曾 勇，張曉東，楊長(zhǎng)春，肖光烈，敖付勇，渠 昱

（1.重慶交通大學(xué)山區(qū)橋梁及隧道工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400074；2.重慶交通大學(xué)山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)與材料教育部工程研究中心，重慶400074；3.重慶市永川區(qū)公路服務(wù)中心，重慶402114；4.重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶400042）

在外力荷載（如車輛、風(fēng)荷載等）的重復(fù)作用下，懸索橋易產(chǎn)生疲勞破壞。隨著不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和日益提高的人民生活水平，區(qū)域范圍的人員流動(dòng)更加頻繁，貨物運(yùn)輸需求亦不斷增加，橋梁交通流量以及車輛荷載相比原設(shè)計(jì)規(guī)范有明顯增長(zhǎng)，疲勞破壞現(xiàn)象在懸索橋中更早或更易產(chǎn)生。鋼箱梁懸索橋加勁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵是由加勁板、耳板、縱橫隔板等板件組成的索梁錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該處結(jié)構(gòu)構(gòu)造非常煩瑣，受力比較復(fù)雜，應(yīng)力集中效應(yīng)較為明顯，其性能可直接影響橋梁的安全使用情況［1-3］。由于其煩瑣構(gòu)造及復(fù)雜受力狀態(tài)，通常無(wú)法直接使用現(xiàn)行的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行分析、評(píng)估或校核其疲勞性能，因此關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或構(gòu)件須開(kāi)展一定比例尺的疲勞模型試驗(yàn)［1］。

目前的研究?jī)H針對(duì)大跨徑鋼箱梁懸索橋?qū)崢蛑心承﹩我唤Y(jié)構(gòu)構(gòu)件或關(guān)鍵部位的疲勞性能開(kāi)展，且已有較大突破與較多的成果［4-7］。根據(jù)Saint-Venant原理可知，邊界條件的改變將會(huì)影響相關(guān)研究結(jié)論，因此只針對(duì)單一結(jié)構(gòu)構(gòu)件或關(guān)鍵部位的疲勞試驗(yàn)具有一定客觀局限性，與實(shí)際情況有所出入而產(chǎn)生試驗(yàn)誤差。目前國(guó)內(nèi)對(duì)大跨徑鋼箱梁懸索橋中主纜-吊桿-鋼箱梁一體化結(jié)構(gòu)節(jié)段模型開(kāi)展的疲勞試驗(yàn)研究鮮有報(bào)道，因而用于指導(dǎo)節(jié)段模型研制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及實(shí)橋疲勞設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)存在不足，在某種意義上限制了進(jìn)一步的應(yīng)用與發(fā)展［8-11］。

論文為綜合評(píng)估懸索橋索梁錨固結(jié)構(gòu)區(qū)關(guān)鍵構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞性能，驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理及安全耐用性，開(kāi)展了比例為1:4的主纜-吊桿-鋼箱梁一體化節(jié)段模型的疲勞試驗(yàn)研究。

1 模型構(gòu)造

鋼箱梁節(jié)段模型在綜合考慮各種實(shí)際影響因素下，采用了較為適宜的比例1:4，即橫橋向鋼板厚度及結(jié)構(gòu)尺寸按照原設(shè)計(jì)的1:4進(jìn)行模型制作，適當(dāng)縮短了橫向中段的距離以增加其橫向剛度，剩余各結(jié)構(gòu)構(gòu)件均完全依照實(shí)橋設(shè)計(jì)圖按比例進(jìn)行縮放。兩個(gè)橫橋向的懸吊點(diǎn)之間的中心距離為3.125 m，截去超出原鋼箱梁的部分，風(fēng)嘴構(gòu)造保持不變；鋼箱梁底板U型肋的位置不變，頂板中間第一個(gè)U型肋距離頂板中心61.5 mm，其余頂板U肋的位置同設(shè)計(jì)；橫隔板的開(kāi)口位置與U肋的位置相同；2塊坡型鋼板焊接于鋼橋面中心位置處以平衡受壓；節(jié)段模型縱橋向長(zhǎng)為3.4 m，5道橫隔板均勻設(shè)置，其厚度及位置可同比例縮小計(jì)算而得；根據(jù)相似理論模擬實(shí)橋節(jié)段模型，采用幾何、物理和邊界條件相似來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

主橋其加勁梁采用正交異性板流線型扁平鋼箱梁，縮尺比例1:4；頂板厚3.5 mm，U型加勁肋厚2 mm，底板厚3 mm，吊耳板厚20 mm；內(nèi)部均勻設(shè)置5道間隔均為0.675 m的實(shí)體式橫隔板，以提高橋面板抵抗變形的能力，吊桿處橫隔板厚3 mm（承力板為10 mm），其余橫隔板厚2 mm；結(jié)合吊桿的設(shè)計(jì)方案，鋼箱梁與吊桿的連接構(gòu)造采用銷接式錨板，具體尺寸如圖1所示；吊桿、耳板、上下錨頭等模型構(gòu)造細(xì)節(jié)如圖2所示。

圖1 鋼箱梁構(gòu)造三維圖

圖2 上、下錨頭示意圖

圖2 上、下錨頭示意圖

2 模型制作

鋼箱梁節(jié)段模型分為三個(gè)部分進(jìn)行制造，然后運(yùn)到重慶交通大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安裝。鋼箱梁節(jié)段模型從制造材料到拼裝焊接全程，全部嚴(yán)格依照實(shí)橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。

鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)鋼材型號(hào)均采用Q345D，其化學(xué)成分及力學(xué)性能均符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591-2008）的相關(guān)要求；鋼板質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)，且在靠近焊縫區(qū)域200 mm以內(nèi)不得含有任何片狀?yuàn)A層缺陷［12］；根據(jù)錨箱的受力特點(diǎn)，吊耳板構(gòu)件采用具有抗層狀撕裂性能的鋼材，并采用Z向拉伸試驗(yàn)的斷面收縮率評(píng)定其抗層狀撕裂性能，評(píng)定按《厚度方向性能鋼板》（GB/T 5313-2010）中Z15所對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；模型制造所用鋼板均要求按《厚鋼板超聲波檢驗(yàn)方法》（GB/T 2970-2016）所述標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行探傷檢驗(yàn)；焊接材料根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)評(píng)定的結(jié)果來(lái)選用，其使用的焊絲、焊劑及手工焊條滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所述要求。

由于鋼箱梁為全焊接結(jié)構(gòu)，焊縫數(shù)量較多、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，焊縫的力學(xué)指標(biāo)合格與否是橋梁結(jié)構(gòu)受力是否符合設(shè)計(jì)預(yù)期要求的重要把控。因此，規(guī)定所有焊縫在實(shí)際操作前應(yīng)依據(jù)工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果來(lái)撰寫(xiě)焊接工藝方案，且確定的方案須盡可能采取焊接變形和焊縫收縮均較小的焊接形式和方法；節(jié)段模型中主要傳力構(gòu)件的連接選擇熔透焊縫，須采取焊接變形小的坡口形式；焊后要求對(duì)焊縫表面進(jìn)行敲打處理，以削減應(yīng)力集中的不利影響［13］。

焊接操作應(yīng)在室內(nèi)或防風(fēng)雨的設(shè)施場(chǎng)所內(nèi)完成，并要求所處環(huán)境其相對(duì)濕度≤80%；低合金鋼材焊接所需環(huán)境溫度≥5℃，低碳鋼材焊接所需環(huán)境溫度≥0℃；如若現(xiàn)場(chǎng)條件不滿足前述要求時(shí)，須使用一定的保證技術(shù)措施處理后方能繼續(xù)焊接操作。

3 模型安裝

本次試驗(yàn)加載采取常用于橋隧、建筑、道路、船舶、車輛等大型結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的動(dòng)、靜態(tài)性能試驗(yàn)研究的五通道結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)（MTS Flex test GT Five Channel Dynamic Structure Testing System）。該系統(tǒng)使用電液伺服閉環(huán)控制技術(shù)，加載及數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)過(guò)程由電腦控制完成，具有數(shù)據(jù)結(jié)果精度高、加載過(guò)程穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)［14］。

MTS儀器固定于門(mén)架橫梁上，其長(zhǎng)度3.31 m（可變）；門(mén)架高度6.11 m，其橫梁高度1.27 m，門(mén)架長(zhǎng)、寬4.9 m×4.45 m，操作空間4m×3.55m。鋼箱梁節(jié)段模型使用實(shí)驗(yàn)室龍門(mén)吊機(jī)運(yùn)至門(mén)架下方，通過(guò)吊纜與索夾進(jìn)行連接；采用鋼棒模擬主纜，現(xiàn)場(chǎng)制作10 mm厚角鋼以固定鋼棒，并用螺栓將其固定在橫梁端部。節(jié)段模型四角用角鋼加鋼板并涂抹黃油模擬平鉸固定于門(mén)架柱處，防止加載時(shí)擺動(dòng)；底部放置60 cm×60 cm混凝土試塊并鋪滿木板以防止試驗(yàn)意外情況發(fā)生。局部板件及構(gòu)造細(xì)節(jié)如圖3、圖4所示。

圖3 鋼箱梁節(jié)段模型局部加工過(guò)程

圖4 疲勞試驗(yàn)局部構(gòu)造細(xì)節(jié)

4 模型測(cè)點(diǎn)

材料力學(xué)研究中為確定受力構(gòu)件某一個(gè)點(diǎn)的平面應(yīng)力狀態(tài)，須了解該點(diǎn)正方向的應(yīng)變和剪切應(yīng)變，即εx、εy、γxy。因此，該情況下須使用應(yīng)變花測(cè)量出任意三個(gè)方向的應(yīng)變以換算所需應(yīng)變。假設(shè)每一片應(yīng)變片與 X軸之間的夾角依次為 θ1、θ2、θ3，其在各 θ方向所測(cè)應(yīng)變分別對(duì)應(yīng)為 εθ1、εθ2、εθ3。測(cè)量應(yīng)變與正應(yīng)變和剪切應(yīng)變?yōu)椋é舩、εy、γxy）時(shí)可通過(guò)式（1）進(jìn)行換算：

式（1）是由 θ1、θ2、θ3組成的方程組的簡(jiǎn)寫(xiě)形式，解此方程組即可得到 εx、εy、γxy。

主應(yīng)變（主應(yīng)力）及其方向可通過(guò)式（2）得到：

因此，僅須測(cè)定某點(diǎn)任意三個(gè)方向的應(yīng)變后，便可通過(guò)公式換算得到該點(diǎn)主應(yīng)力和剪應(yīng)力，進(jìn)而可評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的靜力或疲勞強(qiáng)度［15］。

節(jié)段模型的測(cè)點(diǎn)主要由頂/底板、橫隔板、錨箱、吊索索夾等應(yīng)變測(cè)點(diǎn)及水平豎直位移測(cè)點(diǎn)組成，測(cè)量裂紋可能出現(xiàn)位置的應(yīng)變和模型中應(yīng)力的分布情況。箱梁模型內(nèi)部貼片工作（橫隔板及其開(kāi)孔部位、U肋與橫隔板連接焊縫端部及U肋與頂板連接焊縫）在模型組裝過(guò)程中完成，其外部貼片（頂/底板、耳板、錨頭及索夾）于模型安裝完成后在重慶交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，應(yīng)力測(cè)試采用電阻應(yīng)變計(jì)；耳板與錨箱連接位置因應(yīng)力及構(gòu)造較為煩瑣，測(cè)點(diǎn)相應(yīng)較多；橫隔板測(cè)點(diǎn)主要在靠近頂、底板的部分布置橫橋向單向應(yīng)變片；靠近吊點(diǎn)處因受力不明確而設(shè)置應(yīng)變花。

5 模型加載

根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)的實(shí)際交通狀況，參考AASHTO、Eurocode 3和BS5400等國(guó)外知名規(guī)范對(duì)橋梁設(shè)計(jì)疲勞荷載的規(guī)定，通過(guò)荷載歷程計(jì)算分析，可得100 a設(shè)計(jì)壽命內(nèi)的疲勞荷載值。運(yùn)用Miner線性累積損傷準(zhǔn)則，考慮1:4縮尺比，200萬(wàn)次循環(huán)加載對(duì)應(yīng)的等效疲勞設(shè)計(jì)荷載幅值按360 kN考慮。此次模型疲勞加載試驗(yàn)的荷載加載劃分為兩類，一類為橋面鋪裝等二期恒載作用18 kN，另一類為車輛活載作用45.44 kN；前者須使用MTS儀器的預(yù)加力功能實(shí)現(xiàn)，而后者通過(guò)MTS儀器進(jìn)行加載。

首先在進(jìn)行節(jié)段模型疲勞試驗(yàn)前需要進(jìn)行預(yù)載工作，預(yù)載完成后，模型處于彈性狀態(tài)再進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。疲勞試驗(yàn)加載的疲勞荷載為18 kN→63.44 kN，試驗(yàn)過(guò)程中，每當(dāng)達(dá)到一定循環(huán)次數(shù)時(shí)，停止疲勞試驗(yàn)而進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，通過(guò)與相鄰前幾次的各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值或位移測(cè)點(diǎn)變形值的大小變化進(jìn)行比較，檢查是否有裂紋產(chǎn)生或其他異常現(xiàn)象。

疲勞循環(huán)次數(shù)分別達(dá)到5、10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200萬(wàn)次時(shí)，觀察模型某些部位是否有開(kāi)裂現(xiàn)象，并進(jìn)行靜載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)加載歷程為：0 kN→5 kN→10 kN→30 kN→50 kN→80 kN→90 kN→100 kN→104.63 kN，達(dá)到最大加載值104.63 kN后進(jìn)行對(duì)稱逐步卸載，每當(dāng)完成一次靜力加載或卸載，待數(shù)值穩(wěn)定后都要進(jìn)行應(yīng)變或位移測(cè)量、記錄工作。

若疲勞循環(huán)次數(shù)達(dá)到200萬(wàn)次，模型仍未發(fā)生破壞或出現(xiàn)局部開(kāi)裂現(xiàn)象，則將疲勞荷載幅值提高至18 kN→95.16 kN（1.5倍標(biāo)準(zhǔn)荷載幅值），期間荷載循環(huán)20萬(wàn)次，觀察模型是否開(kāi)裂，若有開(kāi)裂，則記錄疲勞裂紋擴(kuò)展的情況，并終止疲勞試驗(yàn)；若循環(huán)次數(shù)達(dá)到220萬(wàn)次，模型仍未破壞或開(kāi)裂，則將疲勞荷載幅值提高至18 kN→126.88 kN（2.0倍標(biāo)準(zhǔn)荷載幅值）并重復(fù)上述步驟；若循環(huán)次數(shù)達(dá)到240萬(wàn)次，模型仍未破壞或開(kāi)裂，則將疲勞荷載幅值提高至18 kN→158.6 kN（2.5倍標(biāo)準(zhǔn)荷載幅值）并重復(fù)上述步驟；若循環(huán)次數(shù)達(dá)到260萬(wàn)次，模型仍未破壞或開(kāi)裂，則將疲勞荷載幅值提高至18 kN→190.32 kN（3.0倍標(biāo)準(zhǔn)荷載幅值）并重復(fù)上述步驟；若循環(huán)次數(shù)達(dá)300萬(wàn)次，模型依舊未破壞或開(kāi)裂，則終止疲勞試驗(yàn)。其中當(dāng)疲勞循環(huán)次數(shù)分別達(dá)到220、240、260、265、280、285萬(wàn)次時(shí)停止疲勞試驗(yàn)而進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，通過(guò)與相鄰前幾次的各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值或位移測(cè)點(diǎn)變形值的大小變化對(duì)比，檢查是否出現(xiàn)螺栓松動(dòng)、構(gòu)件開(kāi)裂或異?，F(xiàn)象。

6 結(jié)果分析

6.1 靜載試驗(yàn)結(jié)果

靜載試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)模型底板下緣中間位置位移測(cè)點(diǎn)的變形值，以了解模型變形情況和邊界條件。

通過(guò)觀察整個(gè)靜載試驗(yàn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)梁端位移變化較為協(xié)調(diào)。由位移測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析得知：循環(huán)次數(shù)在200萬(wàn)次以下的靜載試驗(yàn)其位移測(cè)點(diǎn)的加、卸載曲線都是對(duì)稱且平滑變化的，則說(shuō)明整體結(jié)構(gòu)和局部沒(méi)有殘余變形，還處于彈性狀態(tài)階段內(nèi)；循環(huán)次數(shù)超過(guò)200萬(wàn)次以后，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，吊桿逐漸拉伸并開(kāi)始進(jìn)入塑性階段，節(jié)段模型位移值逐漸增加；達(dá)到強(qiáng)化階段后，位移增幅變小，240萬(wàn)次后吊桿中部分高強(qiáng)鋼絲失效，由剩余鋼絲受力；循環(huán)次數(shù)達(dá)到280萬(wàn)次后，節(jié)段模型向左側(cè)偏移約10 cm，MTS儀器下橫隔板開(kāi)孔處出現(xiàn)貫通裂紋（見(jiàn)圖5），錨頭下端部分鋼絲出現(xiàn)松弛或斷裂（見(jiàn)圖6），模型在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中其橫向擺幅對(duì)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響，故終止此次試驗(yàn)。

圖5 橫隔板處貫通裂紋

圖6 吊桿鋼絲部分松弛、斷裂

6.2 疲勞試驗(yàn)結(jié)果

承受整個(gè)節(jié)段模型自重及施加荷載的吊點(diǎn)錨箱耳板和與之連接的頂、底斜板構(gòu)件，其受力分析非常復(fù)雜。循環(huán)次數(shù)在200萬(wàn)次以內(nèi)，從吊點(diǎn)錨箱耳板、頂斜板交接處和底斜板交接處的各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)分析得知：每次靜載試驗(yàn)下的加、卸載曲線變化平緩，最大主拉應(yīng)力分別對(duì)應(yīng) 17 MPa、17.32 MPa和10.09 MPa，且與有限元軟件計(jì)算結(jié)果基本保持一致；所得的應(yīng)變和位移結(jié)果與荷載近似呈一次函數(shù)特征，實(shí)測(cè)位移及應(yīng)變?cè)诩?、卸載過(guò)程中也呈現(xiàn)較好的彈性特征，且同一測(cè)點(diǎn)在每次靜載試驗(yàn)下的應(yīng)變值波動(dòng)較小，表明構(gòu)件處于彈性變形階段，如圖7所示。

圖7 底斜板交接處主要測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力變化圖

將荷載傳遞至耳板及吊桿的吊點(diǎn)錨箱加強(qiáng)隔板及與之連接的頂、底板構(gòu)件，其受力也較為復(fù)雜。在200萬(wàn)次循環(huán)以內(nèi)，從測(cè)點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)分析得知：每次靜載試驗(yàn)下的加、卸載曲線變化平緩，最大主拉應(yīng)力分別為18.12 MPa和14 MPa；實(shí)測(cè)應(yīng)變與荷載之間呈線性關(guān)系，加、卸載過(guò)程有良好的對(duì)稱性與可恢復(fù)性，且同一測(cè)點(diǎn)在每次靜載試驗(yàn)下的應(yīng)變值波動(dòng)較小，這表明吊點(diǎn)錨箱結(jié)構(gòu)未發(fā)生應(yīng)力重分布。

正交異性鋼橋面板的頂板與橫隔板連接處將車輛荷載傳至下部橫隔板且傳遞橫隔板從吊點(diǎn)錨箱處傳來(lái)的力，其底板與橫隔板連接處承受變形產(chǎn)生的拉力及橫隔板傳遞的壓力。在200萬(wàn)次循環(huán)以內(nèi)，從測(cè)點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)分析得知：每次靜載試驗(yàn)下的加、卸載曲線變化平緩，加、卸載過(guò)程有良好的對(duì)稱性與可恢復(fù)性，最大主拉應(yīng)力分別為20 MPa和34.65 MPa；各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力幅Δσ≤71 MPa（歐盟相關(guān)規(guī)范中的容許值）且≤100 MPa（日本相關(guān)規(guī)范中的容許值），并小于同材料鋼材的容許值。

作為豎直方向傳力的關(guān)鍵構(gòu)件，吊桿、吊索錨杯、索夾其所受荷載較大，且最易產(chǎn)生疲勞破壞。循環(huán)次數(shù)在200萬(wàn)次以內(nèi)時(shí)，吊桿處各測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力幅值Δσ為86 MPa，小于吊桿的標(biāo)準(zhǔn)材料應(yīng)力幅值，靜載試驗(yàn)下的加、卸載曲線變化平緩，最大主拉應(yīng)力為191.2 MPa，如圖8所示；下錨頭錨杯處各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力幅Δσ小于歐盟和日本相關(guān)規(guī)范中的容許值，并小于相同鋼材的容許值，其最大主拉應(yīng)力為32.24 MPa；右側(cè)索夾頂部各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力幅Δσ≤71 MPa（歐盟相關(guān)規(guī)范中的容許值）且≤100 MPa（日本相關(guān)規(guī)范中的容許值），并小于同材料鋼材的容許應(yīng)力值，靜載試驗(yàn)下的加、卸載曲線變化平緩，加、卸載過(guò)程有良好的對(duì)稱性與可恢復(fù)性，其最大主拉應(yīng)力為11.37 MPa。

圖9 不同加載循環(huán)次數(shù)后部分測(cè)點(diǎn)的主拉應(yīng)力

圖8 吊桿主要測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力變化圖

部分測(cè)點(diǎn)在不同疲勞循環(huán)次數(shù)下靜力加載試驗(yàn)的主拉應(yīng)力值如圖9所示。只有較少部分測(cè)點(diǎn)由于安裝、采集等誤差影響致使數(shù)值波動(dòng)，但絕大部分測(cè)點(diǎn)在不同疲勞循環(huán)次數(shù)下靜力加載試驗(yàn)的主拉應(yīng)力值差異較小，表明隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增加，靜載試驗(yàn)下各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值波動(dòng)范圍較小，且遠(yuǎn)小于同材料鋼材的屈服應(yīng)力值，即各測(cè)點(diǎn)均未進(jìn)入塑性變形階段。200萬(wàn)循環(huán)次數(shù)以內(nèi)，節(jié)段模型未發(fā)生任何異?，F(xiàn)象，且對(duì)模型進(jìn)行檢查并未發(fā)現(xiàn)裂紋產(chǎn)生，所有測(cè)點(diǎn)應(yīng)力幅Δσ≤71 MPa（歐盟相關(guān)規(guī)范中的容許值）且≤100 MPa（日本相關(guān)規(guī)范中的容許值），并且小于相同鋼材的容許值。

每達(dá)到一定疲勞循環(huán)次數(shù)后所做的靜力加載試驗(yàn)結(jié)果得知：所有應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的換算主拉應(yīng)力小于40 MPa，多數(shù)是不超過(guò)20 MPa，且加載過(guò)程中模型均未見(jiàn)異常現(xiàn)象；疲勞循環(huán)次數(shù)達(dá)到200萬(wàn)次后，使用放大鏡對(duì)節(jié)段模型進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋；達(dá)到200萬(wàn)次，逐步提高疲勞荷載幅并繼續(xù)加載，循環(huán)次數(shù)達(dá)到220萬(wàn)次～240萬(wàn)次，靜載試驗(yàn)下所得的應(yīng)變與位移結(jié)果與荷載近似呈一次函數(shù)特征，實(shí)測(cè)位移及應(yīng)變?cè)诩?、卸載過(guò)程中也呈現(xiàn)較好的彈性特征，且同一測(cè)點(diǎn)在每次靜力加載試驗(yàn)下的應(yīng)變值波動(dòng)較小，則在疲勞循環(huán)次數(shù)240萬(wàn)次以內(nèi)時(shí)，正交異性鋼橋面板還未發(fā)生明顯應(yīng)力重分布；而240萬(wàn)次后，應(yīng)變變化較大，結(jié)構(gòu)發(fā)生了應(yīng)力重分布，且部分位置有裂紋萌生；循環(huán)次數(shù)達(dá)到280萬(wàn)次，模型向左平移10 cm，著重頭作用處的橫隔板開(kāi)孔位置其裂紋貫通，錨頭下端部分吊桿鋼絲松弛不再受力，退出工作。

7 結(jié)論

本節(jié)段模型為青草背長(zhǎng)江大橋的主纜-吊桿-鋼箱梁一體化結(jié)構(gòu)按1:4比例進(jìn)行縮放，用于綜合分析評(píng)價(jià)該橋索梁錨固結(jié)構(gòu)重要構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞特征。本次試驗(yàn)結(jié)果能反應(yīng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布規(guī)律，試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映實(shí)橋結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，且可反映主纜-吊桿-鋼箱梁的實(shí)際抗疲勞性能，具有一定的工程參考意義。主要結(jié)論如下：

（1）大部分測(cè)點(diǎn)所得到的應(yīng)力分布規(guī)律與軟件建模分析所得比較吻合，關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)處所得到的主拉應(yīng)力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值偏差較小。

（2）靜態(tài)加載試驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)位移值與加載值大致呈線性關(guān)系，加載與卸載曲線比較對(duì)稱且有良好的可恢復(fù)性，且同一位移測(cè)點(diǎn)在每次靜載試驗(yàn)下的數(shù)值波動(dòng)較小，說(shuō)明該模型處于彈性變形階段。

（3）在最大靜力荷載作用下，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏y(cè)點(diǎn)中最大主拉應(yīng)力為191.2 MPa，位于吊桿高強(qiáng)鋼絲處，其他測(cè)點(diǎn)的主拉應(yīng)力均在70 MPa以下；模型的橫隔板與底板連接處測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)最大Von.Mises應(yīng)力（等效應(yīng)力 σe），其值為 38.6 MPa。

（4）疲勞循環(huán)次數(shù)200萬(wàn)次以內(nèi)，大部分測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值和循環(huán)前相比差別較?。〝?shù)值波動(dòng)不大），說(shuō)明結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)應(yīng)力重分布現(xiàn)象；加載過(guò)程中節(jié)段模型未出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，且對(duì)模型進(jìn)行檢查并未發(fā)現(xiàn)裂紋產(chǎn)生。

（5）本次疲勞試驗(yàn)的節(jié)段模型為青草背長(zhǎng)江大橋所研究結(jié)構(gòu)部位按比例進(jìn)行縮放，模型制作和試驗(yàn)過(guò)程中的偏差對(duì)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，但基本反應(yīng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果可以反映模型的工作狀態(tài)，即反映實(shí)橋結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗疲勞性能。實(shí)橋的鋼箱梁節(jié)段及吊錨系統(tǒng)在焊接工藝良好和正常養(yǎng)護(hù)維修的情況下，設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。