疲劳裂纹扩展计算方法

基于实测交通数据的随机荷载模型，能模拟钢桥面板焊接接头疲劳裂纹的随机扩展行为。

鲁乃唯 · Liu, Jing · Wang, Honghao · Heping, Yuan · Luo, Yuan

Sensors 2023

参数信息

最大应力强度因子 KⅠ

568.18 MPa·mm^(1/2)

最大KⅠ降幅

66.4 %

裂纹扩展角度增幅

42 %

裂纹扩展范围上限

10 mm

技术优势

荷载随机性可模拟

基于地磅实测数据建立随机交通荷载模型，能模拟出与桥面实际情况相符的疲劳应力谱，避免采用简化载荷导致的评估偏差。

横向载荷位置敏感

量化了轮载横向偏移对裂纹尖端应力强度因子的影响：偏移450 mm可使最大KⅠ降低66.4%，为桥面铺装与车轮轨迹管理提供直接依据。

裂纹扩展范围受限

在三种随机荷载谱作用下，裂纹扩展范围几乎都在10 mm以内，表明结构剩余寿命对荷载随机性并不极端敏感，有利于简化评估。

应用场景

• 钢结构桥梁疲劳评估：替代规范中的确定性疲劳评估，考虑实测随机交通荷载对裂纹扩展的影响。
• 结构健康监测：为钢桥面板关键焊接细节的裂纹监测提供应力强度因子和扩展路径预测。
• 焊接接头疲劳分析：针对正交异性钢桥面板焊接接头，分析轮载横向位置和随机荷载谱下裂纹扩展。