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意大利 Constitution Bridge 钢结构最常见的三种破坏形式对应着三大核心问题：强度、稳定和疲劳。 1）受拉构件的强度破坏（屈服）    80+139+80 上承式钢桁组合梁（破坏前）    80+139+80 上承式钢桁组合梁（破坏后） 2）受压构件的失稳（屈曲） 受压构件失稳（屈曲） 3）受拉（拉压）构件的疲劳开裂 Silver Bridge 构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力是否超过材料的极限强度。 钢材受拉破坏内因是钢材大范围的屈服，外因是荷载使构件内力过大，以屈服点作为制定截面最大应力限制依据。 只要构件受压，终究不能离开稳定问题的困扰，这也是拱桥跨径小于斜拉桥、斜拉桥跨径小于悬索桥的主体原因。 稳定实质上是外荷载与结构内部抵抗力间的不平衡状态，在微小干扰下结构变形急剧增长的状态，是一个变形问题。 内因是材料特性、构件长细比、支撑条件、初始偏心、残余应力。外因是荷载使受力构件所受到的压力，以构件的压溃强度为依据，借此制定应力限值，并以荷载使该构件所产生的压应力不大于该限值。 稳定问题包括整体稳定与局部稳定。 1）局部稳定 受压构件通过宽厚比控制局部稳定，宽厚比过大，设置加劲肋解决。加劲肋设置后根据加劲肋的刚柔性计算局部稳定折减面积，得到局部稳定折减后的验算面积。如下图（《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）图5.1.7）。
2）整体稳定 受压构件整体稳定转化为类似强度验算，以轴心受压杆件为例，将验算面积（局部稳定折减后的有效面积）乘以一个小于1的系数（此系数根据杆件截面类型及相对长细比根据下图得到），控制总体稳定应力小于容许应力。稳定折减系数如下图（《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）附录A）。
只要受拉，构件就有疲劳问题，裂纹随着拉应力的变化扩展，所以受压构件不需检算疲劳。受拉或者是拉压交替就会有裂纹扩展的危险，就需检算疲劳稳定。 疲劳破坏一般经历三个阶段，裂纹的形成—裂纹的扩展—迅速断裂。 钢结构原始缺陷、裂纹在重复或者交变荷载作用下的不断开展以及最后达到临界尺寸而出现的断裂；构件可能首先疲劳破坏，材料强度没有充分利用。 导致疲劳的荷载主要为活载，因为活载是一种循环次数多的高周疲劳荷载；有些结构温度、风力变化也会引起疲劳问题。 实际上任何结构都有内在的微小缺陷，这些缺陷本身就是一种裂纹的存在，微观的世界中客观存在着，就像没有完美无暇的钻石。 疲劳主要与应力变化幅密切相关，我国规范采用名义应力法研究结构的疲劳特性，疲劳检算主要是检算相应疲劳细节的应力幅。 总体而言， 拉杆（受拉区板件）：强度、疲劳控制。 压杆（受压区板件）：稳定控制。 拉压杆（正负弯矩交替区板件）：强度、疲劳、稳定控制。 后续将对这三个问题予以详细阐述。 作者：陈耀军 / 刘甜甜 / 陈正星 |
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