钢管混凝土桥管节点疲劳性能研究现状

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土桥管节点疲劳性能研究现状
郭春华，-7 砚
(1．绍兴市曹娥江袍江大桥建设工程指挥部，浙江绍兴312000；2．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)
摘要：本文系统地总结了钢管混凝土管节点疲劳的研究情况，对管节点疲劳试验的开展情况做了较为详
细介绍，分析了管接头几何形状、焊后热处理等因素对其疲劳性能的影响，并阐明了管节点疲劳研究的
重点和今后主要的研究方向，为今后开展管节点疲劳研究和促进我国桥梁设计规范的发展和完善提供
参考。
关键词：管节点疲劳性能模型试验
中图分类号：TU392．3；U448．33 文献标识码：A
1 研究概述
管结构节点是一种非常复杂的结构，影响其疲劳
强度的因素是多元化的，抗疲劳设计的措施也需从结
构细节、焊接工艺以及焊后处理等多个方面进行综合
治理。设计过程中，对节点进行疲劳验算具有相当难
度。除了我国现行的桥梁设计规范对管结构设计尤其
是疲劳验算尚无规定外，即使采用国外规范也难有相
对应于类似节点细节的s一Ⅳ 曲线，因此，需将管节点
简化为平面节点。同时，尽可能采用热点应力幅进行
疲劳验算。但是如遇到一些特殊的节点，无论是采用
参数方程或是进行有限元局部分析求得应力集中系
数，都感到把握性不大。目前按美国钢结构焊接规程
(AWSD1．1)所提供的s一Ⅳ(ET)曲线，以腹杆名义应
力进行验算，再辅以验证性的疲劳试验，可能是最好的
解决办法。它既验证了疲劳设计，又对人们关心的结
构耐久疲劳寿命有一个定量而直观的解释。为了确保
国内大量在建和已建的钢管混凝土拱桥管节点的使用
安全和可靠，明确其应力分布特征，充分了解管接头几
何形状、焊后热处理等因素对其疲劳性能的影响，促进
我国桥梁设计规范的发展和完善，非常有必要针对焊
接钢管混凝土管节点的焊接工艺及疲劳性能开展试验
研究。
2 国内外研究现状分析与评价
2．1 空心管结构桥梁的发展
随着结构轻型化的发展，空心管结构正日益受到
收稿日期：2011．07．14；修回日期：2011．10．18
作者简介：郭春华(1968一)，男，浙江嵊州人，高级工程师。
国内外建筑结构行业的重视，但是桥梁结构的轻型化
意味着受活载影响的疲劳问题更加突出。尽管桥梁管
结构百年前即问世于英国(Forth桥)，但发展速度较
慢，同时结构形式以拱式结构居多。自20世纪70年
代以来，由于世界海洋工程的快速发展，空心管结构也
得到了再次发展的机会。冶金、焊接以及计算机技术
的进步，备受人们关注的管结构相贯焊接节点应力分
布、承载力及疲劳问题的研究有了很大的进展，也为空
心管桥梁结构的发展创造了条件。
20世纪70年代日本曾建成跨度为173 in的管结
构悬索桥(金比罗桥，采用STK416406×1 1，6140×
6．5，6165×6无缝钢管，为全焊结构)。后来日本北海
道分团又建造了泷下(Takashita)桥，该桥为SMA490
全焊正方形管(750 mm和350 mm正方形管)桁架桥。
此外，美国及欧洲一些国家虽然也先后建造了一些空
心管桥梁，但其结构依然有着进一步发展的空间。
进入20世纪90年代，大跨度悬索桥在我国有了
长足的发展。1998年开工修建的重庆忠县长江公路
大桥采用单跨560 in的大跨径悬索桥跨越长江，这是
我国首座采用空间三角形焊接钢管桁架为加劲梁的悬
索桥。该桥空间焊接钢管桁架高3．3 m，上下弦杆分
别由5根和4根材质为Q345c的6325×12无缝钢管
组成，腹杆采用+152×11无缝管，横断面呈倒梯形
状。腹杆与弦杆节点处采用相贯焊接，最多有6根腹
杆交汇。横梁为焊接工字梁，开孑L穿过并焊连于上弦
节点。三角形桁架节间长4 1TI，吊杆按间距8 ITI设置。
加劲梁分35个节段在工厂加工，标准节段长14．20 m，
重约400 kN。工地节段连接采用10．9级摩擦型高强
度螺栓。
2．2 国外管节点的疲劳研究状况