钢结构桥梁的疲劳设计要点分析

钢结构桥梁的疲劳设计要点分析

孙立军

大连日中技研有限公司，辽宁 大连 116023

摘要：随着我国发展建设速度的不断加快，桥梁工程项目的数量随之增多，若想确保其质量符合预期要求，就必须要合理应用各类现代化技术手段，并做好各项设计工作，如疲劳设计便是钢结构桥梁的要点内容之一，应对其进行合理的优化，从而避免在后续应用中发生问题。下面将对钢结构桥梁的疲劳设计进行分析论述，结合各类外在与内在影响，通过调整确保投入使用的安全性和耐久性，减少桥梁工程的质量安全隐患，推动我国实现可持续发展。

关键词：钢结构桥梁；工程建设；疲劳设计

前言

桥梁工程与我国的发展建设息息相关，在各类现代化手段的带动下，其施工方式也在不断增多，钢结构便是当前的常用方法之一，在实际工作开展中不仅要加强施工管理和质量控制，还需要对疲劳设计加大关注力度，提高其应用的安全性和耐久性，通过进行全面调整避免埋下风险隐患。同时，在建设中要结合建设情况预先制订疲劳设计的方案，且需要充分了解施工的重点和难点，以此对各个环节操作进行控制，从而确保作业的安全与质量，使工程能够契合当前时代的需求，为我国实现全面发展奠定坚实基础。

1 钢结构桥梁疲劳设计概述

1.1钢结构桥梁建设

钢结构与传统结构存在一定的差异，其在实际应用中主要通过各构件连接来设定结构，且搭建技术较为简单，通过人工配合吊装的方式即可完成全过程的焊接组装，提高整体承载力。钢结构需要应用大量钢筋、钢制骨架结构、钢钉和膨胀螺栓等相互配合，按照标准规定预先出具图纸，从后续的实际应用入手对其进行设计构思，并在此基础上进行整体化评估，提高路桥的使用寿命，避免后续运营中发生交通事故问题，从而为后续发展建设提供基础保障[1]。

1.2钢结构疲劳设计

在调查分析中发现，多数事故都是由于设计不当而引发的，为此在实际建设中必须重视设计构思这一基础部分，要结合后续交通运输的要求调整疲劳设计的要点，保证安全性性和稳定性性。钢架桥梁结构自身的承压能力和稳定性能是影响其使用年限的根本性因素，处理不当可能会发生裂缝现象和断裂现象，且随着疲劳裂纹不断加重会导致钢结构桥梁开裂，最终影响钢结构桥梁的正常使用，为此要意识到疲劳设计的重要性，并针对问题不断优化设计方案。

2 钢结构桥梁的疲劳设计的影响因素

2.1材料因素

钢结构桥梁可能会受到材料本身的影响，为了使桥梁性能符合要求，应综合分析钢结构材料特点，如果材料表面存在细纹的问题会在后续长期荷载下使裂纹逐步扩大，最终导致结构抗疲劳性能下降。同时，如所用建设材料存在问题，则额可能会引发结构外表面疲劳裂缝，结构约束力下降后会发生较大的偏移，为此在后续要着手做好检测工作，选择最佳的施工材料，从而保证桥梁的总体性能。

2.2构造因素

钢结构桥梁虽然操作简单，但由于其自身的结构特性，如施工中工艺应用不当将直接影响到初始应力分布情况，为此在疲劳设计环境应对此加大关注，消除任何因素给桥梁工程产生的不利影响。在疲劳设计中，需要合理利用现代化技术手段进行结构调整，准确进行各项设计标注，保证钢筋结构连接后的承载性能符合要求，消除干扰和影响，有效提高后续项目投入使用的总体性能[2]。

2.3作用因素

在疲劳设计环节还应对各项作用因素加大关注，包括自然因素的干扰、车辆长期碾压载荷等，避免因规划不当而导致钢结构桥梁出现问题。对于某些不可抗力因素，也需要在疲劳设计中对其进行分析，了解桥梁所处环境的干扰，做好优化和调整避免影响整体运行效果。同时，应该尽量采取必要消除缓解，降低影响的严重性，做好管理和控制，切实保证钢结构桥梁疲劳设计能够符合预期。

3 钢结构桥梁的疲劳设计要点

3.1整体承载

在钢结构桥梁疲劳设计过程中，需要结合实际需求做好构思，注重各部分的设计连接，满足工程的整体承载参数。在实际工程应用过程中，桥梁状态会随承载力的增加而变化，如设计与规划要求存在偏差，则可能出现应力应变类型的问题，致使运行承载能力进一步下降，必须对此加大关注，防止因承载力不足而出现裂缝问题，以此有效满足后续项目投入使用的要求。

3.2综合优化

钢结构桥梁疲劳设计中需要做好综合优化，结合实际调整方案，避免因存在偏差而影响到工程后续的投入使用。同时，钢结构桥梁疲劳设计决定了后续投入使用后的年限，在施工建设中如对疲劳设计构思未能重视，则可能为后续行车安全埋下隐患，如在扩展作用以及应力扩张作用的影响下可能形成应力挤压，最终可能出现断裂问题，降低了项目整体的施工建设质量[3]。

3.3流程调整

桥梁工程是交通事业发展的“支柱”，为保障建设的综合效益，对疲劳设计方面应加大关注力度，根据工程建设需求制定标准，并采用科学合理化的手段进行调整，有效规避风险问题的发生。同时，由于项目会涉及到水上作业，为此疲劳设计还应预先对周边的环境进行调查，从全过程入手加强各项工作的联系，进行施工建设模拟，每一环节检查合格后进行后续工作。

4 钢结构桥梁的疲劳设计的策略

4.1强调支撑优化

在钢结构桥梁支撑加固的疲劳中，预先了解整体支撑系统，使用大型设备的体积及吨位因素，制定支撑系统优化方案，随后设定垂直向上具有支撑作用的结构优化。后续工程需要将支撑系统设计为纵向水平支撑，并对构件的内力情况进行合理有效的设计，设计单位根据实际的施工需求，可以选择利用三点和架构焊接的方式，减少钢构件的使用数量，以此确保符合柱、梁、现浇板等结构的刚度及强度需求，从结构参数入手反复进行了模拟确认，结合工程实际情况合理选择技术，使各项参数达到预期的要求，提升现代桥梁工程应用的整体强度[4]。

4.2优化寿命设计

4.2.1无限寿命设计

无限寿命设计要求结构应力小于疲劳极限值，对于变幅循环应力需要满足极限强度标准，在此过程中需要根据项目要求作出明确的规范，并做好疲劳验算工作，以此不断强化循环为零的构建，但该方式材料承载潜能难以体现[5]。

4.2.2安全寿命设计

安全寿命设计可以避免桥梁因为疲劳发生损坏，确保构件在固定期限内使用顺利。S-N曲线设计是当前你的常用方法之一，配合加载序列和频数可用来表达预测结构运营历程，通过疲劳计算确定应变疲劳寿命曲线，确保参数符合规定。

4.3确定损伤容限

损伤容限设计可确保桥梁钢结构构件的安全性，在实际工作中需要进行断裂力学、疲劳裂纹扩展分析并试验验证，确保裂纹不会继续外向扩大。损伤容限设计时需要做好相应的安全措施，设计允许构件在使用寿命期间产生破损裂纹，但是检修需要确保每次的结果一致。在桥梁的疲劳设计环节，还要按照钢结构的运行基本条件做好分析和研究，规划承载弯曲、拉伸、扭转的钢结构形式，通过辅助疲劳设计方式进行各个方案的设计，确定最为合理的加载参数，并在设计结构点的验算分析环节，以此确保数据达到准确性、可靠性的效果。

结束语：

钢结构桥梁疲劳设计复杂，在实际工作开展中必须要综合项目情况进行优化调整，在执行前需要做好准备工作，通过管控融合提升工作开展效果，保证桥梁的顺利使用与整体运作。在此基础上，还需要了解疲劳的影响因素，掌握导致缺陷问题的因素，并不断加强经验总结和分析，最终确定疲劳设计的具体方案，确保桥梁达到正常运行的标准，促进我国交通事业的稳步发展。

参考文献：

[1]马尚伟.简析桥梁钢结构的疲劳设计原则与策略[J]. 文渊（中学版）,2021(12):628-629.

[2]向阳,桂华婷.公路钢结构桥梁抗疲劳设计措施研究[J]. 建筑工程技术与设计,2020(23):1656.

[3]赵而年,孙洪斌,张鑫,等.高性能桥梁耐候钢典型焊缝接头疲劳性能试验研究[J].桥梁建设,2022,52(2):75-81.

[4]王春生,张静雯,段兰,等.长寿命高性能耐候钢桥研究进展与工程应用[J].交通运输工程学报,2020,20(1):1-26.

[5]戴昌源,苏庆田,邵长宇,等.混合桥面斜拉桥试设计及体系验证[J]. 结构工程师,2022,38(2):168-176.