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基于正交异性钢桥面板的疲劳寿命分析
摘要
正交异性钢桥面板是一种新型的桥面板，其结构特点决定了其在桥梁工程中具有广泛的应用前景。本文对正交异性钢桥面板的疲劳寿命进行了研究。首先介绍了正交异性钢桥面板的结构特点和应用前景，然后详细阐述了疲劳寿命分析的理论基础和方法，包括疲劳试验、疲劳损伤积累模型、应力范围法和极限状态法等。接着采用应力范围法和极限状态法对正交异性钢桥面板的疲劳寿命进行了分析和计算，并对计算结果进行了讨论和分析。最后得出了一些结论和建议，对正交异性钢桥面板的设计和选型提供了参考。
关键词：正交异性钢桥面板；疲劳寿命；应力范围法；极限状态法
Abstract
Orthotropicsteelbridgedeckisanewtypeofbridgedeck,anditsstructuralcharacteristicsdetermineitsextensiveapplicationprospectinbridgeengineering.Thispaperstudiesthefatiguelifeoforthotropicsteeldeck.Firstly,thestructuralcharacteristicsandapplicationprospectsoforthotropicsteelbridgedeckareintroduced.Then,thetheoreticalbasisandmethodsoffatiguelifeanalysisareelaborated,includingfatiguetests,fatiguedamageaccumulationmodels,stressrangemethodandlimitstatemethod.Then,thefatiguelifeoforthotropicsteelbridgedeckisanalyzedandcalculatedbystressrangemethodandlimitstatemethod,andthecalculationresultsarediscussedandanalyzed.Finally,someconclusionsandsuggestionsaredrawn,whichprovidereferenceforthedesignandselectionoforthotropicsteelbridgedeck.
Keywords:Orthotropicsteelbridgedeck;fatiguelife;stressrangemethod;limitstatemethod
正文
1.引言
随着城市化的快速发展，交通建设日益成为人们关注的焦点。作为交通建设的重要组成部分，桥梁工程的质量和耐久性十分关键。传统的混凝土桥面板具有维护成本高、施工周期长、防水难度大等缺点，而正交异性钢桥面板作为一种新型的桥面板具有结构轻便、抗腐蚀性强、施工周期短、维护成本低等优点，被广泛应用于桥梁工程领域。然而，由于交通荷载的反复作用，桥梁结构易受疲劳损伤影响，其耐久性成为桥梁工程中的重要问题。
2.疲劳寿命分析的理论基础和方法
2.1疲劳试验
疲劳试验是确定材料、零件或结构在疲劳载荷作用下的疲劳性能和疲劳寿命的关键方法之一。其基本原理是在固定的试验条件下，采用一定的载荷方式和循环数进行某一一定时间的疲劳试验，以获得材料、零件或结构的疲劳寿命和疲劳循环性能。
2.2疲劳损伤积累模型
疲劳损伤积累模型是疲劳寿命分析中的关键内容，是建立材料、零件或结构在疲劳载荷作用下的损伤演化过程和计算疲劳寿命的基础。常用的疲劳损伤积累模型有线性损伤模型、比例损伤模型和增长率损伤模型等。
2.3应力范围法
应力范围法是一种基于疲劳试验结果的疲劳寿命计算方法。其基本原理是将试验结果转化为在实际工作状态下的应力范围，并根据应力范围的大小，结合材料的S-N曲线和疲劳损伤积累模型，计算材料、零件或结构的疲劳寿命。
2.4极限状态法
极限状态法是一种基于材料、零件或结构的破坏状态的疲劳寿命计算方法。其基本原理是通过确定材料、零件或结构的极限状态，结合材料的破坏机理和疲劳损伤积累模型，计算其疲劳寿命。
3.正交异性钢桥面板的疲劳寿命计算
3.1应力范围法
根据正交异性钢桥面板的实际工况和荷载特点，进行疲劳试验，获得其应力范围与寿命的对应关系。假设正交异性钢桥面板的疲劳寿命为N，应力范围为Δσ，则其疲劳寿命可以通过下式计算：
N=(A/Δσ)m
其中A和m为材料的常数。
3.2极限状态法
正交异性钢桥面板的极限状态是指其达到破坏状态的情况。根据疲劳损伤积累模型和破坏机理，可以得出正交异性钢桥面板在实际工作状态下的极限状态。假设正交异性钢桥面板的极限状态为Δσm，则其疲劳寿命可以通过下式计算：