超载对钢-混凝土组合梁桥疲劳力学性能影响分析_郭至博.pdf

第4 0卷第1期河 北 工 业 科 技V o l.4 0,N o.12 0 2 3年1月H e b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yJ a n.2 0 2 3 文章编号:1 0 0 8-1 5 3 4(2 0 2 3)0 1-0 0 0 1-0 9超载对钢-混凝土组合梁桥疲劳力学性能影响分析郭至博1,孟令佩1,卜建清2,张吉仁3,荀敬川4(1.石家庄铁道大学土木工程学院,河北石家庄 0 5 0 0 4 3;2.石家庄铁道大学交通运输学院,河北石家庄 0 5 0 0 4 3;3.风工程与桥梁工程湖南省重点实验室,湖南长沙 4 1 0 0 8 2;4.中建路桥集团有限公司,河北石家庄 0 5 0 0 0 1)摘 要:为了进一步揭示车辆超载对组合结构桥梁疲劳力学性能的影响规律,并减小车辆超载对桥梁疲劳刚度和剩余承载力等性能所产生的不利影响,对现有钢-混凝土组合梁疲劳刚度的理论计算方法加以改进。基于疲劳荷载计算模型量化分析超载车辆的荷载放大效应,并以某实桥为例分析了不同超载程度下该桥疲劳刚度、抗剪连接度与剩余承载力的退化规律。结果表明:随着超载程度的增加,组合梁桥疲劳刚度与剩余承载力的退化速率和退化量均有增大趋势,最大退化量分别为4 2%和3 2%,呈现出明显的非线性;抗剪连接度下降,但均保持在完全抗剪连接范围内。所得出的超载对疲劳刚度与剩余承载力的影响规律可为进一步完善钢-混凝土组合梁桥的疲劳损伤理论提供借鉴。关键词:桥涵工程;钢-混凝土组合梁;疲劳刚度;剩余承载力;车辆超载中图分类号:U 4 4 1.4;TU 3 9 8 文献标识码:A D O I:1 0.7 5 3 5/h b g y k j.2 0 2 3 y x 0 1 0 0 1收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 6;修回日期:2 0 2 2-1 2-3 0;责任编辑:王海云基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 2 1 Y F B 2 6 0 0 6 0 0,2 0 2 1 Y F B 2 6 0 0 6 0 5);河北省重点研发计划项目(1 9 2 7 5 4 0 5 D)第一作者简介:郭至博(1 9 9 9),男,河北石家庄人,硕士研究生,主要从事组合结构桥梁性能演化与状态评估方面的研究。通信作者:卜建清教授。E-m a i l:b u j q 2 0 0 41 6 3.c o m郭至博,孟令佩,卜建清,等.超载对钢-混凝土组合梁桥疲劳力学性能影响分析J.河北工业科技,2 0 2 3,4 0(1):1-9.GUO Z h i b o,ME N G L i n g p e i,B U J i a n q i n g,e t a l.I n f l u e n c e o f o v e r l o a d o n f a t i g u e m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e o f s t e e l-c o n c r e t e c o m p o s i t e g i r d e r b r i d g e sJ.H e b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 0(1):1-9.I n f l u e n c e o f o v e r l o a d o n f a t i g u e m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e o f s t e e l-c o n c r e t e c o m p o s i t e g i r d e r b r i d g e s GUO Z h i b o1,ME NG L i n g p e i1,B U J i a n q i n g2,Z HANG J i r e n3,XUN J i n g c h u a n4(1.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g,S h i j i a z h u a n g T i e d a o U n i v e r s i t y,S h i j i a z h u a n g,H e b e i 0 5 0 0 4 3,C h i n a;2.S c h o o l o f T r a f f i c a n d T r a n s p o r t a t i o n,S h i j i a z h u a n g T i e d a o U n i v e r s i t y,S h i j i a z h u a n g,H e b e i 0 5 0 0 4 3,C h i n a;3.K e y L a b o r a t o r y o f W i n d a n d B r i d g e E n g i n e e r i n g o f H u n a n P r o v i n c e,C h a n g s h a,H u n a n 4 1 0 0 8 2,C h i n a;4.C S C E C R o a d a n d B r i d g e G r o u p C o m p a n y L i m i t e d,S h i j i a z h u a n g,H e b e i 0 5 0 0 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o f u r t h e r r e v e a l t h e i n f l u e n c e o f v e h i c l e o v e r l o a d i n g o n t h e f a t i g u e m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e s t r u c t u r e b r i d g e s,a n d r e d u c e t h e a d v e r s e e f f e c t s o f v e h i c l e o v e r l o a d i n g o n t h e f a t i g u e s t i f f n e s s a n d r e s i d u a l b e a r i n g c a p a c i t y o f b r i d g e s,t h e e x i s t i n g t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n m e t h o d s o f f a t i g u e s t i f f n e s s o f s t e e l-c o n c r e t e c o m p o s i t e b e a m s w e r e i m p r o v e d.T h e l o a d a m p l i f i c a t i o n e f f e c t o f o v e r l o a d e d v e h i c l e s w a s q u a n t i t a t i v e l y a n a l y z e d b a s e d o n t h e f a t i g u e l o a d c a l c u l a t i o n m o d e l,a n d a r e a l b r i d g e w a s t a k e n a s a n e x a m p l e t o a n a l y z e t h e d e g r a d a t i o n l a w o f f a t i g u e s t i f f n e s s,s h e a r c o n n e c t i v i t y a n d r e s i d u a l b e a r i n g 河 北 工 业 科 技第4 0卷c a p a c i t y o f t h e b r i d g e u n d e r d i f f e r e n t o v e r l o a d l e v e l s.T h e r e s u l t s s h o w t h a t w i t h t h e i n c r e a s e o f o v e r l o a d,t h e d e g r a d a t i o n r a t e a n d a m o u n t o f f a t i g u e s t i f f n e s s a n d r e s i d u a l b e a r i n g c a p a c i t y o f c o m p o s i t e g i r d e r b r i d g e i n c r e a s e,a n d t h e m a x i m u m d e g r a d a t i o n a m o u n t i s 4 2%a n d 3 2%r e s p e c t i v e l y,s h o w i n g o b v i o u s n o n l i n e a r i t y;T h e s h e a r c o n n e c t i v i t y d e c r e a s e,b u t r e m a i n w i t h i n t h e r a n g e o f f u l l s h e a r c o n n e c t i v i t y.T h e i n f l u e n c e o f o v e r l o a d o n f a t i g u e s t i f f n e s s a n d r e s i d u a l b e a r i n g c a p a c i t y c a n p r o v i d e r e f e r e n c e f o r f u r t h e r i m p r o v i n g t h e f a t i g u e d a m a g e t h e o r y o f s t e e l-c o n c r e t e c o m p o s i t e g i r d e r b r i d g e s.K e y w o r d s:b r i d g e e n g i n e e r i n g;s t e e l-c o n c r e t e c o m p o s i t e b e a m;f a t i g u e s t i f f n e s s;r e s i d u a l b e a r i n g c a p a c i t y;v e h i c l e o v e r l o a d 钢-混凝土组合梁桥是通过剪力连接件将混凝土与钢梁连接而成的组合结构1。大量的工程实践表明,钢-混凝土组合梁桥有质量轻、强度高、施工迅速快捷、经济效益好、造型美观等优点,正逐步成为常规跨径桥梁建设中极富竞争力的桥型2-5。但在荷载的反复作用,尤其是超载车辆的作用,会加剧结构的疲劳破坏,对桥梁结构的疲劳刚度和剩余承载力等力学性能造成显著影响6-8。针对钢-混凝土组合梁刚度计算,王景全等9采用有效刚度法对组合梁挠度计算的组合系数进行了推导,将考虑不同抗剪连接度的组合梁挠度计算统一起来,算例计算结果与试验结果吻合良好。聂建国等1 0提出了跨中残余挠度的计算公式,并通过试验验证了该方法的有效性。现有规范采用折减刚度法对组合梁静载挠度