The Influence of Reinforcement Point Welding
on the Fatigue Life of Concrete Bridge

Zhu Zhiguang
(Guangzhou Railway General Engineering Company,Guangzhou,510088)

　　Abstract　Based on the Miner\‘s theory,this paper discusses the negative influence of reinforcement point welding on the fatigue life of concrete bridge.
　　Keywords　reinforcement point welding; fatigue life; concrete bridge

引　言

　　钢筋混凝土桥梁是钢筋和混凝土的组合体，施工中必须先将各类钢筋固定，以便形成钢筋骨架。这一工序包括纵向主筋和箍筋的联结，也包括受力主筋和构造钢筋的联结。因为钢筋骨架在后续施工工序中要承受强大的振动捣固力，必须确保联结点的牢固性。通常有两种联结方法。第一种为点焊联结，即在两根需要联结钢筋的交叉点处施以点焊。第二种为绑扎联结，即在两根需要联结钢筋的交叉点处以细金属丝将它们绑扎起来。点焊联结使用得较早，由于它本身有对钢筋局部褪火和局部损伤的缺点，而逐渐被绑扎联结替代，但还有以下三种情况可能使用点焊。第一种情况为混凝土梁跨度较大，纵向主筋较长，在钢筋自重作用下产生较大的下垂度，绑扎难以定位，有就可能使用点焊，或者先用绑扎初步定位，然后用点焊固定。第二种情况为梁较高，竖向钢筋在其它钢筋力和振动力作用下可能失稳，钢筋偏离设计位置，甚至拆模后出现露筋，因此也可能用点焊将竖向钢筋与其它钢筋焊牢。第三种可能使用点焊的情况发生在钢筋密集区，绑扎所需的活动空间较小而用点焊了事。点焊给钢筋以先天性损伤，严重地降低了混凝土桥梁的疲劳强度。

1　用Miner线损伤理论估计点焊的影响

　　混凝土桥梁的使用寿命受疲劳损伤的影响，这已成为桥梁界的共识。目前，国内外普遍采用。Miner线性损伤理论来估计这种影响，并纳入了桥梁规范，如英国桥梁规范——BS5400［1］等。Miner理论认为，在往复应力作用下，结构的损伤可用损伤度Dg来衡量。
　　(1)
式中　ni——在应力水平fi下，结构所经受的循环作用次数；
　　　Ni——在应力水平fi下，结构所具有抵抗循环的能力(次数)。
当Dg达到1时，认为结构发生疲劳破坏或处于不安全状态。
　　一般说来，铁路混凝土桥梁的疲劳寿命由跨中截面最下排纵向受力主筋的损伤度控制。因此，必须获得跨中下缘钢筋应力谱。通常用实测法或计算机模拟法［2］获得这一谱。表1为DF4机车牵引50节C62满载列车通过跨度6 m的混凝土桥梁时获得的应力谱，该梁的图号为“专桥1023”，因不是本文的目的，故不在此赘述。

表1　计算过程表

应力变程/MPa 7.393 10.351 22.180 34.009 36.967 39.924 54.711
应　力　谱 21 21 1 1 28 15 1
点焊联结抗力谱 5.02×1011 9.34×1010 2.07×109 2.44×108 1.61×108 1.09×108 2.26×107
绑扎联结抗力谱 31.1×1011 39.4×1010 5.08×109 4.18×108 2.57×108 1.64×108 2.60×107

　　式(1)中的Ni(i＝1，2，……)反映了钢筋抵抗疲劳的能力，由钢筋的疲劳试验确定。世界上许多国家或组织曾作了大量的钢筋疲劳试验，采用。S-N曲线来描述钢筋抗疲劳能力。与本文有关的S-N曲线如下。
　　1)　欧洲钢结构协会推荐的钢筋母材S-N曲线［3］
　　(2)

　　2)　铁道科学研究院20　Mnsi锈蚀钢筋的S-N曲线　

　　3)　长沙铁道学院点焊联结钢筋的S-N曲线
　　长沙铁道学院模拟主筋与箍筋的点焊联结［4］，实测出这类钢筋的S-N曲线如附图所示。附图中，“*”表示实测点，曲线A表示对这些点的拟合曲线。
　　lgN＝12.864-3.2 711lg5(4)
由于试件的数量有限，而且与欧洲钢结构协会的S-N曲线也很接近，文［4］认为点焊联结钢筋可以用式(2)表示。
附图　点焊联结钢筋的疲劳试验结果

　　因为本文的目的在于作相对比较，故采用点焊联结钢筋的S-N曲线为

　　(5)

　　绑扎联结钢筋的S-N曲线为

　　(6)

　　表1列出了一列Df4牵引50辆满载的C62引起的“专桥1023”6 m跨度梁的应力谱，表1还表出了两种联结钢筋的抗疲劳能力(次数)。由表1和式(1)可以求得出这列列车引起的疲劳损伤度，对于点焊联结为Dd＝0.372×10-6；对于绑扎联结为Db＝0.249×10-6。

2　小　结

　　1)　上面的论述虽然采用的是一列指定编组的列车，但不失其比较意义。它说明对于同一列车通过完全相同(但钢筋联结不同)的两座桥梁，钢筋联结不同引起的损伤差别较大。如果用这列列车运营100年，每天运用60列。表2列出“叁标桥1024”的疲劳寿命；表3列出了“专桥1023”的疲劳寿命。表2、表3表明，对其中各种跨度的桥梁，钢筋用绑扎联结梁的寿命要比钢筋用点焊联结梁的寿命长。

表2　按每天60列指定列车得出“叁标桥1024”梁的疲劳寿命(年)

跨　　度/m 4 5 6 8 10 12 16 20
钢筋绑扎联结 100 126 183 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200
钢筋点焊联结 71 88 122 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200

表3　按每天60列指定列车得出“专桥1023”梁的疲劳寿命(年)
 
跨　　度/m 4 5 6 8 10 12 16 20
钢筋绑扎联结 116 131 189 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200
钢筋点焊联结 81 91 126 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200 ＞200

　　2)　疲劳损伤往往从结构的缺陷点开始，然后波及整个结构，因此，施工中的少量点焊联结点也应尽量避免，尤其应避免在高应力区施以点焊。
　　3)　点焊联结钢筋骨架对桥梁的捣固，保持设计尺寸，防止露筋等有一定的好处。但由此而引起梁的疲劳寿命缩短的后果是严重的，而且这种联结被混凝土掩盖，很难被监理或质检人员发现。
　　4)　梁的疲劳破坏发生在梁运用很多年以后，这种破坏是突发性的、灾难性的。笔者在此呼吁桥梁施工界的同行们，为子孙着想，加强安全意识，杜绝这种隐患。
*铁道部科技开发计划项目

作者简介：朱志光，男，48岁，工程师

作者单位：广州铁路工程总公司，广州，510088

参考文献