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PD 6695——按 BS EN 1993（欧洲规范3）设计钢结构与桥梁的英国补充建议系列（韧性、疲劳与整体稳定）
Recommendations for the Design of Structures to BS EN 1993 (Steel) and Design of Bridges to BS EN 1993
🏗️ PD 6695（英国”已出版文件 Published Document”系列）为在英国使用 BS EN 1993（欧洲规范 3，钢结构设计）及其英国国家附录（National Annex）提供不矛盾的补充信息与背景资料，由 BSI 技术委员会 B/525（建筑与土木工程结构）下属的 B/525/10（桥梁）与 B/525/31（钢结构使用）分委员会编制。PD 文件不构成正式英国标准，其建议以”should”表达，属于非矛盾性的指导，帮助设计者把欧洲规范的原则落到英国工程实践。本系列覆盖钢结构设计中的三大核心专题：材料韧性（第 1-10 部分）、疲劳设计（第 1-9 部分）与桥梁整体稳定/箱梁设计（第 2 部分），三者共同构成英国钢结构与钢桥设计的补充建议体系。
💡 PD 6695 系列是欧洲规范”落地”的关键桥梁文件：欧洲规范给出原则与规则，而 PD 提供英国背景、补充表格与更具体的应用建议，使设计者在韧性选择、疲劳校核与整体稳定等问题上有可操作的依据。
一、系列构成 📌
| 分部 | 中文标题 | 对应 BS EN 部分 | 主题 |
|---|---|---|---|
| PD 6695-1-10:2009 | 按 BS EN 1993-1-10 设计结构的建议 | BS EN 1993-1-10 | 材料韧性（夏比冲击）与层状撕裂预防 |
| PD 6695-1-9:2008 | 按 BS EN 1993-1-9 设计结构的建议 | BS EN 1993-1-9 | 疲劳设计（细节类别、应力范围、疲劳模型） |
| PD 6695-2:2008（含 A1:2012、C1:2013） | 按 BS EN 1993 设计桥梁的建议 | BS EN 1993（桥梁相关部分） | 整体分析、侧向扭转屈曲、加劲、箱梁与腹板 |
其中 PD 6695-2 内容最为庞大，涵盖从整体分析到箱梁隔板、腹板屈曲（web breathing）等 26 个主题，是英国钢桥设计的核心补充文件。三个分部由英国国家附录与欧洲规范正文体系相衔接，共同形成一套”原则—国家参数—工程建议”的完整链条。
二、材料韧性与层状撕裂（PD 6695-1-10）🧊
PD 6695-1-10 按 BS EN 1993-1-10 提供在参考温度超出标准给定范围（如 >10 ℃ 或 <-50 ℃）时，钢材夏比冲击（Charpy）子等级选择的建议，并涉及焊接钢结构层状撕裂（lamellar tearing）的预防。核心内容包括：
- 不同钢级（如 S235、S275）与子等级（JR、J0、J2）在参考温度下的最大允许板厚（如 σEd=0.75fy(t)）——表 1 给出参考温度 TEd 自 50 ℃ 至 -80 ℃ 区间内各类钢级与子等级的最大板厚 t（mm）；
- 建筑内部钢构件（Tmd=-5 ℃）、建筑外部钢构件（-15 ℃）与桥梁外部钢构件（-20 ℃）的最大厚度表（表 2 至表 4），覆盖不同环境温度假定下的选材要求；
- 焊接钢结构层状撕裂预防（对应 BS EN 1993-1-10:2005 第 3 条）：T 形与十字形接头（图 1）、角接头（图 2）的层状撕裂预防建议，包括对母材厚度方向性能（Z 向性能）的要求与焊接细节的改进措施。
层状撕裂是厚板焊接结构在厚度方向受约束拉应力时可能出现的缺陷，预防要点包括选用 Z 向钢、改进坡口设计、采用低氢焊接工艺与合理布置焊缝次序等，PD 6695-1-10 结合英国经验给出简明实用的建议。
⚠️ 冲击韧性是低温脆断的关键。若按欧洲规范选择韧性不足的钢材子等级，低温下可能发生脆性断裂——设计时必须核对设计参考温度对应的最大板厚。
三、疲劳设计（PD 6695-1-9）🔁
PD 6695-1-9 是按 BS EN 1993-1-9 进行疲劳设计的背景与建议，涵盖：
- 材料与施工公差、检验对疲劳的影响（对照 BS EN 1090-2 执行）——疲劳安全对材料与施工偏差的敏感性高于仅受静载的结构，图 1 说明当依据 BS EN 1090-2 执行且要求高于 Fat 56 时在图纸上标示质量要求的方法；
- 由试验确定疲劳强度的方法与特定疲劳荷载模型的推导（第 3、4 条），给出从试验数据获得 S-N 曲线的处理原则；
- 疲劳评估方法（名义应力、修正名义应力与几何应力范围）——图 2 说明应力集中对名义应力的影响，图 3 给出管状格构节点（荷载作用于斜撑）的热点应力示例；
- 应力集中系数（SCF）——图 4 给出基于 BS 5400-10:1980 的平板上圆角应力集中系数；
- 疲劳细节类别与既有 BS 5400-6 疲劳等级之间的对应（表 1、表 2），方便从旧规范过渡的工程师对照使用；
- 疲劳荷载参数确定与验证格式（第 8 条），图 5 给出采用”水库法”（reservoir method）进行循环计数的步骤，用于把不规则应力历程转换为等效循环。
四、桥梁整体稳定与箱梁（PD 6695-2）🌉
PD 6695-2 是按 BS EN 1993 设计桥梁的综合建议，主要主题包括：
- 整体分析（第 4 条）与非维度长细比（第 5～8 条：梁段、无中间约束梁、悬臂梁、带扭转约束梁），图 1 给出弯矩变化的长细比折减系数，图 2 给出转动端约束效应的有效长度参数 kf；
- 桁架弦杆与受压翼缘侧向屈曲的简化验算（第 9 条）、支座与中间约束对主梁的约束效应（第 10、11 条），图 5 给出连续梁的约束力，图 6 给出通过 U 形框架或桥面约束受压翼缘的方法；
- 板件面外荷载屈曲（第 12 条）、开孔翼缘/腹板设计（第 14 条）、中间横向加劲肋（第 15 条）与支承加劲肋（第 16 条）设计；
- 连接设计（第 17～20 条）：梁拼接、节点板（图 7）、带垫片焊缝（图 8）、螺栓与焊接连接；
- 箱梁的扭转与畸变效应（第 23 条）、板式隔板（第 24 条，含单/双支座的加劲隔板构造、开口布置、Kc 系数）与内部横框架（第 25 条）设计，其中外伸加劲肋形状限制（角钢与 T 型钢的注记，图 9）与翘曲应力分布（图 10、11）是关键内容；
- 腹板呼吸（web breathing，第 26 条）验算——对于反复荷载作用下腹板局部屈曲与恢复的疲劳效应给出校核方法。
✅ 侧向扭转屈曲与箱梁畸变是钢板梁/箱梁桥设计中最易忽略却最关键的稳定问题；PD 6695-2 给出了比欧洲规范条文更具体的验算方法与约束假定，供设计者直接采用。
五、工程实践要点 🛠️
- 🔍 韧性选材：按 PD 6695-1-10 对照设计参考温度与板厚选择钢材子等级，并关注焊接接头层状撕裂。
- 🔧 疲劳细节：按 PD 6695-1-9 确定细节类别与应力范围，注意施工公差与检验对疲劳寿命的显著影响。
- 📊 稳定验算：按 PD 6695-2 校验梁的侧向扭转屈曲、支座约束与箱梁畸变，避免过度简化。
- 📋 执行衔接：疲劳与施工质量要求应与 BS EN 1090-2 执行标准衔接，在图纸上明确标注细节要求。
- 🧊 低温工况：对可能运营于低温环境的桥梁，应按外部钢构件（Tmd=-20 ℃）对应的厚度表选材并复核冲击韧性。
六、常见问题解答 ❓
❓ 问：PD 6695 是正式英国标准吗？
答：不是。它是”已出版文件（Published Document）”，提供与 BS EN 1993 及其英国国家附录不矛盾的补充建议，不构成规范要求。
答：不是。它是”已出版文件（Published Document）”，提供与 BS EN 1993 及其英国国家附录不矛盾的补充建议，不构成规范要求。
❓ 问：为什么需要按参考温度选钢材韧性？
答：低温会使钢材脆断风险上升。夏比冲击韧性子等级（JR/J0/J2）决定低温下的允许板厚，设计温度越低所需韧性越高。
答：低温会使钢材脆断风险上升。夏比冲击韧性子等级（JR/J0/J2）决定低温下的允许板厚，设计温度越低所需韧性越高。
❓ 问：疲劳设计为何要特别关注施工公差？
答：疲劳对几何缺陷、焊缝质量与应力集中极为敏感，细节类别建立在特定施工质量之上；公差或检验不满足要求会显著降低疲劳强度。
答：疲劳对几何缺陷、焊缝质量与应力集中极为敏感，细节类别建立在特定施工质量之上；公差或检验不满足要求会显著降低疲劳强度。
🔍 问：箱梁设计为什么特殊？
答：箱梁受扭转与畸变影响，需专门设计板式隔板与内部横框架，并验算腹板呼吸；PD 6695-2 给出了这些问题的具体设计方法。
答：箱梁受扭转与畸变影响，需专门设计板式隔板与内部横框架，并验算腹板呼吸；PD 6695-2 给出了这些问题的具体设计方法。
💡 问：如何从旧的 BS 5400 规范过渡到 BS EN 1993？
答：PD 6695-1-9 的表 1、表 2 给出了 BS 5400-6 疲劳等级与 BS EN 1993-1-9 细节类别之间的对应关系，便于既有经验与新规范衔接。
答：PD 6695-1-9 的表 1、表 2 给出了 BS 5400-6 疲劳等级与 BS EN 1993-1-9 细节类别之间的对应关系，便于既有经验与新规范衔接。
