CN104406838B - 一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法，该方法包括：设置板管节点的疲劳构造要求；根据所述疲劳构造要求计算所述板管节点的疲劳损伤系数。通过使用本发明所提供的钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法，可以有效地实现对工程构件的疲劳承载能力的计算。

Description

一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术，特别涉及一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法。

背景技术

目前，钢管混凝土结构在我国铁路桥梁建设中已得到大量的应用，与建筑结构相比，桥梁结构具有跨度大、承受活载的特点。

钢管混凝土结构的连接构造几何形态复杂，不同的焊接部位应力分布差异显著，导致其疲劳承载能力比普通钢结构的疲劳连接低很多，疲劳问题突出。但是，目前国内外有关桥梁工程钢管混凝土结构疲劳设计方面的技术方案比较少，因此难以实现对工程构件的疲劳承载能力的计算。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法，从而可以有效地实现对工程构件的疲劳承载能力的计算。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法，该方法包括：

设置板管节点的疲劳构造要求；

根据所述疲劳构造要求计算所述板管节点的疲劳损伤系数。

较佳的，在计算所述板管节点的疲劳损伤系数之后，该方法还进一步包括：

根据双线系数、疲劳损伤修正系数、应力集中系数和壁厚系数计算所述板管节点的疲劳强度。

较佳的，所述板管节点的疲劳构造要求包括：

所述板管节点包括腹杆、弦管和节点板，所述腹杆和弦管通过所述节点板连接。

较佳的，所述板管节点的疲劳构造要求还进一步包括：

所述板管节点的疲劳容许应力幅为80.0，应力集中系数为1.0，壁厚系数为1.0。

较佳的，所述腹杆与弦管正交。

较佳的，所述腹杆与弦管斜交，且所述腹杆与弦管之间的夹角大于或等于30°。

较佳的，所述节点板采用坡口全熔透焊缝焊接在所述弦管上，且所述节点板的两端打磨匀顺。

较佳的，所述节点板与弦管连接处的外侧边缘的形状为预设半径的过渡圆弧。

较佳的，所述过渡圆弧的半径不小于600毫米。

较佳的，所述节点板的放大系数不小于1.7。

较佳的，通过如下所述公式计算疲劳损伤系数γ_n：

其中，a为S-N曲线中的变化参数，N为所述板管节点在设计寿命期内的应力循环次数。

较佳的，所述根据双线系数、疲劳损伤修正系数、应力集中系数和壁厚系数计算所述板管节点的疲劳强度包括：

当所述板管节点为拉拉构件或以拉为主的拉压构件时，使用如下所述的公式计算所述板管节点的疲劳强度ρ：

当时，

γ_dγ_nγ_scγ_t(σ_max-σ_min)≤[σ₀]

当所述板管节点为以压为主的拉压构件时，使用如下所述的公式计算所述板管节点的疲劳强度ρ：

当ρ＜-1时，

γ_dγ_nγ_scγ_tσ_max≤γ_ρ[σ₀]

其中，γ_d为双线系数；γ_n为疲劳损伤修正系数；γ_sc为应力集中系数；γ_t为壁厚系数；γ_ρ为应力比修正系数；σ_min为最小疲劳容许应力，σ_max为最大疲劳容许应力，以拉为正，以压为负。

较佳的，其特征在于，使用如下所述的公式计算所述疲劳损伤修正系数γ_n：

其中，N为所述板管节点在设计寿命期内的应力循环次数。

如上可见，在本发明的技术方案中，提出了一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法，从而可以有效地实现对工程构件的疲劳承载能力的计算。对于桥梁钢管混凝土结构的使用安全具有十分重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例中的钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中的板管节点的构件或连接形式的示意图一。

图3为本发明实施例中的板管节点的构件或连接形式的示意图二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例提供了一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法。

图1为本发明实施例中的钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法主要包括如下所述的步骤：

步骤11，设置板管节点的疲劳构造要求。

在本发明的技术方案中，可以先根据实际需要预先设置板管节点的疲劳构造要求。

举例来说，在本发明的较佳实施例中，可以通过疲劳试验，预先设置板管节点的疲劳构造要求。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述板管节点的疲劳构造要求包括：

所述板管节点包括腹杆、弦管和节点板，所述腹杆和弦管通过所述节点板连接；

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述板管节点的疲劳构造要求还可进一步包括：

所述板管节点的疲劳容许应力幅为80.0；应力集中系数为1.0；当壁厚t大于25毫米时，壁厚系数为而当壁厚t小于或等于25毫米时，壁厚系数为1.0。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述疲劳容许应力幅的值是根据专项试验确定的。

例如，图2为本发明实施例中的板管节点的构件或连接形式的示意图一，图3为本发明实施例中的板管节点的构件或连接形式的示意图二。如图2所示，在本发明的一个较佳实施例中，所述板管节点包括腹杆20、弦管21和节点板22，其中腹杆20与弦管21正交，且腹杆20和弦管21均与节点板22连接，即腹杆20和弦管21通过所述节点板22连接在一起。如图3所示，在本发明的另一个较佳实施例中，所述板管节点也包括腹杆、弦管和节点板，其中腹杆与弦管斜交，且腹杆和弦管均与节点板连接，即腹杆和弦管通过所述节点板连接在一起。较佳的，在本发明的具体实施例中，腹杆与弦管之间的夹角θ大于或等于30°。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述节点板采用坡口全熔透焊缝焊接在所述弦管上，且所述节点板的两端打磨匀顺。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述节点板与弦管连接处的外侧边缘的形状为预设半径的过渡圆弧，从而可以尽量避免由于该处几何应力集中与焊接影响导致疲劳性能降低的叠加后果。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述过渡圆弧的半径不小于600毫米(mm).

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述节点板的放大系数不小于1.7。

由于放大系数是板的实际尺寸同板在同管焊接位置处由于需设置过渡圆弧而增大的截面的面积比值，所以当所述放大系数比较大时，则焊缝应力则较小，对疲劳受力有利。在本发明的技术方案中，当所述放大系数不小于1.7时，可以保证在设计中把过渡圆弧设置地够大。

步骤12，根据所述疲劳构造要求计算所述板管节点的疲劳损伤系数。

在本发明的技术方案中，在设置板管节点的疲劳构造要求之后，即可根据预设的疲劳构造要求计算所述板管节点的疲劳损伤系数。

在本发明的技术方案中，可以针对各种受力情况使用不同的计算公式来计算所述板管节点的疲劳强度。以下将以其中的一种较佳实施方式为例，对本发明的技术方案进行介绍。

例如，在本发明的较佳实施例中，所述根据所述疲劳构造要求计算所述板管节点的疲劳损伤系数包括：

根据所述疲劳构造要求和疲劳抗力方程计算所述板管节点的疲劳损伤系数。

具体来说，在本发明的技术方案中，所述疲劳抗力方程为：

lg N+algσ＝b (1)

其中，a、b为S-N曲线(即疲劳应力幅与循环次数的关系曲线)中的变化参数，N为所述板管节点在设计寿命期内的应力循环次数，σ为疲劳应力幅。

在本发明的较佳实施例中，可以通过疲劳试验获知a和b的取值。

对上述公式(1)进行数学变换，可得：

Nσ^a＝10^b

σ^a＝10^b/N

在本发明的较佳实施例中，可以将将应力循环2×10⁶次时的疲劳应力幅表示为σ₀，而将应力循环N次时的疲劳应力幅表示为σ_n。

因此，疲劳损伤系数γ_n可以通过如下所述公式计算得到：

γ_n＝σ₀/σ_n

另外，在本发明的技术方案中，在上述计算所述板管节点的疲劳损伤系数之后，还可以进一步包括如下所述的步骤：

步骤13，根据双线系数、疲劳损伤修正系数、应力集中系数和壁厚系数计算所述板管节点的疲劳强度。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述根据双线系数、疲劳损伤修正系数、应力集中系数和壁厚系数计算所述板管节点的疲劳强度包括：

当所述板管节点为拉拉构件或以拉为主的拉压构件时，可以使用如下所述的公式计算所述板管节点的疲劳强度ρ：

当时，

γ_dγ_nγ_scγ_t(σ_max-σ_min)≤[σ₀]

其中，γ_d为双线系数；γ_n为疲劳损伤修正系数；γ_sc为应力集中系数；γ_t为壁厚系数；σ_min为最小应疲劳容许力，σ_max为最大疲劳容许应力，以拉为正，以压为负。

当所述板管节点为以压为主的拉压构件时，可以使用如下所述的公式计算所述板管节点的疲劳强度：

当ρ＜-1时，

γ_dγ_nγ_scγ_tσ_max≤γ_ρ[σ₀]

其中，γ_d为双线系数；γ_n为疲劳损伤修正系数；γ_sc为应力集中系数；γ_t为壁厚系数；γ_ρ为应力比修正系数；σ_min为最小疲劳容许应力，σ_max为最大疲劳容许应力，以拉为正，以压为负。

较佳的，在本发明的具体实施例中，当构件的应力循环次数不大于200万次时，所述疲劳损伤修正系数γ_n为1.0；

而当构件的应力循环次数大于200万次时，则所述疲劳损伤修正系数γ_n为：

其中，N为所述板管节点在设计寿命期内的应力循环次数。另外，在本发明的较佳技术方案中，上述公式中的系数值3.451是根据专项试验结果进行曲线拟合后得出来的。

综上可知，在本发明的技术方案中，提出了一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法，从而可以有效地实现对工程构件的疲劳承载能力的计算。对于桥梁钢管混凝土结构的使用安全具有十分重要意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种钢管混凝土板管节点的疲劳损伤系数的计算方法，其特征在于，该方法包括：

设置板管节点的疲劳构造要求；

根据所述疲劳构造要求计算所述板管节点的疲劳损伤系数；

根据双线系数、疲劳损伤修正系数、应力集中系数和壁厚系数计算所述板管节点的疲劳强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板管节点的疲劳构造要求包括：

所述板管节点包括腹杆、弦管和节点板，所述腹杆和弦管通过所述节点板连接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述板管节点的疲劳构造要求还进一步包括：

所述板管节点的疲劳容许应力幅为80.0；应力集中系数为1.0；当壁厚大于25毫米时，壁厚系数为而当壁厚小于或等于25毫米时，壁厚系数为1.0。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述腹杆与弦管正交。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述腹杆与弦管斜交，且所述腹杆与弦管之间的夹角大于或等于30°。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述节点板采用坡口全熔透焊缝焊接在所述弦管上，且所述节点板的两端打磨匀顺。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述节点板与弦管连接处的外侧边缘的形状为预设半径的过渡圆弧。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述过渡圆弧的半径不小于600毫米。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述节点板的放大系数不小于1.7。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算疲劳损伤系数γ_n：

${\mathrm{\γ}}_n=\sqrt[a]{\frac{N}{2\×{10}^6}}$

其中，a为S-N曲线中的变化参数，N为所述板管节点在设计寿命期内的应力循环次数。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据双线系数、疲劳损伤修正系数、应力集中系数和壁厚系数计算所述板管节点的疲劳强度包括：

当所述板管节点为拉拉构件或以拉为主的拉压构件时，使用如下的公式计算所述板管节点的疲劳强度ρ：

当时，

γ_dγ_nγ_scγ_t(σ_max-σ_min)≤[σ₀]

当所述板管节点为以压为主的拉压构件时，使用如下的公式计算所述板管节点的疲劳强度ρ：

当ρ＜-1时，

γ_dγ_nγ_scγ_tσ_max≤γ_ρ[σ₀]

其中，γ_d为双线系数；γ_n为疲劳损伤修正系数；γ_sc为应力集中系数；γ_t为壁厚系数；γ_ρ为应力比修正系数；σ_min为最小疲劳容许应力，σ_max为最大疲劳容许应力，以拉为正，以压为负。

12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

当构件的应力循环次数不大于200万次时，所述疲劳损伤修正系数γ_n为1.0；

当构件的应力循环次数大于200万次时，则所述疲劳损伤修正系数γ_n为：

${\mathrm{\γ}}_n=\sqrt[3.451]{\frac{N}{2\×{10}^6}}$

其中，N为所述板管节点在设计寿命期内的应力循环次数。