DB51T 2515-2018 钢管混凝土桥梁焊接节点疲劳技术规程

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，

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 符号

4. 2.1材料性能有关符号

4.2.2几何参数有关符号

土建标准规范范本D 一主管直径； d一支管直径； T一主管壁厚； t一支管壁厚； g相贯焊缝间的净距； e—K形节点两支管轴线的交点与主管轴线的偏心距 θ—K形节点主管与支管轴线间的夹角： Φ——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一名义应力幅； Aoe 等效应力幅： Ao, 应力幅频率分布的一个应力幅分量； 设计寿命中计算的最大应力幅；

Zoce 恒幅疲劳的容许应力幅； △Or——基于等效应力幅进行疲劳验算时采用的容许应力幅； Ao. 一设计应力幅。

2.4计算系数及其它有

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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

5.1.1桥梁环境温度与钢材质量等级的匹配关

5.1.2钢管的材料质量应符合《碳素结构钢》

和《桥梁用结构钢》（GB/T714）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/T5313）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

表5.1.4钢管的强度设计值（MPa）

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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， 母材的标准值

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 6%，且脱空高度不应大于5mm。 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。

4.1受压钢管混凝主构件的钢管径厚比（D/T）不宜大于90，其中卷制焊接钢管径厚比（D/T 于40；钢管壁厚不宜小于10mm，且支管壁厚不应大于主管壁厚。 4.2受压钢管构件的钢管径厚比（D/T）不宜大于40，钢管壁厚不宜小于8mm，且支管壁厚不 主管壁厚。

钢管混凝土桁式结构的受压钢管支管，因局部稳定性需要，应控制其径厚比。 5.4.3受拉钢管混凝土构件的钢管径厚比（D/T）不宜大于60，其中卷制焊接钢管径厚比（ 小于40，钢管壁厚不宜小于12mm。

条文说明 由于钢管混凝土桁式结构的支管或横撑钢管长度较短、直径较小，设置内衬垫困难，对接焊缝质 量难以保证，因此，应避免采用对接焊缝接长

6.1.2钢管混凝土桁式节点类型应包括K形、T形节点，节点形式如图6.1.

图6.1.1K形和T形钢管节点

1.2钢管混凝土桁式节点类型应包括K形、T形节点，节点形式如图6.1.2所示。

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图6.1.2K形和T形钢管混凝土节点

6.1.3为保证钢管及钢管混凝土桁式K形、T形节点和钢管混凝土对接接头的疲劳寿命，应控制节点 名义应力幅大小、提高焊接接头内部质量和外观成形质量。不应在应力幅较高的部位进行焊缝的起弧与 息弧作业。 6.1.4钢管及钢管混凝土桁式节点的名义应力应计入弯矩的影响。当节点偏心率超过本规程规定值时， 还应计入二次弯矩产生的应力。 条文说明 钢管混凝土桁式节点，支管长细比较小，节点刚度大，弯矩产生的应力较高，已有工程实践和模 型试验表明，相贯线焊缝趾部区应力水平高，是疲劳裂纹的起裂点。因此，应按刚性节点计算并考虑偏

钢管混凝土桁式节点，支管长细比较小，节点刚度大，弯矩产生的应力较高，已有工程 型试验表明，相贯线焊缝趾部区应力水平高，是疲劳裂纹的起裂点。因此，应按刚性节点计算 心影响。

6.2结构疲劳连接类别

表6.2.1节点和接头的连接分类详细类别

钢管及钢管混土节点和钢管混凝土接头以结构细部的差异为基础，分为不同的详细类别。该分 类中计入了被分类接头内部焊接形状导致的局部应力集中、接头本身存在的缺陷、应力方向、金属组织 以及残余应力、焊接加工等的影响。 6.2.2其它钢管及钢管混凝土节点或接头类型，可根据与表6.2.1中相近似的类别、疲劳模型试验、 相应的规范与指南进行评估和取用。

相应的规范与指南进行评估和取用。

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1K形钢管混凝土节点

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表6.4.3钢管混凝土对接接头基本容许应力幅

6.5K形、T形节点参数修正系数

6.5.1钢管节点参数的修正系数宜按下列要求

5.6.1钢管或钢管混凝主受拉支管K形、T形节点或对接接头，当受拉主管或受拉支管的钢管名义应 力超过150MPa时，应取钢管或钢管混凝土受拉支管K、T形节点或对接接头的基本容许疲劳应力幅修正 浆C=0.97

6. 6. 2钢管壁厚 t 修正系数

Ch=4/16/ tb (6.6

C, =min[Cte, Ch]......

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t。一钢管或钢管混凝土对接接头主管壁厚； tb钢管或钢管混凝土K形、T形节点支管壁厚。 条文说明 钢管壁厚，对钢管或钢管混凝土节点与接头疲劳影响较大，试验研究表明，当支管壁厚超过16mm， 对节点的疲劳性能有显著影响，因此，提出了修正系数。 6.6.3钢管混凝土K形、T形节点，当主管内混凝土球冠型脱空率小于或等于0.6%且脱空高度小于或 条文说明 脱空模型试验研究和有限元分析表明，当钢管混凝土的K形、T形节点主管内混凝土脱空小于规定 值时，对疲劳性能有一定的影响，因此，提出了修正系数。 6.6.4钢管或钢管混凝土K形、T形节点，当主管为受拉构件时，取钢管混凝土K形、T形节点基本容 许疲劳应力幅的受拉修正系数C,=0.95。 条文说明 模型验证试验和有限元模型分析表明，以K形、T形节点的主管受压为基准，当主管受拉时，对节

t。钢管或钢管混凝土对接接头主管壁厚； tb钢管或钢管混凝土K形、T形节点支管壁厚。 条文说明 钢管壁厚，对钢管或钢管混凝土节点与接头疲劳影响较大，试验研究表明，当支管壁厚超过16mm， 对节点的疲劳性能有显著影响，因此，提出了修正系数。

条文说明 脱空模型试验研究和有限元分析表明，当钢管混凝土的K形、T形节点主管内混凝土脱空小于规定 值时，对疲劳性能有一定的影响，因此，提出了修正系数。 6.6.4钢管或钢管混凝土K形、T形节点，当主管为受拉构件时，取钢管混凝土K形、T形节点基本容 许疲劳应力幅的受拉修正系数C，=0.95。 条文说明 模型验证试验和有限元模型分析表明，以K形、T形节点的主管受压为基准，当主管受拉时，对节 点的疲劳性能有一定影响，因此，提出了修正系数。

许疲劳应力幅的受拉修正系数C,=0.95

条文说明 模型验证试验和有限元模型分析表明，以K形、T形节点的主管受压为基准，当主管受拉时， 的疲劳性能有一定影响，因此，提出了修正系数。

1.1疲劳设计荷载的取用应充分体现设计寿命中桥梁结构的性状和车辆组成的代表性。 条文说明 疲劳设计荷载根据荷载大小、频率、位置、移动性等进行设定，可体现设计使用年限内作用 结构的移动荷载特征。

7.1.2车辆疲劳荷载宜符合以下规定：

a 钢管混凝土拱桥主拱的疲劳何载宜采用《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64）中疲劳荷载 模型I，按附录A采用。 b 跨度小于50m的钢管混凝土梁桥的疲劳荷载宜采用《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64） 中疲劳荷载模型IⅡI，按附录A采用。 c 跨度大于或等于50m的钢管混凝土梁桥的疲劳荷载宜采用《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64）中疲劳荷载模型I，按附录A采用。 7.1.3钢管及钢管混凝土K形、T形节点或钢管混凝土接头疲劳验算时，应根据不同桥型计入车辆疲 劳荷载冲击系数。车辆疲劳荷载冲击系数计算按照四川省地方标准《钢管混凝土梁桥技术规程》（DB51/T） 执行。当钢管混凝土简支梁桥跨径小于等于40m时，主桁梁钢管混凝土相贯节点与对接接头的车辆疲劳 荷载冲击系数不应小于1.20。 条文说明 钢管混凝土桥梁为轻质高强的轻型结构，其车辆荷载冲击响应度较高，结合依托工程测试数据和 不同桥型不同结构部位的特点，按照四川省地方标准《钢管混凝土梁桥技术规程》（DB51/T）执行。跨 经小于或等于40m的简支梁桥，因疲劳荷载较高、桥面接头数量多，为安全需要，规定其疲劳荷载冲击

条文说明 钢管混凝土桥梁为轻质高强的轻型结构，其车辆荷载冲击响应度较高，结合依托工程测试数据和 不同桥型不同结构部位的特点，按照四川省地方标准《钢管混凝土梁桥技术规程》（DB51/T）执行。跨 径小于或等于40m的简支梁桥，因疲劳荷载较高、桥面接头数量多，为安全需要，规定其疲劳荷载冲击 系数不应小于1.20。

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7.1.4当钢管混凝土桥梁功能需求、使用环境或交通荷载组成特殊时，可采用实际统计的车辆荷载组 成情况和频谱分布，综合分析后制定疲劳设计荷载模型。

A0. =/zAon, / En

式中：△。一一设计使用年限内，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；

式中：△。一一设计使用年限内，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

力幅； △,一一应力幅频率分布的一个应力幅分量； m一一表示疲劳设计曲线斜率的常数； 一应力幅频率分布中△，的循环次数。

O; 一应力幅频率分布的一个应力幅分量； m一一表示疲劳设计曲线斜率的常数； n.——应力幅频率分布中Ao,的循环次数。

8.1.1钢管或钢管混凝土节点或接头的疲劳强度验算，可采用连接分类法和疲劳强度曲线法，当采用 热点应力法进行钢管或钢管混凝土K形、T形节点疲劳强度验算时，宜按附录B的要求执行。 3.1.2相同钢材强度等级、同类构造参数的节点或接头呈连续分布时，应选择应力幅最大的节点或接 头进行疲劳强度验算。

应根据连接处钢材强度等级和连接构造参数，对节点或接头进行分类，运 备最大的连接构造分别进行疲劳强度等级验算。 .3钢管及钢管混凝土连接构造的安全系数由亢余度系数、重要性系数、 合下列规定： a）亢余度系数%：当钢管或钢管混凝土连接部位发生疲劳损伤后，造厅 取%=1.10；造成桥梁结构强度或功能影响时，取%=1.00；不会对机 造成影响时，取%=0.80。 重要性系数w：大桥或特大桥取w=1.10，中、小桥梁取w=1.00。 b) c 检查系数Y：当钢管及钢管混凝土连接部位能定期进行维护管理时 期检查时，取%=1.10。 条文说明

应根据连接处钢材强度等级和连接构造参数，对节点或接头进行分类，选择同类节点或接头中应 力幅最大的连接构造分别进行疲劳强度等级验算。 8.1.3钢管及钢管混凝土连接构造的安全系数由亢余度系数、重要性系数、检查系数组成。其取值应 舒合下列规定： a）穴余度系数：当钢管或钢管混凝土连接部位发生疲劳损伤后，造成桥梁结构整体破坏时， 取%=1.10；造成桥梁结构强度或功能影响时，取%=1.00；不会对桥梁结构物的强度或功能 造成影响时，取%=0.80。 b）重要性系数w：大桥或特大桥取w=1.10，中、小桥梁取w=1.00。 ） 检查系数：：当钢管及钢管混凝土连接部位能定期进行维护管理时，取Y，=1.00，无法实现定 期检查时，取%=1.10。

安全系数取值范围为完余度系数、重要性系数、检查系数的乘积。 8.1.4恒幅疲劳强度验算应满足式（8.0.4）的要求。

式中：△omx 设计寿命中计算的最大应力幅； Ao 连接节点或接头的恒幅疲劳的容

中：A0mx 设计寿命中计算的最大应力幅；

α.—连接节点或接头的恒幅疲劳的容许应力

8.1.5变幅疲劳强度验算应满足下列要求：

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YbywyAomax≤AoceCRC,C,Ch (8.0

A0mx≤A0..CrC,C,C

Ao.=wCnC.C,C,C.......

式中：△o,设计应力幅。

条文说明 当使用代表荷载单位作为疲劳设计荷载时，设计循环次数代表所有应力的循环次数； 用变幅应力相对的应力幅疲劳极限。

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9.1.1钢管及钢管混凝土K形、T形节点支管长细比应大于1/10。 9.1.2钢管及钢管混凝土对接接头与K形、T形节点的距离应大于1.0D。 9.1.3K形节点的主、支管轴线间夹角θ宜为30°～60°；支管轴线交点与钢管主管轴线的偏心距e 不宜大于D/4；支管轴线交点与钢管混凝土主管轴线的偏心距不宜大于D/2。 9.1.4K形、T形节点两支管轴线横向夹角?宜为60°～180°，该夹角的节点构造应符合图9.1.4的 要求

图9.1.4K、T型节点支管横向夹角示意图

9.2.2相贯焊接的K形节点，相贯焊缝与纵、环焊缝不得相交，相贯焊缝间净距应不小于80 9.2.3支管相贯线焊接接头跟部间隙应控制在6mm以内

9.2.2相贯焊接的K形节点，相贯焊缝与纵、环焊缝不得相交，相贯焊缝间净距应不

当施工困难时，若焊接接头跟部间隙大于6mm，则应进行工艺评定。 9.2.4钢管及钢管混凝土K形、T形节点和对接接头应采用全熔透焊接连接；焊缝外观成形质量应满 足规范要求，受拉节点和接头的焊缝应进行人工修磨，修磨后的外观应光滑、顺适，修磨方向应与受力 方向一致，不得留有修磨痕迹。 9.2.5选择焊接方法和组装顺序时，应避免焊后出现裂纹、应力集中或焊接应力过大等缺陷。 9.2.6焊接接头应符合以下规定： a）焊接接头不应采用间断、超间隙或塞焊的焊缝：

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b）不得选择十字交叉焊缝； c）应控制焊接缺陷、焊接应力、焊接变形、焊接收缩量，并提出相应的制造和焊接质量要求。 9.2.7相贯连接接头，其相贯线坡口应采用相贯线切割机切割成型，支管全熔透焊缝坡口形式可按图 9.2.7所示设置。

图9.2.7全熔透焊缝坡口形式

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符合图9.2.9要求

图9.2.8钢管对接坡口形式

图9.2.9焊缝修磨方位图

9.2.10钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝和对接接头焊缝修磨前应满足下列要求： a 相贯焊缝、主管对接焊缝外观成型质量应满足相关规范与设计要求； 采用超声波法、射线探伤、磁粉探伤、渗透等无损检测方法，检查节点相贯焊缝和对接接头焊 缝质量。 9.2.11 钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝修磨应符合下列规定： a） 修磨焊缝的修磨方法推荐采用各类球头型修磨工具打磨，修磨焊缝应圆顺过渡，且不能伤及母 材； b 修磨部位为钢管K形、T形节点相贯焊缝时，修磨区域应为相贯焊缝的趾部区到过渡区，其圆 心角约为270°； C 根据修磨部位和修磨形状，应制定修磨工艺、模拟焊缝形状和修磨区域形态加工制作1：1模型， 进行修磨工艺试验和修磨工人培训，编制修磨工艺技术指导书； 应建立钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝修磨工艺首件验收制度

.2.10钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝和对接接头焊缝修磨前应满足下列要求： a 相贯焊缝、主管对接焊缝外观成型质量应满足相关规范与设计要求； b 采用超声波法、射线探伤、磁粉探伤、渗透等无损检测方法，检查节点相贯焊缝和对接接头焊 缝质量。 2.11 钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝修磨应符合下列规定： 修磨焊缝的修磨方法推荐采用各类球头型修磨工具打磨，修磨焊缝应圆顺过渡，且不能伤及母 材； b) 修磨部位为钢管K形、T形节点相贯焊缝时，修磨区域应为相贯焊缝的趾部区到过渡区，其圆 心角约为270°； C 根据修磨部位和修磨形状，应制定修磨工艺、模拟焊缝形状和修磨区域形态加工制作1：1模型， 进行修磨工艺试验和修磨工人培训，编制修磨工艺技术指导书； d 应建立钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝修磨工艺首件验收制度

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击设备、锤击密度、锤击 深度和锤击位置。不得对焊缝跟部、表面焊人 缘母材进行锤击，锤击应防止焊缝金属和母材皱 叠、开裂。为控制焊接过程中的收

9.3.1钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝，应首先进行100%检查，判定焊缝外观质量，满足 焊缝质量I级要求。再采用无损检查方法进行100%探伤，焊缝外观及内在质量均应达到相应的验收等 级后，再报送抽检单位复检。 9.3.2钢管及钢管混凝土K形、T形节点相贯焊缝的抽检率不应低于30%；当抽检发现焊缝出现一次不 合格时，应提高抽检率为50%；当再次发现焊缝一次不合格时，应对报检焊缝进行100%复检。 9.3.3钢管及钢管混凝土连接节点或接头焊缝的焊接质量缺陷，同一部位返修一般不应超过两次。 9.3.4K形、T形节点的相贯焊缝的趾部与过渡区、主管对接焊缝，当出现裂纹等缺陷焊缝需要返修时， 应先报监理批准同意后，按规定工艺进行返修；当返修部位再次出现缺陷时，该接头应做报废处理。 9.3.5所有焊缝应进行100%自检和不低于30%的抽检，检查包括超声波法、射线探伤、磁粉探伤、渗 透等无损检测方法。当出现焊接裂纹、未熔合、夹渣或气孔超标时，须进行返修，返修前应进行工艺评 定，同一部位返修一般不应超过两次。

0.1.1根据桥梁结构的设计要求，当需要进行钢管及钢管混凝土焊接节点或接头定期检查时，桥梁结 构管理单位应制定定期检查的相关方案。 0.1.2根据疲劳验算或已有经验判断，对容易发生疲劳损伤的部位，应在桥梁使用期间根据定期检查 划进行检查。 0.1.3根据疲劳强度验算、模型试验、基于断裂力学的疲劳裂纹扩展规律和有关经验，应设定已发生 皮劳损伤桥梁的焊接节点或接头安全检查周期。 0.1.4当桥梁通行荷载、频率或位置与设计采用的疲劳荷载、频率或位置相差较大时，应立即重新进 厅焊接节点和接头的疲劳强度验算，并根据验算结果重新制定桥梁安全检查周期。 0.1.5当桥梁焊接节点或接头损伤可能影响桥梁安全时，应缩短桥梁安全检查周期，并建立日常巡查 度。 0.1.6 桥梁焊接节点或接头定期检查，宜采用目测法、超声波法、磁粉探伤、渗透等方法。 0.1.7当钢管及钢管混凝土焊接节点或接头检查发现疲劳裂纹时，养护管理应满足： 对钢管及钢管混凝土焊接节点或接头出现的疲劳裂纹，应及时疲劳损伤程度及其影响进行评 价建筑节能，并应迅速采取止裂措施， b) 对修磨的相贯线焊接节点，标准疲劳荷载车作用时，其达到破环的剩余疲劳寿命为200方次， 未修磨的相贯线焊接节点剩余疲劳寿命与疲劳裂纹周边焊缝的外观成形质量密切相关，标准疲 劳荷载车作用时，其达到破坏的剩余疲劳寿命一般不会超过50万次。 C） 当发现疲劳裂纹长度小于5cm时，可采用直接修磨的方法清除疲劳裂纹；当疲劳裂纹长度大于 5cm时，可采用在疲劳裂纹尖端设置直径不小于20mm的止裂孔，并对疲劳裂纹周边的焊缝应 修磨顺适、圆滑。 d 钢管及钢管混凝土对接接头出现疲劳裂纹后的剩余疲劳寿命按照《公路钢结构桥梁设计规范》 (JTGD64）进行评定。 0.1.8疲劳损伤评价主要项目应包括：裂纹发生位置对桥梁破坏的影响、裂纹的扩展方向和扩展速度、 型纹扩展长度极限等

条文说明 疲劳裂纹长度极限指当疲劳裂纹穿透主管钢管壁厚，连接接头丧失承载能力时相应的裂纹长度。 根据已有模型试验和工程经验，疲劳裂纹长度一般为10T时，裂纹已穿透壁厚。 10.1.9根据疲劳裂纹发生原因和疲劳裂纹开展可能导致的后果进行分析，制定合理的修补方法。修补 方法应能提高连接部位的疲劳强度或降低连接部位的应力幅，并应避免对焊接节点、接头及其他部位疲 劳强度或应力造成不利影响。 10.1.10钢管混凝土焊接节点或接头疲劳裂纹修补后，应对桥梁结构连接部位重新进行疲劳验算

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