DB51∕T 2515-2018 钢管混凝土桥梁焊接节点疲劳技术规程.pdf

ICS 93.060 P 21 DB51 四川省地方标准 DB51/T 25152018 钢管混凝土桥梁焊接节点疲劳技术规程 2018 - 07 - 23 发布 2018 - 08 - 01 实施四川省质量技术监督局 发 布 DB51/T 25152018 I 目 次 前 言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 总则 . 1 4 术语和符号 . 2 5 材料 . 6 6 连接类别与疲劳强度 . 7 7 荷载及疲劳应力幅 . 13 8 疲劳强度验算 . 14 9 构造与工艺 . 16 10 维护管理 . 19 附录 A（规范性附录） 疲劳荷载或疲劳标准车. 21 附录 B（规范性附录） 钢管或钢管混凝土 K 形、T 形节点热点应力法强度验算 . 22 DB51/T 25152018 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由四川省交通运输厅提出归口。 本标准由四川省质量技术监督局批准。 本标准主要起草单位：四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院、四川交通职业技术学院、武船重型工程股份有限公司、西华大学。 本标准主要起草人：牟廷敏、范碧琨、康玲、赵艺程、宋瑞年、李胜、薛清、孙才志、周孝军、 何 源、苏俊臣、何娇阳、李畅、狄秉臻、陈功。 DB51/T 25152018 1 钢管混凝土桥梁焊接节点疲劳技术规程 1 范围 本规程规定了钢管混凝土桥梁焊接节点总则、术语和符号、材料、连接类别与疲劳强度、荷载及疲劳应力幅、疲劳强度验算、构造与工艺、维护管理等内容。 本规程适用于圆形钢管混凝土桁式结构桥梁焊接节点和接头的疲劳设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 700 碳素结构钢 GB/T 714 桥梁用结构钢 GB/T 1591 低合金高强度结构钢 GB/T 3323 金属熔化焊焊接接头射线照相 GB/T 5313 厚度方向性能钢板 GB/T 11345 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级 GB/T 26951 无损检测焊缝磁粉检测 GB 50017 钢结构设计规范 GB 50661 钢结构焊接规范 JTG B01 公路工程技术标准 JTG D60 公路桥涵设计通用规范 JTG D64 公路钢结构桥梁设计规范 JTG/T D65-06 公路钢管混凝土拱桥设计规范 JTG/T F50 公路桥涵施工技术规范 SCG F51-2015 桥梁高性能混凝土制备与应用技术指南 TB 10091 铁路桥梁钢结构设计规范 Q/CR 9211 铁路钢桥制造规范 DB51/T 2425 钢管混凝土桥梁检验评定规程 DB51/T 1995 机制砂桥梁高性能混凝土技术规程 3 总则 3.1.1 为规范钢管混凝土桥梁焊接节点和接头的疲劳设计，确保设计质量，使其满足安全可靠、适用耐久、经济合理、技术先进的要求，制定本规程。 3.1.2 本规程适用于圆形钢管混凝土桁式结构桥梁受拉焊接节点和接头的疲劳设计。受拉焊接节点类型包括钢管-钢管、钢管混凝土-钢管、钢管混凝土-钢管混凝土的 K 形或 T 形连接；受拉焊接接头包括钢管-钢管、钢管混凝土-钢管混凝土的对接焊接接头。 DB51/T 25152018 2 3.1.3 钢管混凝土桁式桥梁采用的钢材质量等级应与大气极端温度环境匹配，钢结构表面应采取长效的防腐措施。 条文说明 当钢材质量等级对应的冲击功不满足环境温度要求时，因低温使钢材脆性增加而降低材料的疲劳强度，特别是 K 形、T 形节点与对接接头容易发生疲劳破坏，因此采用的钢材质量等级必须与桥梁所处的大气极端温度环境匹配。 3.1.4 桥梁疲劳设计时，应充分考虑桥梁运营中通行车辆组成情况、重车数量增长趋势和通行位置等因素，准确确定标准疲劳荷载模型，合理评估桥梁构件焊接节点和接头的疲劳寿命。 3.1.5 钢管混凝土桁式桥梁设计寿命中，钢管的最大或最小名义应力不宜超过 0.45fy。 条文说明 控制名义应力，主要目的是控制焊接接头焊缝初始缺陷导致的低周疲劳破坏。当设计疲劳应力幅大于 35MPa 时，主管材质选用 Q345 等级以上的钢材，能提高焊接节点疲劳寿命。名义应力符号规定以拉应力为正，压应力为负。 3.1.6 钢管或钢管混凝土 K 形、T 形节点和对接接头的受拉构件，对连接焊缝主管侧的焊接热影响区应进行修磨。修磨完成 2h后，应对修磨区域采用渗透法和磁粉法进行检测。 条文说明 本规程适用于焊缝热影响区外观经过修磨的钢管及钢管混凝土相贯节点和对接接头的疲劳寿命评估。 3.1.7 钢管混凝土桥梁中的钢结构疲劳构造细节应满足完整性设计的要求。 条文说明 近年来，美国、韩国及中国等国家的钢结构桥梁，因制造或服役期内形成的局部缺陷，在恶劣环境和疲劳荷载反复作用下迅速扩展，形成疲劳损伤，导致桥梁服役期缩短，甚至垮塌，造成重大的人员伤亡和财产损失。由于钢管相贯连接的焊接工作难度大，质量难以控制，在焊接节点和接头处容易形成局部缺陷，导致钢管混凝土桥梁疲劳寿命降低。因此，管结构桥梁设计、制造和安装等过程中应满足钢结构疲劳细节的完整性设计要求。 3.1.8 本规程未涉及钢管及钢管混凝土构件疲劳极限状态以外的安全性验算。 条文说明 钢管及钢管混凝土等构件的强度、刚度和稳定性验算本规程未涉及，应按现行相关规范执行。 3.1.9 本规程未涉及的其他钢结构疲劳设计事宜，应根据相关规程执行。 条文说明 非 K 形、T 形钢管或钢管混凝土桁式节点、非桁式钢管混凝土及其它钢结构连接构造，本规程未作规定，应执行相关规程。 4 术语和符号 4.1 术语 4.1.1 疲劳损伤 循环荷载作用下，在桥梁结构构件及接头内部产生疲劳裂纹以及疲劳裂纹扩展所导致的损伤。 4.1.2 疲劳极限状态 由于疲劳损伤，造成整体结构或结构的一部分，超过疲劳设计要求的特定状态。 DB51/T 25152018 3 4.1.3 疲劳寿命 损伤部位达到疲劳极限状态时的应力幅循环作用次数。 4.1.4 名义应力 基于梁及框架理论，不考虑局部几何不连续性，计算得到的截面应力。 4.1.5 热点应力 疲劳损伤起源部位处的局部应力，不包括因焊缝形状引起的应力集中。 4.1.6 名义应力幅 名义应力最大值和最小值的代数差。 4.1.7 等效应力幅 与变幅应力幅具有相同应力循环次数和疲劳损伤程度的恒幅应力幅。 4.1.8 疲劳设计 S-N 曲线 名义应力幅与疲劳寿命之间的函数关系曲线。 4.1.9 恒幅疲劳极限 认为低于此值的恒幅应力幅在桥梁的设计寿命周期内，不会产生疲劳损伤的应力幅下限。 4.1.10 截止应力幅 认为低于此值的应力幅不计入疲劳寿命的计算。 4.1.11 基准疲劳强度 按节点构造分类后，由疲劳设计 S-N 曲线算出，与疲劳寿命 N=200 万次相对应的容许应力幅。 4.1.12 容许应力幅 计入节点或接头参数、主管直径、主管拉压、脱空等因素对基本容许应力幅的影响，进行修正后得到容许应力幅。 4.1.13 疲劳设计荷载 能够充分代表施加荷载的大小、频率和加载位置的荷载模型。 4.1.14 设计循环次数 设计寿命中在截止应力幅以上等效应力幅的总循环次数。 4.1.15 设计应力幅 在疲劳设计荷载作用下，计算得到的等效应力幅。 4.1.16 疲劳安全系数 在疲劳验算中用以修正安全性能级别的系数，由冗余度系数、重要性系数、检查系数构成。 DB51/T 25152018 4 4.1.17 冗余度系数b 揭示钢管或钢管混凝土节点或接头发生疲劳损伤时，对桥梁结构整体强度或功能造成影响的系数。 4.1.18 重要性系数w 对不同安全等级的结构，为使其具有规定的可靠度而采用的分项系数。 4.1.19 检查系数i 桥梁结构投入使用期间，定期检查中桥梁结构达到疲劳极限前发生疲劳损伤可检查的系数。 4.2 符号 4.2.1 材料性能有关符号 sdf钢管的抗拉、抗压和抗弯强度设计值； vf钢管的屈服强度设计值； vdf钢管的抗剪强度设计值。 4.2.2 几何参数有关符号 D主管直径； d支管直径； T主管壁厚； t支管壁厚； g相贯焊缝间的净距； eK 形节点两支管轴线的交点与主管轴线的偏心距； K 形节点主管与支管轴线间的夹角； K 形、T 形节点两支管轴线间的横向夹角。 4.2.3 作用效应和抗力有关符号 S名义应力幅； e等效应力幅； i应力幅频率分布的一个应力幅分量； max设计寿命中计算的最大应力幅； DB51/T 25152018 5 ce恒幅疲劳的容许应力幅； R基于等效应力幅进行疲劳验算时采用的容许应力幅； d设计应力幅。 4.2.4 计算系数及其它有关符号 m表示疲劳设计曲线斜率的常数； 壁厚比修正系数； 直径比修正系数； 主管径厚比修正系数； c混凝土强度等级修正系数； 支管壁厚与主管壁厚的比； 支管直径与主管直径的比； RC计入名义应力的影响对基本容许应力幅进行修正的系数； tC计入板厚的影响对基本容许应力幅进行修正的系数； hC基本容许疲劳应力幅的脱空修正系数； lC基本容许疲劳应力幅的受拉修正系数； b冗余度系数； w重要性系数； i检查系数； 0C疲劳强度 S-N 曲线常数； dD线性疲劳累积损伤准则中规定的损伤度或累积损伤度； tn设计循环次数； in应力幅频率分布中i的循环次数； DB51/T 25152018 6 iN疲劳设计 S-N 曲线上，经过修正后i对应的疲劳寿命； N疲劳寿命（达到疲劳极限状态前的应力总循环次数） 。 5 材料 5.1 钢材 5.1.1 钢管混凝土构件中的钢材质量等级应与桥梁环境温度相匹配，其匹配关系宜满足表 5.1.1 的要求。 表 5.1.1 桥梁环境温度与钢材质量等级的匹配关系表 桥梁环境温度() /0 /20 /40 40 钢材质量等级 C C、D D、E F 5.1.2 钢管的材料质量应符合碳素结构钢（GB/T 700）、低合金高强度结构钢（GB/T 1591）和桥梁用结构钢（GB/T 714）的规定。 5.1.3 当钢管混凝土桁式结构的主管壁厚大于 16mm 时， 卷制钢管所采用的钢板应符合 厚度方向性能钢板（GB/T 5313）的规定。 条文说明 钢管混凝土梁桥的桁式主梁、桁式桥墩（塔） 、横撑的主管，当壁厚超过 16mm 时，受卷制制造和支管拉力的作用，钢板轧制方向的缺陷将放大，成为早期疲劳损伤的起源点，因此，应防止主管层状撕裂。 5.1.4 钢管的强度设计值应按表 5.1.4 采用。 表 5.1.4 钢管的强度设计值（MPa） 钢 材 牌号 厚度（mm） 抗拉、 抗压和抗弯 sdf 屈服强度 yf 抗剪 vdf 16 215 235 125 Q235 1640 205 225 120 16 310 345 180 Q345 1635 295 325 170 16 350 390 205 Q390 1635 335 370 190 16 380 420 220 Q420 1635 360 400 210 5.2 连接材料 DB51/T 25152018 7 5.2.1 焊接材料应与结构钢材的强度等级相匹配。当两种不同强度等级的钢材焊接时，宜采用与强度等级较低钢材相适应的焊接材料。 5.2.2 焊接接头的屈服强度、冲击功、延伸率不应低于母材的标准值。 5.3 混凝土 5.3.1 钢管内灌注的混凝土应采用自密实补偿收缩混凝土，钢管混凝土内的球冠型脱空率不应大于0.6%，且脱空高度不应大于 5mm。 5.3.2 受压钢管内宜灌注较高强度等级的混凝土，受拉钢管内宜灌注普通强度等级的混凝土。 5.4 钢管混凝土 5.4.1 受压钢管混凝土构件的钢管径厚比(/D T)不宜大于 90， 其中卷制焊接钢管径厚比(/D T)不宜小于 40；钢管壁厚不宜小于 10mm，且支管壁厚不应大于主管壁厚。 5.4.2 受压钢管构件的钢管径厚比(/D T)不宜大于 40，