夏留佳 夏佳偉 潘登 王焱

摘要：自鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)誕生以來，人們就沒有停止對其各方面的研究，包括鋼筋的延性、疲勞性能等方面研究，高強鋼筋憑借其高工作性能使其更多的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)中，然而鋼筋在使用的過程中往往發(fā)生疲勞破壞，所以對高強鋼筋的疲勞性能有必要研究;本文基于大量關(guān)于高強鋼筋疲勞試驗研究文獻，首先對高強鋼筋疲勞壽命S-N曲線的數(shù)學(xué)模型進行一個介紹，接著對高強鋼筋的疲勞性能研究現(xiàn)狀做一個概述。

關(guān)鍵字：高強鋼筋;疲勞性能;S-N曲線;研究綜述;

1引言

隨著高強鋼筋在結(jié)構(gòu)設(shè)計理論上的日益成熟，高強鋼筋也越來越多的應(yīng)用于高層和抗震建筑結(jié)構(gòu)中0;高強鋼筋憑借其在結(jié)構(gòu)受力優(yōu)異性能，相比于低強度鋼筋可以節(jié)約鋼筋用料約為10%，能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益，同時也可以帶來施工的方便，使其得到設(shè)計人員的青睞。然而鋼筋在結(jié)構(gòu)中往往會承受地震水平作用和列車得往復(fù)荷載，而發(fā)生疲勞破壞，所以有必要對鋼筋疲勞壽命預(yù)測S-N曲線求解方法和研究現(xiàn)狀進行一個總結(jié)介紹。

2疲勞壽命S-N曲線求解模型

2.1指數(shù)函數(shù)法

指數(shù)函數(shù)法表達式： （1-1）

兩邊取對數(shù)有：mSlge+lgN=lgC

整理有：lgN=lgC-（mlge）S （1-2）

式中：e為自然對數(shù)的底; N疲勞壽命; S為應(yīng)力水平;m和C為試驗確定的兩個常數(shù);

在給定應(yīng)力比R或者平均應(yīng)力 的條件下確定 與N之間指數(shù)函數(shù)關(guān)系。我們可以從式1-2看出S與lgN成線性關(guān)系，故此方法求得的模型一般稱為單對數(shù)S-N模型。

2.2冪函數(shù)法

冪函數(shù)法表達式：NSm=C（2-1）

兩邊取對數(shù)有：mlgS+lgN=lgC

整理有：lgN=lgC-mlgS（2-2）

式中：m和C為試驗確定的兩個常數(shù);在給定應(yīng)力比R或者平均應(yīng)力 的條件下確定 與N之間指數(shù)函數(shù)關(guān)系。我們可以從式2-2看出lgS與lgN成線性關(guān)系，故此方法求得的模型一般稱為雙對數(shù)S-N曲線。

2.3三參數(shù)冪函數(shù)法

三參數(shù)冪函數(shù)法表達式： （3-1）

兩邊取對數(shù)得：

整理得： （3-2）

式中：0擬合疲勞極限;B1、B2、B3 為材料參數(shù)，其中B1=lgC;b2=-m;B3=0;Nf為疲勞壽命;max為最大應(yīng)力;此種方法求出的模型一般稱為三參數(shù)冪函數(shù)S-N曲線;

3高強鋼筋疲勞性能

高強鋼筋的疲勞性能是眾多學(xué)者的研究方向，在高層和抗震結(jié)構(gòu)中的重要性也是不言而喻的，對于高強鋼筋的疲勞性能，學(xué)者們也是做了大量的試驗研究和理論分析。

張耀庭等人0以HRB400鋼筋為試驗研究對象，通過對3根HRB400鋼筋標準試件進行單軸拉伸試驗，得到HRB400鋼筋的基本力學(xué)性能參數(shù)的取值;通過對7組試件的等應(yīng)變幅循環(huán)加載試驗，得到應(yīng)變幅-疲勞壽命和應(yīng)變幅-強度退化數(shù)值關(guān)系式。

陸鵬雁等人0以HRB500鋼筋為試驗研究對象，通過對HRB500鋼筋進行疲勞試驗，利用升降法得到鋼筋在應(yīng)力比R=0.1時107周次的疲勞強度0.1=587.5MPa，遠遠高于一般碳素結(jié)構(gòu)鋼的疲勞強度。通過對直徑32mm的HRB500鋼筋設(shè)計3組不同應(yīng)力水平，每組應(yīng)力水平做3次，利用三參數(shù)冪函數(shù)法進行非線性擬合得到HRB500鋼筋疲勞壽命S-N曲線方程。通過對直徑32mm和22mmHRB500鋼筋標準試件進行疲勞試驗，發(fā)現(xiàn)直徑大小對HRB500的疲勞強度基本沒有影響，疲勞強度主要與組成材料的成分及晶體潔凈度有關(guān)。

張少華等人0以HRB500鋼筋和HRBF500鋼筋為研究對象，通過對16mm的HRB500鋼筋和HRBF500鋼筋標準試件進行疲勞試驗研究，整個試驗過程采用荷載控制，等應(yīng)變幅正弦加載，加載頻率為40Hz，設(shè)定的應(yīng)力比R=0.2。利用“雙對數(shù)-雙折線”模型得到HRB500鋼筋和HRBF500鋼筋的疲勞壽命S-N曲線方程HRBF500鋼筋的疲勞性能略優(yōu)于HRB500鋼筋。

徐慶元等人0以HRB500和HRB400鋼筋為研究對象，首先參照國家標準制作標準試件，疲勞試驗共設(shè)計5個應(yīng)力水平，每個應(yīng)力水平共制作了6個試件，總計30個試件，通過MTS電子伺服材料試驗機，對HRB500和HRB400鋼筋進行軸向?qū)ΨQ拉伸疲勞試驗研究，擬合出了HRB500和HRB400鋼筋S-N曲線和疲勞壽命S-N方程;

4總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑材料的強度也得到了很大的提高，然而在高強鋼筋的設(shè)計使用中，我們必須得注意高強鋼筋的疲勞性能，鋼筋的累計疲勞損傷危及結(jié)構(gòu)的安全，所以揭示疲勞損傷規(guī)律，探究其破壞機理，建立疲勞壽命預(yù)測模型是很有必要。學(xué)者們對高強鋼筋疲勞性能的進行了大量的試驗研究，建立了高強鋼筋的疲勞損傷模型和疲勞損傷壽命曲線為高強鋼筋在建筑、橋梁結(jié)構(gòu)中的使用提供了理論基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]張耀庭，趙璧歸，李瑞鴿，杜曉菊.HRB400鋼筋單調(diào)拉伸及低周疲勞性能試驗研究[J].工程力學(xué)，2016，33（04）：121-129.

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[3]張少華，王起才，張戎令，段運，王神力.16mmHRB（F）500級高強鋼筋疲勞性能研究[J].工業(yè)建筑，2017，47（06）：40-43.

[4]徐慶元，方子勻，林青騰，張澤.HRB500與HRB400鋼筋疲勞性能對比試驗研究[J].實驗力學(xué)，2019，34（01）：105-112.

作者簡介：夏留佳（1997.08——）男，江蘇連云港市人，漢族，碩士研究生，單位：揚州大學(xué)，研究方向：纖維復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用。