高速鐵路大跨鋼桁梁斜拉橋梁端錨固結(jié)構(gòu)疲勞性能研究

衛(wèi) 星，強(qiáng)士中

南京至安慶城際鐵路安慶長(zhǎng)江鐵路大橋采用101.5+188.5+580+217.5+159.5+116 m 四線鐵路鋼桁梁斜拉橋，全長(zhǎng)1 363 m，兩線客運(yùn)專線設(shè)計(jì)速度250 km/h，兩線Ⅰ級(jí)干線設(shè)計(jì)速度160 km/h。主梁為3片主桁鋼桁梁，節(jié)間長(zhǎng)14.5 m，桁高15 m。斜拉索為空間3索面，斜拉索的梁端錨固結(jié)構(gòu)采用了雙拉板栓焊式錨箱結(jié)構(gòu)［1］。大跨鋼斜拉橋的梁端錨固結(jié)構(gòu)主要包括錨箱式、耳板式、錨拉板式、錨管式等［2－4］，錨固區(qū)受力集中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫密集，局部應(yīng)力集中劣化了結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。梁端錨固結(jié)構(gòu)包含多種缺口效應(yīng)的構(gòu)造細(xì)節(jié)，這些構(gòu)造細(xì)節(jié)直接決定梁端錨固結(jié)構(gòu)抗疲勞性能，是橋梁抗疲勞設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)公路鋼斜拉橋梁端錨固結(jié)構(gòu)等復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)多采用試驗(yàn)方法進(jìn)行抗疲勞性能研究，并取得一些成果。隨著國(guó)內(nèi)外高速鐵路發(fā)展，受高速列車沖擊交變荷載作用下，鐵路鋼橋關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的疲勞性能及耐久性成為研究熱點(diǎn)。與公路斜拉橋梁端錨固結(jié)構(gòu)一樣，高速鐵路斜拉橋梁端錨固結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能需要引起關(guān)注。

1 鋼桁梁斜拉橋典型梁端錨固結(jié)構(gòu)

目前高速鐵路斜拉橋主梁多數(shù)采用鋼桁梁，鋼桁梁桿件主要承受軸向力，錨固點(diǎn)結(jié)構(gòu)多設(shè)置在主梁的節(jié)點(diǎn)處。為了利用主桁節(jié)點(diǎn)板，鋼桁梁斜拉橋梁端錨固形式主要分節(jié)點(diǎn)內(nèi)置式和節(jié)點(diǎn)外置式。節(jié)點(diǎn)內(nèi)置式包括弦桿內(nèi)錨箱和節(jié)點(diǎn)板內(nèi)錨箱兩種，節(jié)點(diǎn)外置式主要有3種形式:雙拉板栓焊式錨箱、雙拉板整體式錨箱、完全錨箱式及雙拉板錨管式。

圖1 鋼桁梁斜拉橋常用錨固結(jié)構(gòu)形式Fig.1 Typical anchorage of cable-stayed bridge with truss girder

弦桿內(nèi)置錨箱式錨固結(jié)構(gòu)的斜拉索錨于上弦桿件內(nèi)，斜拉索的傳力鋼板直接焊在桿件上弦桿腹板，索力由錨箱與弦桿腹板的焊縫承擔(dān)，如圖1(a)所示。將錨箱置于弦桿內(nèi)部的的錨固結(jié)構(gòu)多用于主梁采用三角形的鋼桁梁(如鄭州黃河大橋)，此種結(jié)構(gòu)由于錨固點(diǎn)位于桿件內(nèi)部，操作空間狹小，制造及安裝都比較困難，特別是在拉索與上弦角度較大時(shí)，矛盾更加突出。節(jié)點(diǎn)板內(nèi)置錨箱式錨固結(jié)構(gòu)的斜拉索錨于節(jié)點(diǎn)板內(nèi)，斜拉索的傳力鋼板直接焊在桿件節(jié)點(diǎn)板上，索力由錨箱與節(jié)點(diǎn)板的焊縫承擔(dān)，如圖1(b)所示。將錨箱置于節(jié)點(diǎn)板下方的錨固結(jié)構(gòu)多用于主梁采為N形鋼桁梁(如武漢天興洲大橋)，此構(gòu)造有利于拉索的安裝與維護(hù)，但節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，且由于錨管穿過(guò)桿件，會(huì)對(duì)截面造成削弱。

采用節(jié)點(diǎn)外置式錨固結(jié)構(gòu)時(shí)，斜拉索錨于上弦節(jié)點(diǎn)頂板之上，需要在上弦頂板節(jié)點(diǎn)板對(duì)應(yīng)的位置焊接出錨固拉板，或者將主桁上弦節(jié)點(diǎn)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)板直接向上延伸形成錨固拉板。在伸出的錨固拉板間焊隔板形成節(jié)點(diǎn)外置錨箱式或焊接加勁板及錨管形成節(jié)點(diǎn)外置錨管式。與節(jié)點(diǎn)內(nèi)置式錨固結(jié)構(gòu)相比，節(jié)點(diǎn)外置式錨固結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、便于制造、安裝和后期維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。雙拉板錨管式錨固結(jié)構(gòu)的斜拉索錨頭錨固于錨墊板上，錨墊板將索力分散于承壓板，如圖1(c)所示，與日本東神戶大橋錨固裝置傳力機(jī)理相類似［4］。為保證錨管的面外剛度，除兩側(cè)錨腹板外，沿錨管設(shè)置縱向加勁肋，錨腹板與拉板間焊縫將索力傳遞至上弦桿。錨管與承壓板的焊縫位置由于承壓板的面外變形，容易引起錨管平面外的變形，在這一位置容易引起較大的應(yīng)力集中。雙拉板整體式錨箱錨固結(jié)構(gòu)中拉板為整體結(jié)構(gòu)，在拉板上部焊接承壓板形成封閉的箱式結(jié)構(gòu)，拉板下部為與鋼梁上弦桿焊接，斜拉索穿過(guò)箱內(nèi)錨管，固定在錨墊板上，如圖1(d)所示，渝利鐵路韓家沱長(zhǎng)江大橋采用了該類錨固結(jié)構(gòu)。雙拉板栓焊錨箱式索梁錨固中拉板采用分離式，上部拉板與錨墊板、承壓板形成封閉的箱式結(jié)構(gòu)，下部拉板與鋼梁弦桿連為一體，上拉板與下拉板通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，斜拉索穿過(guò)箱內(nèi)錨管，固定在錨墊板上，如圖1(e)所示。分離式結(jié)構(gòu)給錨固結(jié)構(gòu)的制造與施工帶來(lái)方便。

2 梁端錨固結(jié)構(gòu)傳力機(jī)理

雙拉板栓焊錨箱式錨固結(jié)構(gòu)由錨墊板、主承壓板、次承壓板、定位板及加勁肋構(gòu)成，如圖2所示。斜拉索索力通過(guò)錨固結(jié)構(gòu)傳遞到鋼桁梁。斜拉索錨餅與錨墊板直接接觸索力轉(zhuǎn)變?yōu)槊娣植級(jí)毫?，錨墊板受主承壓板及次承壓板支承面分布?jí)毫D(zhuǎn)變?yōu)榫€分布?jí)毫?，次承壓板所受壓?yīng)力通過(guò)焊縫傳遞到主承壓板，主承壓板所受壓力通過(guò)焊縫傳遞到上部拉板，上部拉板通過(guò)高強(qiáng)螺栓傳遞拉應(yīng)力到下部拉板，下部拉板通過(guò)焊縫傳遞到拉應(yīng)力到上弦桿。傳力途徑為:斜拉索→錨墊板→承壓板→錨拉板→上弦桿→鋼桁梁。

利用有限元軟件ANSYS建立梁端錨固結(jié)構(gòu)空間有限元模型，如圖3所示。除錨墊板用實(shí)體單元模擬外，其余板件用板單元模擬。

圖2 梁端錨固結(jié)構(gòu)構(gòu)造Fig.2 Structure of cable-to-girder anchorage

圖3 錨固結(jié)構(gòu)有限元模型Fig.3 FEM model of anchorage

計(jì)算得到索力作用下，錨固結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布。在焊接結(jié)構(gòu)中，焊縫的靜力強(qiáng)度要高于母材，但由于存在初始缺陷，疲勞裂紋往往還是在焊縫附近開(kāi)始起裂，連接處是決定結(jié)構(gòu)疲勞性能的關(guān)鍵部位［5］。選擇錨固結(jié)構(gòu)中板件連接焊縫為研究對(duì)象，圖4給出沿連接焊縫的Von.mises應(yīng)力變化趨勢(shì)。

拉板與上弦桿的連接焊縫受拉剪作用，從圖4(a)可以看出該焊縫應(yīng)力數(shù)值較小，除焊縫端部應(yīng)力較小外，總體分布均勻;主承壓板與錨墊板的連接焊縫受壓應(yīng)力作用，從圖4(a)可以看出該焊縫應(yīng)力數(shù)值較大，焊縫端部存在明顯應(yīng)力集中;次承壓板與錨墊板的連接焊縫受壓應(yīng)力作用，從圖4(a)可以看出該焊縫應(yīng)力數(shù)值較大，但分布均勻;主承壓板與拉板的連接焊縫受剪應(yīng)力作用，從圖4(b)可以看出該焊縫在中部位置應(yīng)力數(shù)值較大，遠(yuǎn)離錨墊板時(shí)應(yīng)力減小較快。次承壓板與主承壓板的連接焊縫受剪應(yīng)力作用，從圖4(b)可以看出該焊縫在靠近錨墊板處應(yīng)力數(shù)值較大，沿著焊縫應(yīng)力呈線性減小。錨固結(jié)構(gòu)在索力傳遞過(guò)程中，將集中索力有效擴(kuò)散，錨箱板件連接焊縫應(yīng)力約為拉板與弦桿連接焊縫應(yīng)力的2～3倍。疲勞荷載作用下，錨固結(jié)構(gòu)受拉或受剪焊縫應(yīng)力水平不高。

圖4 錨固結(jié)構(gòu)連接焊縫應(yīng)力分布Fig.4 Stress distribution on main welds of anchorage

3 四線鐵路疲勞荷載

鋼橋疲勞損傷，決定于經(jīng)常作用的、各種實(shí)際的車輛荷載。利用有限元模型可以計(jì)算錨固結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)各線列車的影響線，列車沿著各自的影響線從一端進(jìn)入，另一端完全駛出為一加載歷程。把一個(gè)加載例歷程中內(nèi)力隨時(shí)間的變化過(guò)程記錄下來(lái)就可以得到一個(gè)內(nèi)力歷程。用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)內(nèi)力歷程進(jìn)行內(nèi)力幅統(tǒng)計(jì)，可以得到內(nèi)力頻值譜。通過(guò)變幅疲勞強(qiáng)度和常幅疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系式，可以推出列車的等效內(nèi)力幅及其循環(huán)次數(shù)［6］。

安慶長(zhǎng)江鐵路大橋?yàn)?索面鋼桁梁斜拉橋，主梁采用3片主桁結(jié)構(gòu)，承受4線鐵路活載作用。斜拉索梁端錨固結(jié)構(gòu)所承受的索力大，索力變化幅度大，是雙拉板栓焊錨箱式索梁錨固結(jié)構(gòu)在高速鐵路鋼桁梁斜拉橋中的首次采用。鐵路桁梁疲勞荷載4線系數(shù)的確定不僅與主桁的荷載分配系數(shù)有關(guān)，而且與橋梁上4線鐵路列車的相遇概率、相遇次數(shù)以及4線列車引起的疲勞損傷度有關(guān)。列車相遇概率的大小與過(guò)橋的時(shí)間有關(guān)，過(guò)橋時(shí)間越長(zhǎng)相遇的概率就越大。

列車的相遇情況較為復(fù)雜，可以假定列車在橋上一旦相遇，視為完全相遇，即每次相遇時(shí)各線列車同時(shí)到達(dá)各自應(yīng)力歷程曲線的應(yīng)力最大值。設(shè)四線列車對(duì)梁端錨固結(jié)構(gòu)的荷載分配系數(shù)各為 δa，δb，δc，δd，考慮橋梁橫向平面框架結(jié)構(gòu)，計(jì)算得a，b，c，d四線列車對(duì)邊桁錨箱及中桁錨箱的荷載分配系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 荷載分配系數(shù)Tab.1 Load distribution coefficient

a、b二線列車相遇1次時(shí)的損傷為:

a、b、c三線列車相遇1次時(shí)的損傷為:

a、b、c、d四線列車相遇1次時(shí)的損傷為:

上面各式中Dc為C線列車單獨(dú)作用引起的損傷。

考慮時(shí)域T內(nèi)各種相遇情況，設(shè)四線系數(shù)為k，則:

km=(Dabcd+Dabc+Dbcd+Dcda+Ddab+Dab+Dac+Dad+Dbc+Dbd+Dcd+Da+Db+Dc+Dd)/(ncDC)

考慮4線列車運(yùn)行速度及每天運(yùn)行次數(shù)，計(jì)算得到4線鐵路索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞荷載折減系數(shù)為0.32，索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞荷載按0.32倍4線活載引起的斜拉索索力考慮。

4 疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外研究表明，影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的因素主要是焊接細(xì)節(jié)分類、應(yīng)力幅及加載次數(shù)。選取安慶鐵路長(zhǎng)江大橋斜拉橋活載索力幅值最大的斜拉索梁端錨固結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，受試驗(yàn)條件限制，參考國(guó)內(nèi)外疲勞試驗(yàn)資料，采用1∶2大比例縮尺模型進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄉ舷覘U、錨固結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ烷L(zhǎng)約8.1 m，寬約2.3 m，高約 4.6 m。有限元局部應(yīng)力分析表明，該長(zhǎng)度能夠保證錨固結(jié)構(gòu)附近的上弦桿基本不受模擬邊界條件與實(shí)際情況不同而帶來(lái)的影響。試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒馁|(zhì)與焊接工藝與實(shí)橋結(jié)構(gòu)完全一致。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)際錨固及加載方式，完成試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠邢拊獞?yīng)力分析，通過(guò)分析比較試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)橋結(jié)構(gòu)主要板件應(yīng)力分布數(shù)值模擬結(jié)果，試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)橋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布狀態(tài)一致，焊接細(xì)節(jié)具有相似的應(yīng)力集中程度，圖5給出了試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皩?shí)際結(jié)構(gòu)錨拉板應(yīng)力分布。因此當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)橋結(jié)構(gòu)具有相同的焊接細(xì)節(jié)分類、應(yīng)力幅及加載次數(shù)時(shí)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)橋結(jié)構(gòu)具有一致的疲勞性能。

疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ图虞d方案如圖6所示。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)地腳錨固螺栓和錨固橫梁將試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕舷覘U錨固，模擬拉索采用鋼絞線體系并采用MTS系統(tǒng)作動(dòng)器按常幅正弦波循環(huán)加載。鋼絞線一端通過(guò)錨餅錨固在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腻^墊板上，另一端通過(guò)拉桿連接裝置與MTS作動(dòng)頭相連。拉桿連接裝置由上蓋板、下承壓板和4根高強(qiáng)螺桿組成，上蓋板與MTS作動(dòng)頭采用高強(qiáng)螺栓連接，錨固鋼絞線的錨餅直接作用于下承壓板。試驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿長(zhǎng)度使上蓋板與下承壓板平行，保證索力加載方向。

圖5 錨拉板的應(yīng)力分布(單位:Pa)Fig.5 Stress distribution of anchor plate

圖6 疲勞試驗(yàn)加載方法Fig.6 Loading method of Fatigue test

試驗(yàn)采用電阻應(yīng)變計(jì)法進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試，根據(jù)有限元局部分析，拉板與錨箱承壓板焊接處及承壓板與錨墊板連接位置受力最不利，因此在這些位置布置較多應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，其它部位則做適當(dāng)布置。圖7給出了錨固結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)側(cè)拉板及主承壓板測(cè)點(diǎn)布置。雖然在試驗(yàn)室進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，但考慮到試驗(yàn)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，通過(guò)設(shè)置溫度補(bǔ)償應(yīng)變片來(lái)減少環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果的影響。

圖7 錨固結(jié)構(gòu)主要板件測(cè)點(diǎn)布置Fig.7 Sensor location on main plate of anchorage

受力復(fù)雜的測(cè)點(diǎn)采用三軸應(yīng)變花，受力簡(jiǎn)單的測(cè)點(diǎn)采用單軸應(yīng)變片。采用UCAM－70A(日本共和公司生產(chǎn))應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)采集。疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，每20萬(wàn)次循環(huán)加載后進(jìn)行一次靜載加載測(cè)試，考察加載過(guò)程中測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化。靜載試驗(yàn)采用逐級(jí)加載，疲勞試驗(yàn)機(jī)加載分級(jí)為:

50 kN→150 kN→250 kN→350 kN→420 kN→350 kN→250 kN→150 kN→50 kN。疲勞機(jī)加載下限選擇50 kN是為了消除試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆菑椥宰冃?，同時(shí)提高疲勞加載的頻率

5 疲勞試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，選取主拉應(yīng)力測(cè)試值最大的測(cè)點(diǎn)B6、B7，給出了 40、70、100、125、150、175 及 200 萬(wàn)次加載循環(huán)后的加載歷程曲線，如圖8所示。選取試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)側(cè)拉板及主承壓板上應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，給出了應(yīng)力測(cè)試值隨加載循環(huán)次數(shù)變化曲線，如圖9所示。

不同循環(huán)次數(shù)后，考慮測(cè)試誤差影響，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)試值變化不大。測(cè)點(diǎn)主拉應(yīng)力測(cè)試值沒(méi)有隨加載循環(huán)次數(shù)的增加而變化。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，拉板與鋼桁梁上弦桿連接焊縫附近的測(cè)點(diǎn)主拉應(yīng)力低于20 MPa，所有測(cè)點(diǎn)主拉應(yīng)力均低于40 MPa。100萬(wàn)次循環(huán)加載、200萬(wàn)次循環(huán)加載后各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力與循環(huán)加載前的應(yīng)力變化不大，模型應(yīng)力分布狀態(tài)沒(méi)有隨循環(huán)作用次數(shù)的增加而發(fā)生改變。

圖8 部分測(cè)點(diǎn)加載歷程曲線Fig.8 Curve of stress vs.loading of test point B7

整個(gè)疲勞加載過(guò)程未發(fā)現(xiàn)試件有異?，F(xiàn)象。每次停機(jī)靜載試驗(yàn)，檢查試件，未發(fā)現(xiàn)裂紋。200萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)后，對(duì)試件進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋。繼續(xù)加載至240萬(wàn)次，檢查試件，仍未發(fā)現(xiàn)裂紋。實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的整體變化趨勢(shì)基本上是相同的，除個(gè)別測(cè)點(diǎn)外，大多數(shù)測(cè)點(diǎn)都和計(jì)算值比較接近。

圖9 測(cè)點(diǎn)主拉應(yīng)力隨循環(huán)次數(shù)變化曲線圖Fig.9 Curve of the first principal vs.Cycle number

6 錨固結(jié)構(gòu)抗疲勞性能評(píng)價(jià)

橋梁結(jié)構(gòu)因承受荷載反復(fù)作用而產(chǎn)生疲勞裂紋，它與應(yīng)力變動(dòng)幅度、荷載反復(fù)次數(shù)及構(gòu)造細(xì)節(jié)有關(guān)。在鐵路鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范中，將連接細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行等級(jí)分類，再按照使用期限所設(shè)定的荷載重復(fù)次數(shù)來(lái)確定安全的疲勞應(yīng)力容許值?？梢哉f(shuō)，按照這種方法進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的主要構(gòu)件及其接頭等，疲勞性能可以滿足要求。焊接結(jié)構(gòu)與栓接和鉚接結(jié)構(gòu)相比，由于在接頭處的殘留缺陷、高應(yīng)力集中區(qū)，以及設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有估計(jì)到的變形和二次應(yīng)力等都會(huì)引起疲勞裂紋。在役鋼橋的疲勞裂紋主要有以下原因造成的，有翹曲引起的應(yīng)力、不恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以及超載。在傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)中，基于規(guī)范荷載及分項(xiàng)系數(shù)，構(gòu)件及連接處是根據(jù)他們主要的承擔(dān)荷載而分開(kāi)設(shè)計(jì)的。一般人們只關(guān)注結(jié)構(gòu)的整體性能，而忽略結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的相互作用力或變形。如果連接細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)產(chǎn)生二次效應(yīng)。

國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)及橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中，都針對(duì)典型連接結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)給出了疲勞容許應(yīng)力。設(shè)計(jì)規(guī)范給出的連接細(xì)節(jié)的疲勞容許應(yīng)力一般基于細(xì)節(jié)試件疲勞試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果中包含了各國(guó)不同焊接制造工藝水平帶來(lái)的焊接缺陷的不同統(tǒng)計(jì)表達(dá)。因此同一種或類似的連接細(xì)節(jié)在不同設(shè)計(jì)規(guī)范中給定的疲勞容許應(yīng)力有所差別。安慶長(zhǎng)江鐵路大橋所采用的雙拉板栓焊錨箱式梁端錨固結(jié)構(gòu)中，上拉板與下拉板連接屬于高強(qiáng)螺栓拼接連接，下拉板與弦桿頂板連接屬于十字承載焊縫連接，主承壓板與上拉板連接屬于T形承剪焊縫等。雖然雙拉板栓焊錨箱梁端錨固結(jié)構(gòu)所包含的連接構(gòu)造細(xì)節(jié)與各類規(guī)范規(guī)定的細(xì)節(jié)不完全相同，不能完全按照規(guī)范有關(guān)規(guī)定來(lái)檢驗(yàn)其疲勞強(qiáng)度，但各類規(guī)范規(guī)定的疲勞容許應(yīng)力可作為參考。

表2 連接細(xì)節(jié)疲勞容許應(yīng)力Tab.2 Fatigue allow stress of connection detail

根據(jù)表2所列的構(gòu)造細(xì)節(jié)的試驗(yàn)實(shí)測(cè)應(yīng)力幅和設(shè)計(jì)規(guī)范的疲勞極限，可知安慶長(zhǎng)江鐵路大橋拉索梁端錨固結(jié)構(gòu)所有測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)力幅都滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，且應(yīng)力幅遠(yuǎn)小于疲勞容許應(yīng)力幅，結(jié)構(gòu)具有較大的安全儲(chǔ)備。設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，安慶長(zhǎng)江鐵路大橋拉索梁端錨固結(jié)構(gòu)具有較好的疲勞性能，錨固結(jié)構(gòu)各構(gòu)造細(xì)節(jié)連接焊縫的疲勞強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論

(1)與節(jié)點(diǎn)內(nèi)置式錨固結(jié)構(gòu)相比，雙拉板栓焊錨箱式錨固結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、便于制造、安裝和后期維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

(2)考慮3主桁錨固點(diǎn)荷載分配系數(shù)及4線鐵路列車的相遇概率、相遇次數(shù)，分析得到安慶鐵路長(zhǎng)江大橋梁端錨固結(jié)構(gòu)疲勞荷載折減系數(shù)為0.32。

(3)疲勞試驗(yàn)表明，模型測(cè)點(diǎn)最大主拉應(yīng)力為32 MPa，最大Von.Mises為35 MPa，出現(xiàn)在上拉板與錨箱主承壓板連接焊縫處。拉板與桁梁弦桿上翼緣連接焊縫周圍測(cè)點(diǎn)的主拉應(yīng)力在15 MPa以內(nèi);拉板與錨箱連接焊縫的主拉應(yīng)力35 MPa以內(nèi);錨箱各板件之間的焊縫測(cè)點(diǎn)最大主拉應(yīng)力為22 MPa。考慮4線折減活載索力作用下，試件實(shí)測(cè)應(yīng)力水平不高。

(4)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏y(cè)點(diǎn)主拉應(yīng)力在每次靜載試驗(yàn)時(shí)，呈線性變化。各次靜載試驗(yàn)的主拉應(yīng)力數(shù)值差別不大，說(shuō)明測(cè)點(diǎn)在疲勞加載過(guò)程中受力無(wú)異常變化。

(5)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)測(cè)拉應(yīng)力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)規(guī)范各種構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度，試件的各種構(gòu)造細(xì)節(jié)在正常養(yǎng)護(hù)維修情況下，不會(huì)發(fā)生疲勞開(kāi)裂。

［1］西南交通大學(xué).大跨鐵路斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.成都:西南交通大學(xué)，2011.

［2］包立新，衛(wèi) 星，李 俊，等.鋼箱梁斜拉橋索梁錨固區(qū)的抗疲勞性能試驗(yàn)研究［J］.工程力學(xué)，2007，25(8):127－132.BAO Li-xin，WEI Xing，LI Jun.et al.Model test for fatigue performance of anchorage in cable－stayed bridge with steel box girder［J］.Engineering Mechanics，2007，25(8):127－132.

［3］衛(wèi) 星，強(qiáng)士中.斜拉橋耳板式索梁錨固結(jié)構(gòu)的空間分析［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2004，25(5):67－71.WEI Xing.QIANG Shi-zhong.3D analysis on anchorage zone between beam and cable in cable－stayed Bridge［J］.China Railway Science，2004，25(5):67－71.

［4］北沢正彥，田中敏男，野口二郎，等.東神戸大橋の構(gòu)造設(shè)計(jì)［J］.橋梁と基礎(chǔ)，1991，25(3):17 －22.KITAZAWA Masahiko，TOSHIO Tanaka，NOGUCHI Jiro，et al.Structural design of Higashi－ Kobe Bridge［J］.Bridge and Foundation，1991，25(3):17 －22.

［5］ Fisher J W，Mertz D M，Barthelemy，B，et al.Fatigue behavior of full－scale welded bridge attachments［M］.Washington，D.C.:Transportation Research Board，National Research Council，1980.

［6］衛(wèi) 星，李 俊，強(qiáng)士中.大跨鋼桁拱軌道橫梁半剛性連接節(jié)點(diǎn)疲勞性能試驗(yàn)研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2009，42(6):73－79.WEI Xing，LI Jun，QIANG Shi-zhong.Fatigue test on the semi－rigid connections between railway floor beam and primary truss of long span steel truss arch bridges［J］.China Civil Engineering Journal，2009，42(6):73 －79.

［7］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.2－2005鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［8］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

［9］AASHTO.AASHTO LRFD Bridge Design Specifications(SI Units)［S］.Washington D C:AASHTO，2005.

［10］European Committee for Standardization，EN 1993－1－9 Euro code 3:Design of steel Structures Part 1 － 9:Fatigue［S］.Brussels:European Committee for Standardization，2005.