1.1研究背景

钢桥是用钢材作为主要建造材料的桥梁。具有强度高，刚度大的特点，相对于混凝土桥可减小梁高和自重。钢桥是一种桥跨结构用钢材建造的桥梁。1874年美国在密西西比河上建造了世界上第一座大型钢桥—圣路易斯(St.Louis)钢拱桥，第二次世界大战以后，钢桥科学技术在高强优质钢的冶炼，焊接技术的提高，正交异性钢桥面板和高强螺栓的应用，以及结构型式的多样化等方面，有了很大的发展，促使大跨度钢桥的广泛采用。由于钢材强度高，性能优越，表观密度与容许应力之比值小，故钢桥跨越能力较大。钢桥的构件制造最适合工业化，运输与安装均较方便，架设工期较短，破坏后易修复和更换，但钢材易锈蚀，养护困难。

1967年12月15日下午，美国俄亥俄州的Point Pleasant 桥在没有任何预兆的情况下突然倒塌，46人丧生，37辆汽车被抛入河中。该桥是一采用眼杆链作大缆的悬索桥，眼杆材料是经过热处理的碳钢，事故是由眼杆在孔眼处断裂引起的。断裂发生的主要原因是眼杆孔眼处发生应力腐蚀和腐蚀疲劳。

2001年11月7日，宜宾金沙江桥连续桥面两端的短吊杆先后断裂，部分桥面坠入江中。该桥是中承式拱桥，采用漂浮式连续桥面，桥面两端设伸缩缝，由于短吊杆离伸缩缝的距离太近，当桥面在断缝处发生反复的纵向位移时，短吊杆发生剪切变形，导致其发生疲劳断裂。该桥发生疲劳事故时仅仅使用了11年。

在过去的几十年，钢桥构件上出现了大量因疲劳而引起的局部破坏，除了上述发生疲劳事故的情况，还有许多被桥梁工作者及时发现，从而避免了事故的发生。这些局部破坏有一个共同特点：就是其承受的荷载是远远小于结构的静承载力的动应力。这种局部破坏就是我们所说的疲劳破坏。美国试验与材料协会（ASTM）在“疲劳试验及数据统计分析的有关术语的标准定义”中把疲劳定义为:在某点或某些点承受反复作用应力，且在足够多的循环作用后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构性变化的发展过程，称为“疲劳”。

疲劳问题与强度问题的本质区别是：①很小的应力幅度变化就能产生疲劳破坏；②疲劳是多次应力循环累计作用的结果；③疲劳破坏前结构并没有明显的塑性变形，属于脆性破坏；④疲劳破坏不仅与材料本身有关，还与构件的使用条件以及环境因素有关。

疲劳破坏的一般过程是：结构或构件在循环荷载的作用下，在局部的最高应力处、最弱的材料处或最大的应力处先形成微裂纹，然后发展成宏观裂纹，裂纹继续扩展，最终导致整个构件脆性破坏。从疲劳发展过程可看出疲劳问题的研究实质上就是对裂纹的研究，包括研究裂纹出现的时间（裂纹萌生寿命）、裂纹扩展的规律、裂纹的检测与控制以及裂纹扩展到临界裂纹的时间（剩余寿命）等。

对于钢桁梁桥来说，高强螺栓连接已经成为节点连接的主要形式之一。采用高强螺栓连接的拼装式节点通过钢板间的摩擦传力，结构连接区域的受力状态与焊接和铆钉连接方式相比发生了改变，力的分布比较均匀，应力集中现象没有焊接和铆钉连接方式严重：但是对于大跨度、大活载，节点空间受力状态复杂的桥梁来说，疲劳问题仍然很突出。

钢桥栓接节点作为钢桥中重要的结构，与节点密切相关的栓接材料、栓接工艺、各种栓接接接头等细节的疲劳强度以及其疲劳强度往往控制结构设计，所以在钢桥疲劳性能研究中受到广泛关注与重视。为保证桥梁的运营安全可靠，结构设计经济合理，对节点的疲劳性能进行深入研究尤为重要。