 加劲肋的优化 20
结论23
致谢24
参考文献 25
1 引言
1.1 课题的研究背景
桥梁是现代交通网络的要塞，在大规模的自然灾害时容易受到损坏并且难以在短时间内修好，严重妨碍救援工作的进行。基于以上事实，各国对桥梁的抢修抢建投入了大量的人力和财力[1]。
应急钢便桥在抢险救援、交通运输和战时储备等范畴都有着普遍的使用[2]。在我国，应急钢便桥的使用经历了从模仿研制到自制。几十年来，许多类型的应急钢便桥和军用机械化钢桥设备研制成功。并且很多类型的钢结构如临时钢便桥、施工塔架和栈桥等已经成功应用在我国的工程领域，同时也积累了丰富的实战经验[3]。然而，为了满足应急物资的移动需求， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
确保救灾部队和救灾物资的快速到达，必须解决装配式钢桥存在的问题和跨越江河等交通障碍。另外先进的桥梁设备对延长疲劳寿命和提高细节构件的施工质量都具有重要研究意义。
1.2 国内外研究现状
疲劳破坏基本是在没有预兆下发生的，对钢便桥的结构影响很大，如果处理不得当的话会造成人力和经济上的巨大损失。19世纪初，国际上就出现了对疲劳问题的研究。主要包括疲劳累计损伤理论，疲劳曲线和疲劳破坏机理等研究方向[4]。19世纪中叶，德国人Wohler对金属的疲劳损伤问题进行研究，自此，疲劳的耐久性概念得到工程领域的关注，同时提出疲劳损伤问题研究的重要关注点在于疲劳应力幅[5]。
20世纪40年代，美国率先对钢结构桥焊接结构的疲劳试验，经过大量的研究和数据支持，《公路铁路焊接桥技术规范》于1947年颁布。而后美国人M.A.Miner在大量的实验中，把线性累计法则的概念梳理，最终出现了一直沿用至今的Miner法则。1956年，基于断裂力学的疲劳研究有一定的进展，推动了钢结构疲劳问题的研究与发展[6]。直到1980年，英国的BS5400规范出台颁布，包含了关于“疲劳设计使用规范”的应用，是当时最先进的钢结构桥梁研究成果。
我国的钢结构桥梁的起步很晚，但却得到了快速的发展，并于1965年定型生产。在1954年，我国科学家钱冬生开始了对疲劳问题的研究，并且在1986年出版《钢桥疲劳设计》。之后铁道部的潘际炎发表《可靠性理论在铁路钢桥疲劳设计中的应用》[7]主要提出了桥梁的疲劳可靠性评估细则，还有提出设计桥梁时需要注意的可靠度建设性意见。对于这种创新的钢桥疲劳可靠度的设计方法，开启了我国在装配式钢桥领域的新时代。
近几年来，研究学者对钢便桥的疲劳问题愈发重视，任伟平，强士中等研究学者对部分关键构造的细节进行了疲劳实验并得出相应的结果[8],对一些新的类型的结构和制造工艺提出了一些异议，总结了预防钢桥疲劳破坏的方法。并指出我国目前的钢桥疲劳的研究中存在少许问题。它可以有效防止钢桥疲劳损伤破坏和提高我国钢结构桥梁的设计和制造水平。
由中国工程物理研究院应用电子学研究所的卓红艳，陈代兵等发表的《基于机械设计产品的可靠性设计研究》[9]中提出可靠性研究的热点和难点概率设计分析方法，而提高产品可靠性的前提和基础是可靠性设计的完善。提高产品可靠性的有效途径就是通过传统的设计方法与概率计算设计理论的分析相结合可靠性设计准则。
由苗闫闫发表的《车辆荷载因素对公路钢桥疲劳可靠度的影响》[10]提出影响钢结构桥梁使用的耐久性和疲劳的可靠度的主要因素是车辆荷载。
同济大学陈惟珍,DKosteas发表的《钢桥疲劳设计方法研究》[12]指出车辆的重复荷载是影响钢结构桥梁使用耐久性和疲劳可靠性的主要因素。此外，还讨论了国际最新的抗疲劳设计方法，这将推动中国钢结构桥梁的设计起到一定的作用。但是影响钢便桥的疲劳因素太多，到目前为止都没有提出完美解决疲劳问题的办法。
1.3 课题的研究意义
本课题研究的意义在于对设计的钢便桥进行科学的疲劳状态评估，找出应力集中易受断裂损坏的部分并提出相应的改良措施，对钢桥的修补和维护具有重要意义。目前很多应急钢便桥在车辆、风荷载等连续重复荷载下会发生疲劳破坏，同时面临寿命短、可靠性差等一系列缺陷，所以及时发现易疲劳破坏部位并改良具有重要研究意义。
1.4 研究的内容及手段
1.4.1 研究或解决的问题
介绍钢便桥的疲劳问题研究背景及现状，简要说明疲劳分析的方法理论并介绍评估钢便桥的疲劳寿命的方法；
简明扼要地介绍钢桥的抗疲劳设计理论及方法；
建立钢便桥的有限元分析模型，应用有限元分析确定钢便桥的关键部位；
目 录
1 引言1
1.1 课题的研究背景1
1.2 国内外研究现状1
1.3 课题的研究意义2
1.4 研究的内容及手段 2
2 疲劳分析理论 3
2.1 应力寿命法3
2.2 应变寿命法7
3 应急钢便桥抗疲劳设计7
3.1 应急钢便桥抗疲劳设计的方法 8
3.2 应急钢便桥抗疲劳设计规范 9
3.3 应急钢便桥抗疲劳设计的计算 9
4 钢便桥有限元分析案例10
4.1 工程概要10
4.2 分析概要11
4.3 疲劳分析12
5 桥梁钢结构的细节优化18
5.1 焊接盖板的优化 19
5.2 加劲肋的优化 20
结论23
致谢24
参考文献 25
1 引言
1.1 课题的研究背景
桥梁是现代交通网络的要塞，在大规模的自然灾害时容易受到损坏并且难以在短时间内修好，严重妨碍救援工作的进行。基于以上事实，各国对桥梁的抢修抢建投入了大量的人力和财力[1]。
应急钢便桥在抢险救援、交通运输和战时储备等范畴都有着普遍的使用[2]。在我国，应急钢便桥的使用经历了从模仿研制到自制。几十年来，许多类型的应急钢便桥和军用机械化钢桥设备研制成功。并且很多类型的钢结构如临时钢便桥、施工塔架和栈桥等已经成功应用在我国的工程领域，同时也积累了丰富的实战经验[3]。然而，为了满足应急物资的移动需求， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
确保救灾部队和救灾物资的快速到达，必须解决装配式钢桥存在的问题和跨越江河等交通障碍。另外先进的桥梁设备对延长疲劳寿命和提高细节构件的施工质量都具有重要研究意义。
1.2 国内外研究现状
疲劳破坏基本是在没有预兆下发生的，对钢便桥的结构影响很大，如果处理不得当的话会造成人力和经济上的巨大损失。19世纪初，国际上就出现了对疲劳问题的研究。主要包括疲劳累计损伤理论，疲劳曲线和疲劳破坏机理等研究方向[4]。19世纪中叶，德国人Wohler对金属的疲劳损伤问题进行研究，自此，疲劳的耐久性概念得到工程领域的关注，同时提出疲劳损伤问题研究的重要关注点在于疲劳应力幅[5]。
20世纪40年代，美国率先对钢结构桥焊接结构的疲劳试验，经过大量的研究和数据支持，《公路铁路焊接桥技术规范》于1947年颁布。而后美国人M.A.Miner在大量的实验中，把线性累计法则的概念梳理，最终出现了一直沿用至今的Miner法则。1956年，基于断裂力学的疲劳研究有一定的进展，推动了钢结构疲劳问题的研究与发展[6]。直到1980年，英国的BS5400规范出台颁布，包含了关于“疲劳设计使用规范”的应用，是当时最先进的钢结构桥梁研究成果。
我国的钢结构桥梁的起步很晚，但却得到了快速的发展，并于1965年定型生产。在1954年，我国科学家钱冬生开始了对疲劳问题的研究，并且在1986年出版《钢桥疲劳设计》。之后铁道部的潘际炎发表《可靠性理论在铁路钢桥疲劳设计中的应用》[7]主要提出了桥梁的疲劳可靠性评估细则，还有提出设计桥梁时需要注意的可靠度建设性意见。对于这种创新的钢桥疲劳可靠度的设计方法，开启了我国在装配式钢桥领域的新时代。
近几年来，研究学者对钢便桥的疲劳问题愈发重视，任伟平，强士中等研究学者对部分关键构造的细节进行了疲劳实验并得出相应的结果[8],对一些新的类型的结构和制造工艺提出了一些异议，总结了预防钢桥疲劳破坏的方法。并指出我国目前的钢桥疲劳的研究中存在少许问题。它可以有效防止钢桥疲劳损伤破坏和提高我国钢结构桥梁的设计和制造水平。
由中国工程物理研究院应用电子学研究所的卓红艳，陈代兵等发表的《基于机械设计产品的可靠性设计研究》[9]中提出可靠性研究的热点和难点概率设计分析方法，而提高产品可靠性的前提和基础是可靠性设计的完善。提高产品可靠性的有效途径就是通过传统的设计方法与概率计算设计理论的分析相结合可靠性设计准则。
由苗闫闫发表的《车辆荷载因素对公路钢桥疲劳可靠度的影响》[10]提出影响钢结构桥梁使用的耐久性和疲劳的可靠度的主要因素是车辆荷载。
同济大学陈惟珍,DKosteas发表的《钢桥疲劳设计方法研究》[12]指出车辆的重复荷载是影响钢结构桥梁使用耐久性和疲劳可靠性的主要因素。此外，还讨论了国际最新的抗疲劳设计方法，这将推动中国钢结构桥梁的设计起到一定的作用。但是影响钢便桥的疲劳因素太多，到目前为止都没有提出完美解决疲劳问题的办法。
1.3 课题的研究意义
本课题研究的意义在于对设计的钢便桥进行科学的疲劳状态评估，找出应力集中易受断裂损坏的部分并提出相应的改良措施，对钢桥的修补和维护具有重要意义。目前很多应急钢便桥在车辆、风荷载等连续重复荷载下会发生疲劳破坏，同时面临寿命短、可靠性差等一系列缺陷，所以及时发现易疲劳破坏部位并改良具有重要研究意义。
1.4 研究的内容及手段
1.4.1 研究或解决的问题
介绍钢便桥的疲劳问题研究背景及现状，简要说明疲劳分析的方法理论并介绍评估钢便桥的疲劳寿命的方法；
简明扼要地介绍钢桥的抗疲劳设计理论及方法；
建立钢便桥的有限元分析模型，应用有限元分析确定钢便桥的关键部位；
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