盧朝輝，馬義飛, 3，宋力，余志武

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重載鐵路8 m低高度鋼筋混凝土板梁疲勞性能試驗(yàn)研究

盧朝輝1, 2，馬義飛1, 2, 3，宋力1, 2，余志武1, 2

(1. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410075；2. 中南大學(xué)高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙，410075；3. 寧夏回族自治區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，寧夏銀川，750001)

為深入了解重載列車(chē)對(duì)既有鐵路8 m低高度鋼筋混凝土板梁疲勞性能的影響，對(duì)5根縮尺模型梁進(jìn)行靜力和等幅疲勞荷載試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，梁內(nèi)鋼筋發(fā)生疲勞脆斷后試驗(yàn)梁仍有較高的剩余承載力，且試驗(yàn)梁純彎段裂縫寬度、混凝土及鋼筋殘余應(yīng)變隨疲勞作用次數(shù)增加呈“快速變化－緩慢變化”的兩階段變化特征。將本次試驗(yàn)及文獻(xiàn)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與國(guó)內(nèi)外已有變形鋼筋疲勞S?N曲線進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而提出更具參考價(jià)值的鋼筋疲勞S?N曲線。

重載鐵路；鋼筋混凝土板梁；疲勞試驗(yàn)；疲勞壽命

繼“客運(yùn)高速”之后，“貨運(yùn)重載”將成為我國(guó)貨運(yùn)鐵路發(fā)展新方向。既有鐵路開(kāi)行大軸重重載列車(chē)后，作用在鐵路橋梁上的荷載及其頻次將會(huì)大幅提高，將對(duì)既有鐵路橋梁的疲勞性能產(chǎn)生巨大的不利影響，對(duì)既有鐵路普通混凝土橋梁的影響尤為嚴(yán)重[1?3]。因此，對(duì)重載列車(chē)作用下既有鐵路普通混凝土橋梁的疲勞性能展開(kāi)研究具有重要意義。針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[4]通過(guò)對(duì)11片鋼筋混凝土試件的疲勞性能試驗(yàn)，研究了裂縫發(fā)展、跨中撓度、鋼筋應(yīng)變與疲勞荷載的關(guān)系，最后通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了鋼筋混凝土梁的S?N曲線；文獻(xiàn)[5]通過(guò)對(duì)配有新Ⅲ級(jí)鋼的高強(qiáng)混凝土簡(jiǎn)支梁的靜載和等幅疲勞試驗(yàn)，分析研究了受彎構(gòu)件的疲勞性能，給出了壓區(qū)混凝土應(yīng)力，縱向受拉鋼筋應(yīng)力的計(jì)算方法及鋼筋的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；文獻(xiàn)[6]進(jìn)行了鋼筋混凝土梁在空氣環(huán)境、淡水環(huán)境和鹽水環(huán)境中的疲勞試驗(yàn)，研究了反復(fù)荷載作用下3種環(huán)境中梁的變形發(fā)展過(guò)程和疲勞壽命；文獻(xiàn)[7]通過(guò)12片1:6縮尺模型梁的疲勞試驗(yàn)，研究了重載鐵路橋梁疲勞破壞形態(tài)、振幅、剛度、非預(yù)應(yīng)力筋及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變和混凝土應(yīng)變隨重復(fù)荷載次數(shù)的變化規(guī)律；文獻(xiàn)[8]分別制作了3片矩形截面梁和3片T形截面梁，通過(guò)試驗(yàn)研究了鋼筋配筋率、截面形狀和鋼筋應(yīng)力對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件疲勞性能的影響?？梢?jiàn)，已有研究都是針對(duì)不同工況下矩形、T型等截面形式梁展開(kāi)，對(duì)低高度板梁的疲勞性能研究則較少，對(duì)重載列車(chē)作用下低高度板梁疲勞性能的研究更少。本文作者通過(guò)5片1:2縮尺模型梁的靜力和疲勞性能試驗(yàn)，研究了重載列車(chē)作用下低高度板梁的疲勞開(kāi)裂性及疲勞損傷規(guī)律，并結(jié)合已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外變形鋼筋疲勞S?N曲線進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

以朔黃鐵路8 m低高度鋼筋混凝土板梁為原型梁(標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)為叁標(biāo)橋1024)，按1:2的相似比設(shè)計(jì)了5根梁，其中1根用于靜載試驗(yàn)，其余4根用于疲勞試驗(yàn)。5根梁的設(shè)計(jì)參數(shù)相同，其中混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35(抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為31.8 MPa，彈性模量實(shí)測(cè)值為3.2×104MPa)，縱向鋼筋采用8根直徑為25 mm的HRB335級(jí)鋼筋(實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為412 MPa，極限抗拉強(qiáng)度為580 MPa)，箍筋采用直徑為8 mm的HPB235級(jí)鋼筋(實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為291 MPa，極限抗拉強(qiáng)度為416 MPa)，純彎段內(nèi)箍筋間距為150 mm，純彎段外箍筋間距為100 mm，梁側(cè)混凝土保護(hù)層厚度為7 mm。試件尺寸及截面配筋布置如圖1所示。

單位：mm

單位：mm

(a) 加載示意圖；(b) 加載裝置

圖2試驗(yàn)梁加載裝置

Fig. 2 Fatigue experimental setup of test beams

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)梁采用四分點(diǎn)加載(圖2)。疲勞試驗(yàn)在中南大學(xué)高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室PMS?500數(shù)顯式脈動(dòng)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)前，預(yù)先在試驗(yàn)梁跨中位置混凝土上表面、側(cè)面(圖3)及跨中截面受拉主筋上粘貼電阻應(yīng)變片，采用江蘇東華測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的DH?3820應(yīng)變采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。試驗(yàn)中通過(guò)在梁兩端支撐處、加載點(diǎn)和跨中部位布置位移計(jì)進(jìn)行撓度測(cè)量。

疲勞試驗(yàn)中，疲勞下限值min依據(jù)相似比按照“恒載作用下梁跨中截面主筋應(yīng)力相等”原則確定。min=23.456+0.25y?m=67.397?m=45.4(其中y為原型梁自重，m為試驗(yàn)梁自重)。疲勞上限值max依據(jù)相似比按照“恒活載共同作用下橋梁跨中截面主筋應(yīng)力相等”原則確定。為了研究列車(chē)軸重對(duì)橋梁疲勞性能影響，活載取為列車(chē)荷載引起橋梁跨中截面最大荷載效應(yīng)對(duì)應(yīng)的等效集中荷載。疲勞試驗(yàn)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

單位：mm

表1 疲勞試驗(yàn)主要參數(shù)

注：u為試驗(yàn)梁的極限荷載。

1.3 試驗(yàn)加載方案

靜力試驗(yàn)采用單調(diào)分級(jí)加載，正式加載前進(jìn)行預(yù)加載，預(yù)載分3級(jí)進(jìn)行，每級(jí)取開(kāi)裂荷載的15%，每加(卸)一級(jí)，停歇10 min。正式靜力加載時(shí)，每級(jí)荷載取計(jì)算開(kāi)裂荷載的20%，加載至計(jì)算開(kāi)裂荷載和屈服荷載前適當(dāng)加密。疲勞試驗(yàn)采用正弦波加載，正式試驗(yàn)前，先分五級(jí)逐級(jí)加載至疲勞荷載上限后再卸載，如此反復(fù)預(yù)加載2次后，正式開(kāi)始疲勞試驗(yàn)。疲勞加載頻率為3 Hz，疲勞試驗(yàn)過(guò)程中每循環(huán)加載一定次數(shù)后停機(jī)進(jìn)行靜力加載，獲取試件的荷載?撓度曲線和混凝土及鋼筋的荷載?應(yīng)變關(guān)系曲線。靜力加載時(shí)，以疲勞荷載上限作為靜力加載的最大值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 靜載試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)梁靜載破壞形態(tài)如圖4所示，試驗(yàn)梁靜載破壞形態(tài)表明試驗(yàn)梁破壞始于受拉鋼筋屈服，然后加載點(diǎn)內(nèi)側(cè)混凝土壓碎，屬于適筋梁破壞，說(shuō)明試驗(yàn)梁配筋設(shè)計(jì)合適。根據(jù)試驗(yàn)梁靜載試驗(yàn)破壞形態(tài)確定試驗(yàn)梁的開(kāi)裂荷載為67 kN，極限荷載為440 kN。試驗(yàn)梁靜載試驗(yàn)荷載?跨中撓度曲線如圖5所示。

圖4 靜載破壞形態(tài)

圖5 靜載試驗(yàn)荷載?跨中撓度曲線

2.2 疲勞試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 疲勞破壞形態(tài)

試驗(yàn)梁疲勞破壞形態(tài)如圖6所示，試驗(yàn)梁疲勞破壞特征為試驗(yàn)梁疲勞破壞前沒(méi)有明顯征兆，隨著繼續(xù)疲勞加載，縱向受拉鋼筋發(fā)生突然斷裂進(jìn)而試驗(yàn)梁破壞。由于斷裂鋼筋斷口處沒(méi)有頸縮現(xiàn)象，因此試驗(yàn)梁為疲勞脆性破壞。整個(gè)疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)梁翼緣較短一側(cè)裂縫開(kāi)展程度明顯比翼緣較長(zhǎng)一側(cè)嚴(yán)重，且位于翼緣短側(cè)靠近梁底邊緣處的7號(hào)或8號(hào)鋼筋最先發(fā)生疲勞脆斷。鋼筋發(fā)生疲勞脆斷后，試驗(yàn)梁的剛度有較大幅度下降，但仍有較高的承載力，若繼續(xù)循環(huán)加載，循環(huán)加載10萬(wàn)次左右后，梁底鋼筋逐漸全部脆斷，試驗(yàn)梁完全喪失承載能力。F1和F2梁的疲勞破壞發(fā)生在梁跨中位置，F(xiàn)3梁的疲勞破壞發(fā)生在純彎段內(nèi)側(cè)距加載點(diǎn)20 cm處，F(xiàn)4梁鋼筋脆斷的位置在純彎段外側(cè)矩加載點(diǎn)55 cm處。

(a) 梁側(cè)破壞形態(tài)；(b) 鋼筋脆斷形態(tài)

2.2.2 試驗(yàn)梁純彎段裂縫分布

試驗(yàn)梁純彎段裂縫分布如圖7所示。試驗(yàn)梁疲勞裂縫發(fā)展及分布表明，疲勞下限相同的情況下，疲勞上限不但影響裂縫出現(xiàn)的時(shí)間和初始寬度，試驗(yàn)梁最終疲勞破壞時(shí)梁側(cè)裂縫分布也不一致。一般地，疲勞上限越大，疲勞破壞時(shí)梁側(cè)裂縫開(kāi)展越嚴(yán)重(F2梁裂縫開(kāi)展程度明顯比F4梁的大)。試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)梁側(cè)裂縫延伸至板梁翼緣底部時(shí)，裂縫長(zhǎng)度就停止擴(kuò)展，且裂縫的開(kāi)展過(guò)程在疲勞試驗(yàn)初期就已基本完成。

(a) F2; (b) F3; (c) F4

疲勞預(yù)加載過(guò)程中，試驗(yàn)梁就已經(jīng)處于開(kāi)裂狀態(tài)，且疲勞荷載上限越大，試驗(yàn)梁的初始裂縫寬度也越大，F(xiàn)1~F4梁在疲勞上限荷載作用下的初始最大裂縫寬度分別為0.11，0.09，0.078和0.065 mm。試驗(yàn)梁純彎段裂縫寬度隨疲勞作用次數(shù)的增加呈“先增大后穩(wěn)定”的兩階段變化特征(圖8)，以F2梁為例，疲勞荷載作用前期(0~22萬(wàn)次)梁側(cè)逐漸產(chǎn)生新增裂縫，同時(shí)原有裂縫寬度由0.085 mm增至0.11 mm。循環(huán)荷載作用22萬(wàn)次以后，梁側(cè)裂縫寬度和長(zhǎng)度基本保持原有狀態(tài)，且梁側(cè)不再產(chǎn)生新增裂縫，直至出現(xiàn)鋼筋疲勞脆斷后，鋼筋脆斷部位對(duì)應(yīng)裂縫的長(zhǎng)度和寬度瞬時(shí)急劇增大。整個(gè)疲勞加載過(guò)程中，F(xiàn)2梁側(cè)沒(méi)有產(chǎn)生較大的裂縫(寬度大于0.2 mm)，疲勞破壞前沒(méi)有明顯征兆。其他試驗(yàn)梁裂縫寬度發(fā)展變化規(guī)律與F2梁類(lèi)似。

圖8 裂縫寬度發(fā)展變化曲線

2.2.3 試驗(yàn)梁荷載?跨中撓度曲線

疲勞荷載作用下，試驗(yàn)梁跨中撓度隨疲勞作用次數(shù)的變化規(guī)律如圖9所示。疲勞荷載作用下，試驗(yàn)梁跨中撓度隨循環(huán)作用次數(shù)的增加逐漸增大，但每次增加的幅度很小，循環(huán)加載至梁即將破壞時(shí)，F(xiàn)2，F(xiàn)3和F4試驗(yàn)梁跨中撓度增幅分別為0.83，0.62和1.05 mm，分別占疲勞作用前撓度的9.3%，7.4%和14.1%。

試驗(yàn)梁跨中撓度隨疲勞荷載作用次數(shù)增加呈“三階段”變化特征。疲勞荷載作用初期(以F2為例，即疲勞作用20萬(wàn)次前)，在疲勞荷載作用下，試驗(yàn)梁混凝土產(chǎn)生微裂紋，并隨著不斷地疲勞加載，微裂紋不斷擴(kuò)展并延伸，最終由于混凝土的損傷導(dǎo)致試驗(yàn)梁剛度明顯下降，撓度顯著增大。由于試驗(yàn)梁高度較低，配筋率較大，因此與其他截面形式梁(如矩形梁、T形梁)相比，試驗(yàn)梁內(nèi)鋼筋的疲勞損傷對(duì)試驗(yàn)梁剛度的影響更為明顯，表現(xiàn)為疲勞荷載作用初期以后(以F2為例，即疲勞作用20萬(wàn)次以后)，試驗(yàn)梁混凝土裂縫的開(kāi)展已趨于穩(wěn)定，隨著不斷的疲勞加載和試驗(yàn)梁內(nèi)鋼筋疲勞損傷的逐漸累積，試驗(yàn)梁的撓度隨疲勞作用次數(shù)的增加呈緩慢增大的變化趨勢(shì)。疲勞加載至試驗(yàn)梁即將破壞前，由于試驗(yàn)梁內(nèi)個(gè)別鋼筋的疲勞損傷累積程度較大，隨著繼續(xù)疲勞加載，其疲勞損傷速率加快，導(dǎo)致最后階段試驗(yàn)梁的撓度下降程度又有所增加。

(a) F4梁荷載?跨中撓度曲線；(b) 跨中撓度隨疲勞作用次數(shù)變化曲線

相同的疲勞作用次數(shù)下，不同水平的疲勞循環(huán)荷載引起試驗(yàn)梁混凝土及鋼筋的疲勞損傷程度是不一樣的，一般地，與較低水平的疲勞循環(huán)荷載相比，試驗(yàn)梁在較高水平的疲勞循環(huán)荷載作用下，在疲勞荷載作用初期，其剛度下降程度相對(duì)較大，而在疲勞荷載作用中后期其剛度下降程度則相對(duì)緩慢。

2.2.4 試驗(yàn)梁荷載?鋼筋應(yīng)變曲線

2.2.5 試驗(yàn)梁荷載?混凝土應(yīng)變曲線

疲勞荷載作用下，試驗(yàn)梁荷載?混凝土應(yīng)變曲線如圖11所示，混凝土壓應(yīng)變曲線向著殘余應(yīng)變?cè)龃蟮姆较蛞苿?dòng)，大致呈“疏?密”兩階段變化規(guī)律。以F3梁為例，疲勞作用0~20萬(wàn)次混凝土殘余應(yīng)變變化較大，說(shuō)明該階段混凝土內(nèi)部微裂縫的萌生和擴(kuò)展對(duì)梁剛度影響較大；疲勞作用20萬(wàn)次以后，混凝土殘余應(yīng)變逐漸增大，但增加幅度很小，說(shuō)明該階段試驗(yàn)梁疲勞損傷處于緩慢變化的過(guò)程。整個(gè)疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)梁不同部位荷載?混凝土應(yīng)變曲線的斜率基本一致，沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明疲勞荷載作用下，試驗(yàn)梁中性軸位置沒(méi)有發(fā)生 改變。

(a) F1; (b) F2; (c) F4

(a) F2梁中應(yīng)變片1-1；(b) F2梁中應(yīng)變片1-2；(c) F2梁中應(yīng)變片2-1；(d) F2梁中應(yīng)變片2-2；(e) F3梁中應(yīng)變片1-1；(f) F3梁中應(yīng)變片1-2；(g) F3梁中應(yīng)變片2-1；(h) F3梁中應(yīng)變片2-2

2.2.6 試驗(yàn)梁混凝土及鋼筋應(yīng)變幅發(fā)展變化曲線

混凝土應(yīng)變幅隨疲勞作用次數(shù)的變化規(guī)律與撓度的變化規(guī)律基本一致(圖12)：疲勞開(kāi)始階段增長(zhǎng)較快，中間階段增長(zhǎng)緩慢，最后疲勞加載至試驗(yàn)梁即將破壞前增長(zhǎng)程度又有所增加。

(a) F2梁；(b) F3梁

試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，疲勞反復(fù)荷載作用下，試驗(yàn)梁內(nèi)各主筋應(yīng)力之間存在較大差異，一般靠近翼緣短側(cè)的1~2根鋼筋最先疲勞脆斷。以F4梁為例，疲勞反復(fù)荷載作用下，鋼筋應(yīng)變幅發(fā)展變化曲線如圖13所示，試驗(yàn)梁疲勞損傷演化過(guò)程中，7號(hào)鋼筋(靠近翼緣短側(cè)第二根鋼筋)的應(yīng)變幅始終較大，隨著疲勞作用次數(shù)的增加，其應(yīng)變幅呈先緩慢增大，后快速增大的變化趨勢(shì)，并最早發(fā)生疲勞脆斷，而其他鋼筋應(yīng)變幅隨疲勞作用次數(shù)的增加呈先快速增大后緩慢增大的變化趨勢(shì)。這說(shuō)明了試驗(yàn)梁的疲勞壽命是由梁內(nèi)應(yīng)變幅較大的個(gè)別鋼筋主導(dǎo)，而其他鋼筋在試驗(yàn)梁發(fā)生疲勞破壞時(shí)仍未產(chǎn)生顯著的疲勞損傷，即仍有較高的疲勞壽命，這也是為什么試驗(yàn)梁在個(gè)別鋼筋發(fā)生脆斷后仍有較高剩余承載力的原因。

圖13 F4梁鋼筋應(yīng)變幅發(fā)展變化曲線

3 疲勞壽命分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎疲勞破壞始于梁內(nèi)普通鋼筋的疲勞脆性斷裂[9?12]。普通鋼筋在生產(chǎn)和軋制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同程度初始損傷，在疲勞荷載作用下，鋼筋的初始損傷會(huì)逐步擴(kuò)展并不斷累積，最后當(dāng)鋼筋有效斷面應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力時(shí)，鋼筋發(fā)生脆性斷裂。通常用以應(yīng)力幅為參數(shù)的S?N曲線處理鋼筋的疲勞壽命問(wèn)題[13]，其在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中的表達(dá)式為

式中：為疲勞失效時(shí)的循環(huán)次數(shù)；和為與材料性能、試件尺寸、形狀有關(guān)的常數(shù)；為疲勞荷載作用下產(chǎn)生的鋼筋應(yīng)力幅。

為了預(yù)防鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)早的發(fā)生疲勞破壞和準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)其剩余疲勞壽命，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的相關(guān)試驗(yàn)研究，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合得到了鋼筋疲勞S?N曲線。但是目前已有的這些S?N曲線都是在特定的試驗(yàn)條件下得到的，如試件制作都使用同一批次的鋼筋，采用相同的澆筑工藝及養(yǎng)護(hù)條件等，這使得通過(guò)對(duì)單一試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出的S?N曲線具有一定的局限性，且不同文獻(xiàn)提出的S?N曲線的計(jì)算結(jié)果之間存在較大的差異。

對(duì)于電力企業(yè)而言，應(yīng)包括自然環(huán)境資產(chǎn)和人工環(huán)境資產(chǎn)，特指在電能的開(kāi)發(fā)使用過(guò)程中，為了達(dá)到降低碳排放量的目的，從而為電力企業(yè)購(gòu)置的儀器、設(shè)備、原材料以及相應(yīng)的無(wú)形低碳資產(chǎn)。

表2 國(guó)內(nèi)外變形鋼筋S?N曲線

將本文各試驗(yàn)梁中最先發(fā)生脆斷鋼筋的實(shí)測(cè)應(yīng)力幅和疲勞壽命數(shù)據(jù)及從文獻(xiàn)[5, 10?12]中搜集到的共23組試驗(yàn)數(shù)據(jù)與國(guó)內(nèi)外具有代表性的變形鋼筋S?N曲線(表2)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果如圖14所示。對(duì)比結(jié)果表明：文獻(xiàn)[15]提出的S?N曲線與23組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合程度相對(duì)較好，且能夠反映試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體變化趨勢(shì)，而其他S?N曲線只是在某一區(qū)段內(nèi)的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)較接近，但曲線的延伸方向與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)存在較大差異。

圖14 變形鋼筋S?N曲線對(duì)比

4 結(jié)論

1) 試驗(yàn)梁純彎段裂縫發(fā)展隨疲勞作用次數(shù)的增加呈“兩階段”變化特征。試驗(yàn)梁裂縫的長(zhǎng)度和寬度在疲勞試驗(yàn)初期已基本完成，然后趨于穩(wěn)定，之后隨著疲勞作用次數(shù)的增加裂縫長(zhǎng)度和寬度基本不再 變化。

2) 疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)梁剛度隨疲勞作用次數(shù)的增加始終呈下降趨勢(shì)并表現(xiàn)為“快速?緩慢?稍快”三階段下降特征；由于試驗(yàn)梁底層鋼筋沿橫向分布較寬及梁截面形狀的不對(duì)稱(chēng)性，梁內(nèi)各個(gè)鋼筋的疲勞演化過(guò)程并不一致，試驗(yàn)梁的疲勞壽命取決于其中應(yīng)力幅較大的個(gè)別鋼筋，且試驗(yàn)過(guò)程中當(dāng)發(fā)生鋼筋疲勞脆斷時(shí)，試驗(yàn)梁仍有較高的剩余承載力。

3) 試驗(yàn)梁上表面混凝土殘余應(yīng)變隨疲勞作用次數(shù)的增加呈“疏?密”兩階段變化特征；混凝土應(yīng)變幅的變化規(guī)律與試驗(yàn)梁撓度的發(fā)展變化規(guī)律基本一致；疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)梁中性軸位置不發(fā)生變化。

4) 文獻(xiàn)[15]提出的S?N曲線與23組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合程度相對(duì)較好，且能夠反映試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體變化趨勢(shì)。

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(編輯 趙俊)

Experimental study on fatigue behavior of 8 m low-height reinforced concrete plate-girder of heavy-haul railway

LU Zhaohui1, 2, MA Yifei1, 2, 3, SONG Li1, 2, YU Zhiwu1, 2

(1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China;2. National Engineering Laboratory for High Railway Construction, Central South University, Changsha 410075, China;3. The Construction Quality & Safety Supervision Center of Ningxia Hui Autonomous Region, Yinchuan 750001, China)

In order to understand the fatigue performance of 8 m low-height reinforced concrete plate-girder under heavy-haul trains, five experimental beams were tested under static load and fatigue load with constant amplitudes. The results indicate that the beams still have high bearing capacity even when brittle fracture of some reinforcements occur. Two distinctive stages, i.e., the rapidly changing stage and the slowly changing stage, were observed for the variation of the cracks width of pure bending section and the residual strain of concrete and reinforcing steel with the increase of the fatigue cycle loads. The studies of the existing S?N curves were compared with the experimental data including the present experiment and published in the references, based on which a new model for the prediction of S?N curve was proposed.

heavy-haul railway; reinforced concrete plate-girder; fatigue experiment; fatigue life

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.09.038

U24

A

1672?7207(2017)09?2550?09

2016?09?30；

2016?12?30

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAG20B00)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U1134209，51422814，51278496)；長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(IRT1296)；中南大學(xué)“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目(2015CXS014) (Project(2013BAG20B00) supported by National Natural Science and Technology Support Program; Projects(U1134209, 51422814, 51278496) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(IRT1296) supported by the Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University; Project(2015CXS014) supported by Grants from the Project of Innovation-driven Plan in Central South University)

余志武，教授，從事鐵路工程結(jié)構(gòu)經(jīng)時(shí)行為研究；E-mail: zhwyu@csu.edu.cn