波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁桥疲劳性能的 多尺度有限元分析

王志宇，张 涛，姜瑞娟，董桔灿，李晓磊，盖卫明

(1. 四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065； 2. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室， 辽宁大连 116024； 3. 深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518029)

0 引 言

波形钢腹板具有较好的抗剪强度和稳定性、低压缩刚度等特点，可实现减轻自重和提高预应力效率[1]。中国自2005年引入这种结构以来，在波形钢腹板桥梁建设中得到了广泛应用[2]，桥梁跨径逐渐增加，其中最大跨径超过100 m的工程案例也越来越多涌现。在工程实践中，传统波形钢腹板组合箱梁的混凝土翼缘板在正弯矩作用下容易过早开裂[3-4]，从而降低了结构承载力、刚度及整体性，影响结构耐久性，也限制了波形钢腹板的优点进一步发挥。钢管混凝土充分发挥了钢与混凝土的力学性能优点，作为梁翼缘可在负弯矩区受力时避免侧扭失稳，亦可在正弯矩区受力时提高弯曲刚度，与波形钢腹板结合可更有效提高稳定性，避免混凝土翼缘板开裂，这种结构形式已应用于法国Maupre桥。

随着波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁桥跨度提高，交通量日渐增大，疲劳设计和疲劳寿命预测也成为了组合结构在桥梁设计和安全评估中的关键技术之一[1]。调查表明结构局部细节部位的细观缺陷、损伤演化和积累是桥梁疲劳失效的主要原因。结构疲劳分析主要可通过有限元数值模拟和模型试验实现。有限元方法以线性疲劳累积损伤理论和线弹性断裂力学理论为基础，通常采用三维实体单元能较好预测结构的疲劳寿命和裂纹扩展，但较大结构模型分析往往存在计算量大、耗时长的问题。……