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        鋼桁腹-混凝土組合箱梁外接式節(jié)點疲勞性能試驗研究

        2025-08-11 00:00:00譚映梁祝兵崔圣愛畢昕宇張振盧寶潔
        土木建筑與環(huán)境工程 2025年4期
        關(guān)鍵詞:測點裂紋試件

        中圖分類號:U443.35 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2096-6717(2025)04-0100-09

        Experimental study on fatigue performance of external joints in steel truss web-concrete composite box girders

        TAN Yingliang,ZHU Bing,CUI Shengai,BI Xinyu, ZHANG Zhen,LU Baojie (School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University, Chengdu 6loo3l,P.R. China)

        Abstract: Two joint models with a scale of 1:3 were fabricated and fatigue tests were carried out to investigate thefatigue performance of steltrussweb-concrete composite external joints and verify the reliabilityof the new structure applied to high-speed railway bridges.The fatigue damage mode,load-displacement relationship,and load-strain curve of the composite external joints were investigated,the fatigue force characteristics of the external joints under different stress amplitudes were examined and the experimental results showed that the fatigue life of the composite external joint exceeds 2.51 millon loading cycles under the design stress amplitude, the joint is not damaged,the stiffess is not reduced,and the fatigue resistance performance meets the requirements.Under the action of 1.4 times design stress amplitude,the measured fatigue life of the external joint is1.4 milion times.The fatigue damage mode of the external joint is the cracking of the exposed gusset plate on the tensile side,and the critical detail of composite external joint is the welding detail which connecting the exposed gusset plate and the stifening plate.The fatigue crack causes the stress redistribution in the gusset plate,the strain in the gusset plate above and below the crack is reduced by 81% at most,and the strain in the gusset plate near the crack is increased by 33% at most. According to the S-N curve obtained by the one-point method,the fatigue life of the composite external joint corresponding to the design stress amplitude of 53.2MPa (204號 is 4.36 million times,which is 2.18 times of the design value.

        Keywords: steel truss web-concrete composite bridge;composite external joint;model test;fatigue perfor mance; fatigue damage

        鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋充分結(jié)合了鋼材和混凝土的優(yōu)勢,具有優(yōu)良的整體受力性能,得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。鋼桁腹-混凝土組合箱梁橋是近年發(fā)展起來的一種新型橋梁結(jié)構(gòu),由混凝土頂板、鋼桁腹桿、混凝土底板及體內(nèi)外預(yù)應(yīng)力鋼束等組成[5]。與混凝王箱梁橋相比,鋼桁腹-混凝土組合梁橋采用鋼腹桿代替混凝土腹板,規(guī)避了腹板開裂問題,減小了風(fēng)力作用,減輕了上部結(jié)構(gòu)自重,不僅增大了跨徑,還減少了下部結(jié)構(gòu)尺寸,獲得了更優(yōu)力學(xué)性能和景觀效果。與鋼桁架橋相比,混凝土頂?shù)装宓募尤?,增大了結(jié)構(gòu)剛度,提升了橋梁抗扭轉(zhuǎn)性能,增加了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此,鋼桁腹-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋被認(rèn)為是非常有前景的新橋型,逐漸得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注[6-12]。近年來,中國先后建成了江山橋、德勝路橋、國道107寶安段匝道橋、深圳大學(xué)1號橋、水碾堡天橋等多座鋼桁腹-混凝土組合結(jié)構(gòu)公路橋梁,該橋型得到越來越多應(yīng)用,但尚未應(yīng)用于高速鐵路橋梁。

        鋼桁腹-混凝土組合節(jié)點作為連接鋼腹桿和混凝土頂(底)板的關(guān)鍵構(gòu)造,其受力性能是保證橋梁安全性和可靠性的基石。學(xué)者們針對組合節(jié)點開展了大量研究。Furuichi等13設(shè)計了一種嵌入式(鋼腹桿直接嵌入弦桿)鋼盒節(jié)點,開展了縮尺比為1:2的靜載破壞試驗,結(jié)果表明,增大混凝土弦桿配筋率可以提升節(jié)點的抗剪剛度和強度,但會增大弦桿開裂破壞程度。Liu等4針對3種采用不同剪力連接件的嵌入式節(jié)點開展了疲勞試驗,考察了節(jié)點的疲勞受力性能,結(jié)果表明,PBL剪力連接件節(jié)點的剛度變化比栓釘式節(jié)點小,具有更好的抗疲勞性能。Jung等1對4種嵌入式節(jié)點進行了靜載破壞試驗,對比了各節(jié)點的靜載受力性能,結(jié)果表明,4種節(jié)點具有良好的承載力,滿足結(jié)構(gòu)安全性需求。端茂軍等[15-16]針對一種嵌入式節(jié)點開展靜載破壞試驗和數(shù)值模擬,研究了該嵌入式節(jié)點的傳剪機理,結(jié)果表明,節(jié)點的抗剪承載力受鍵銷鋼筋和連接螺栓的承載力控制。邵旭東等[1]He等[8]開展了UHPC拱肋-鋼腹桿組合節(jié)點的平面三向靜載破壞試驗和抗拔試驗,得到了節(jié)點破壞模式和極限承載力,驗證了節(jié)點的承載能力和抗剪性能。Yin等[19針對外接式節(jié)點(鋼腹桿與弦桿通過節(jié)點板間接連接)和嵌入式節(jié)點開展了靜載模型試驗,結(jié)果表明,增加鋼腹桿厚度可以提升節(jié)點極限承載力,外接式節(jié)點和嵌入式節(jié)點的典型破壞模式分別是節(jié)點板剪切破壞和弦桿開裂。周凌宇等[20]采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對外接式節(jié)點的初始轉(zhuǎn)動剛度開展了研究,得到了節(jié)點初始轉(zhuǎn)動剛度的參考范圍。Tan等2提出了一種外接式節(jié)點,并開展了大噸位荷載作用下節(jié)點靜載破壞試驗,探明了各構(gòu)件應(yīng)變分布規(guī)律,揭示了節(jié)點破壞模式和受力關(guān)鍵區(qū)域,結(jié)果表明,外接式節(jié)點具有良好的承載能力和節(jié)點剛度。

        學(xué)者們針對不同構(gòu)造形式的鋼桁腹-混凝土組合節(jié)點開展了相關(guān)研究,但研究主要集中在嵌入式節(jié)點,對外接式節(jié)點的研究較少,尤其外接式節(jié)點疲旁性能方面鮮有報道。然而,組合外接式節(jié)點的疲勞性能對于鋼桁腹-混凝土組合箱梁橋尤其是高速鐵路橋梁的運營安全至關(guān)重要。因此,筆者設(shè)計了1:3縮尺模型的疲勞試驗,開展不同應(yīng)力幅作用下節(jié)點疲勞破壞模式、節(jié)點位移-荷載曲線和各構(gòu)件荷載-應(yīng)變曲線等力學(xué)性能的研究。

        1鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點

        如圖1所示,渭河特大橋主橋的橋跨布置為 3× 60m 。為了減輕自重、減小下部結(jié)構(gòu)尺寸并增加結(jié)構(gòu)通透性,該橋擬采用新型鋼桁腹-混凝土組合結(jié)構(gòu),即用鋼腹桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土箱梁橋中的混凝土腹板,該設(shè)計方案是鋼桁腹-混凝土組合結(jié)構(gòu)在中國雙線高速鐵路橋上的首次應(yīng)用。如圖2所示,混凝土頂?shù)装逋ㄟ^鋼腹桿和節(jié)點板連為整體,箱梁高6m ,頂面寬 12.2m ,底面寬 7.2m ○

        圖3所示鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點作為新型結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)造,對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性起著決定性作用。新型組合外接式節(jié)點由混凝土弦桿、部分內(nèi)置于弦桿的節(jié)點板、矩形鋼腹桿以及PBL剪力連接件組成,鋼腹桿與節(jié)點板之間采用高強度螺栓連接。外接式節(jié)點具有以下特點:1)與嵌入式節(jié)點相比,外接式節(jié)點的鋼腹桿未直接嵌入到混凝土弦桿中,可以避免嵌入式節(jié)點弦桿易開裂的問題,以保證組合節(jié)點的安全性和耐久性,確保橋梁結(jié)構(gòu)運營安全;2)節(jié)點板與鋼腹桿采用高強度螺栓連接,當(dāng)鋼腹桿出現(xiàn)損傷或破壞時,能夠快捷地維修和更換,利于橋梁結(jié)構(gòu)的后期維護;3)與鋼桁架節(jié)點相比,組合外接式節(jié)點剛度增大,可以避免鋼弦桿受壓失穩(wěn),具有更優(yōu)的整體穩(wěn)定性。因其突出特點,外接式節(jié)點已在后河村特大橋、太峪大橋、廣佛環(huán)線鎮(zhèn)北路橋等多座鋼-混凝土組合桁架橋上得到了應(yīng)用[19,22]。

        Fig.1ElevationviewofthemainbridgeofWeiheRiverBridge
        圖2跨中橫截面
        圖3組合外接式節(jié)點示意圖

        目前,中國關(guān)于組合外接式節(jié)點的研究尚處于起步階段,鮮有關(guān)于其疲勞受力性能的研究報道,因此,亟須開展有關(guān)研究。Tan等[21對外接式節(jié)點的靜載受力性能進行了研究,而筆者著重關(guān)注節(jié)點的疲勞性能。

        2 試驗概況

        2.1 試件設(shè)計

        為研究組合外接式節(jié)點的疲勞性能,選取在活載作用下應(yīng)力幅最大的E9節(jié)點進行縮尺模型疲勞試驗。由于原型節(jié)點過于龐大,足尺試驗加載難度大、試驗周期長且試驗成本高,為保證試驗加載的可行性,根據(jù)相似理論,最終將縮尺比定為1:3,制作了兩個相同的節(jié)點模型試件(F1和F2),疲勞試件與文獻(xiàn)[21中靜載破壞試驗試件同期制作,節(jié)點試件示意圖如圖4所示。試件所用材料與實橋所用材料一致,混凝土弦桿采用C50商品混凝土,節(jié)點板、鋼腹桿和連接板等鋼構(gòu)件采用Q370qE鋼材,PBL貫穿鋼筋選用HRB4OO鋼筋,材料力學(xué)性能見表1。

        圖4(a)為試件的正視圖,試件尺寸為1764mm×334mm×1 706mm (長 x 寬 x 高),混凝土弦桿尺寸為 1764mm×334mm×367mm (長 x 寬 x 高),腹桿截面尺寸為 268mm×184mm×20mm (長 x 寬 x 厚),長度為 733mm 。圖4(b)為試件節(jié)點板的大樣圖,節(jié)點板尺寸為 776mm×629mm× 16mm (長 x 寬 x 厚),每個節(jié)點板開有18個直徑為40mm 的孔,并在孔中穿入直徑為 14mm 的鋼筋,形成PBL剪力連接件。

        圖4節(jié)點模型示意圖Fig.4Schematicdiagramof jointmodel
        表1材料力學(xué)性能Table1 Mechanicalpropertiesofmaterials

        2.2試驗裝置及加載方案

        試驗裝置由1臺 1000kN 的MTS加載系統(tǒng)、反力墻、鋼底座、錨桿等構(gòu)成,疲勞試驗加載裝置示意圖和現(xiàn)場實景如圖5所示。通過安裝,于反力墻上的MTS作動器提供水平反復(fù)荷載,施加于外接式節(jié)點混凝土弦桿的一端,試件通過銷軸與鋼底座連接,采用16根錨桿將鋼底座錨固于反力地坪。圖5(a)為模型試件的A面視圖,圖5(b)為B面視圖。

        該橋梁的設(shè)計荷載采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載,設(shè)計壽命期內(nèi)運營車次為6730600次,結(jié)合Miner線性累積損傷理論可知,在荷載作用200萬次時,節(jié)點模型需承受的等效荷載幅為 260kN ,節(jié)點板應(yīng)力幅為53.2MPa (設(shè)計應(yīng)力幅)。首先,對試件F1進行設(shè)計疲勞荷載作用下的驗證試驗,疲勞荷載上下限分別為 40,300kN ;然后,將疲勞荷載提高到 400kN 對試件F2進行1.4倍疲勞荷載作用下的疲勞破壞試驗,節(jié)點板應(yīng)力幅為 73.6MPa ,兩個試件的加載頻率均為 3.5Hz 。每加載50萬次后,對試件進行分級靜力加載,加載上限為 600kN 。

        圖5疲勞試驗加載裝置 Fig.5The loadingdeviceof fatiguetest

        2.3 測點布置

        在各構(gòu)件上布置測點,對構(gòu)件的應(yīng)變及試件的位移進行量測,測點布置方案見圖4(b)和圖5(a)。如圖4(b)所示, A22~A31 為節(jié)點板A的應(yīng)變測點,節(jié)點板B的測點布置位置與節(jié)點板A相同,編號為B22~B31。如圖5(a)所示,C1、C2、C3為混凝土弦桿應(yīng)變測點,L5和Y5分別為受拉鋼腹桿和受壓鋼腹桿的應(yīng)變測點,D4為節(jié)點位移測點位于弦桿遠(yuǎn)離加載端一側(cè)?;炷料覘U表面沿加載方向布置單向應(yīng)變片,節(jié)點板和鋼腹桿上布置應(yīng)變花,位移測點上布置激光位移計。在靜載試驗過程中,每級荷載穩(wěn)載 5min 后進行試驗數(shù)據(jù)的采集。

        3 試驗結(jié)果及分析

        3.1試驗現(xiàn)象及破壞模式分析

        在設(shè)計疲勞荷載作用下,對試件F1進行了251萬次加載,在疲勞試驗加載過程中,鋼構(gòu)件未出現(xiàn)裂紋,混凝土弦桿也未開裂,試件F1未發(fā)生疲勞破壞,滿足200萬次疲勞循環(huán)加載次數(shù)要求。在1.4倍疲勞荷載作用下,在荷載循環(huán)約140萬次后,在靠近試件F2加載端的B面節(jié)點板與側(cè)向節(jié)點板加勁板交界處出現(xiàn)了裂紋,該裂紋起裂于節(jié)點板與加勁板焊趾并貫通板厚,如圖6所示。直至加載到251萬次,其他構(gòu)件未見明顯損傷。試件F2疲勞裂紋出現(xiàn)位置與靜載破壞試驗[21中節(jié)點板拉伸斷裂位置重合,裂紋產(chǎn)生于加勁肋截止點對應(yīng)的節(jié)點板上,此處節(jié)點板未被弦桿包裹,剛度突變,自身應(yīng)力處于較高水平,且該區(qū)域既有螺栓孔的削弱,還有加勁板導(dǎo)致的剛度變化以及焊縫的存在導(dǎo)致的該區(qū)域應(yīng)力集中現(xiàn)象突出,使得節(jié)點板與加勁板交界區(qū)域成為組合節(jié)點的薄弱部位。在設(shè)計同類型節(jié)點時,應(yīng)重點關(guān)注該薄弱部位,建議增大加勁板與螺栓孔的距離,將加勁板延伸至混凝土弦桿內(nèi)部。

        3.2 位移-荷載曲線分析

        圖7為試件F1和F2的位移-荷載曲線。由圖7(a)可知,試件F1的位移-荷載曲線斜率并沒有隨荷載循環(huán)次數(shù)的增加而規(guī)律變化,表明試件F1在設(shè)計疲勞荷載作用后剛度未退化,具有良好的抗疲勞性能。由圖7(b)可知,在1.4倍設(shè)計應(yīng)力幅作用下,試件F2的位移-荷載曲線斜率無明顯下降,即便是節(jié)點板出現(xiàn)疲勞裂紋后曲線也未出現(xiàn)明顯變化,表明試件F2的剛度無明顯變化。

        圖6試件F2疲勞裂紋Fig.6Fatiguecrack of specimenF2

        3.3 應(yīng)變分析

        圖7位移-荷載曲線Fig.7Displacement-load curves

        3.3.1未疲勞破壞構(gòu)件的應(yīng)變

        圖8為試件F1和F2各構(gòu)件A面(未出現(xiàn)疲勞破壞)的荷載-應(yīng)變曲線。由圖8可知,各構(gòu)件應(yīng)變水平均較低,應(yīng)變隨荷載增大而線性增加,表明各構(gòu)件處于彈性階段。在不同疲勞循環(huán)次數(shù)后,試件F1弦桿、節(jié)點板和鋼腹桿等構(gòu)件的荷載-應(yīng)變曲線基本重合,應(yīng)變差距較小且未呈現(xiàn)出規(guī)律性變化,表明疲勞荷載對試件F1各構(gòu)件的應(yīng)變分布無顯著影響。與試件F1相似,試件F2弦桿、節(jié)點板和鋼腹桿的荷載-應(yīng)變曲線在疲勞加載前后區(qū)別較小,未呈現(xiàn)出規(guī)律性變化,表明疲勞荷載及疲勞裂紋對試件F2中未破壞構(gòu)件的應(yīng)變分布無顯著影響。

        3.3.2試件F2疲勞加載前后節(jié)點板應(yīng)變對比分析

        圖9為試件F2受拉側(cè)外露節(jié)點板各測點的應(yīng)變結(jié)果。由圖9(a)所示不同加載次數(shù)所對應(yīng)的各測點應(yīng)變可知,試驗加載至150萬次時,測點B22和B31的應(yīng)變顯著降低,分別出現(xiàn)了 69%60% 的降幅。結(jié)合圖9(b)所示的位于裂紋上方測點B22荷載-應(yīng)變曲線可知,疲勞加載前后測點B22的應(yīng)變差距明顯,經(jīng)受疲勞荷載作用后,測點B22的應(yīng)變最終減小了 73% (當(dāng)荷載為 600kN 時)。位于裂紋下方測點B31的應(yīng)變與疲勞加載前相比最終減小了81% 。試驗結(jié)果表明,疲勞裂紋導(dǎo)致處于裂紋上方和下方測點的應(yīng)變顯著減小。

        圖9(c)為經(jīng)受疲勞荷載前后,距焊趾不同距離測點的應(yīng)變結(jié)果。當(dāng)荷載為 600kN 時,測點B22~B26 疲勞加載前后應(yīng)變比值分別為 369% )75%.81%.81%.101% ,測點B22疲勞加載后的應(yīng)變遠(yuǎn)小于加載前。然而,隨著距離的增大,測點B23~B26疲勞加載后應(yīng)變分別增加了 33%.23% 、23% 和 -1% ,表明疲勞裂紋的出現(xiàn)引起了外露節(jié)點板應(yīng)力重分布。從測點B22到測點B23,與焊趾距離從 0mm 增大到 120mm ,應(yīng)變變化從減小 73% 到增大 33% ,表明距焊趾水平距離 120mm 內(nèi)節(jié)點板的應(yīng)變受疲勞裂紋影響顯著。

        圖9F2試件疲勞加載前后節(jié)點板應(yīng)變對比Fig.9Strain comparison of gusset plate of F2 specimen before and after fatigue loading

        測點B26疲勞加載前后的荷載-應(yīng)變曲線基本重合。表明在水平方向上疲勞裂紋對節(jié)點板應(yīng)變的影響隨著與焊趾距離的增大而逐漸減小,與開裂焊趾水平距離 300mm 外測點的應(yīng)變受疲勞開裂的影響較小,幾乎可以忽略。

        結(jié)合對未破壞構(gòu)件的應(yīng)變分析可知,疲勞裂紋對裂紋附近節(jié)點板應(yīng)變分布影響較大,且隨著距離的增大,該影響迅速消失。疲勞裂紋對于外接式節(jié)點其他構(gòu)件的應(yīng)變影響較小。此外,緊鄰裂紋區(qū)域應(yīng)變減小,與裂紋一定距離的其他區(qū)域應(yīng)變增大,出現(xiàn)了應(yīng)力重分布現(xiàn)象,對實際橋梁結(jié)構(gòu)中疲勞裂紋的及時發(fā)現(xiàn)帶來挑戰(zhàn)。為及時發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋的產(chǎn)生,在重點關(guān)注區(qū)域附近應(yīng)盡量密布測量傳感器,且盡量縮短測點與重點關(guān)注區(qū)域的距離。

        4疲勞壽命分析

        4.1采用規(guī)范公式評估疲勞壽命

        試件F2節(jié)點板疲勞裂紋產(chǎn)生位置處于高強度螺栓、節(jié)點板加勁板焊縫以及混凝土弦桿交匯區(qū)域,相關(guān)規(guī)范中節(jié)點細(xì)節(jié)與此交匯區(qū)域的構(gòu)造細(xì)節(jié)不完全相同,參考《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10091—2017)[23中疲勞抗力方程,計算得到與應(yīng)力幅相對應(yīng)的循環(huán)次數(shù),對組合節(jié)點疲勞壽命進行評估。參照規(guī)范中關(guān)于高強度螺栓連接(凈截面)和高強度螺栓連接(毛截面)的規(guī)定,其疲勞抗力方程分別為

        1gN+3lg(Δσ)=12.65

        采用式(1)式(2)求得對應(yīng)于應(yīng)力幅 73.6MPa 作用下組合外接式節(jié)點的疲勞壽命分別為1120萬次、660萬次,為試驗測得疲勞壽命(140萬次)的8、4.7倍。

        參照規(guī)范中關(guān)于栓焊組合接頭的規(guī)定,其疲勞抗力方程為

        1gN+3.5lg(Δσ)=12.80

        由式(3)可得,對應(yīng)于應(yīng)力幅 73.6MPa 的疲勞壽命為184萬次,為試驗測得疲勞壽命的1.3倍。圖10為上述各式所代表的 S-N 曲線與試驗結(jié)果的對比圖,由圖10可知,采用規(guī)范中高強度螺栓連接的疲勞抗力方程計算所得疲勞壽命遠(yuǎn)高于試驗值,明顯高估了節(jié)點的疲勞壽命。按照與節(jié)點較相似的栓焊組合接頭的規(guī)定,所得疲勞壽命計算值與試驗值較為接近,但仍高于試驗值。

        圖10規(guī)范中類似結(jié)構(gòu)的S-N曲線

        參考規(guī)范相關(guān)構(gòu)造細(xì)節(jié)的規(guī)定,所得疲勞壽命的計算值與試驗值差距較大且偏于不安全,故不能完全按照規(guī)范中相關(guān)規(guī)定對節(jié)點的疲勞壽命進行評估。

        4.2采用一點法得到的S-N曲線評估疲勞壽命

        研究表明[24-25],在一定范圍內(nèi),同類型焊接鋼結(jié)構(gòu)的S-N曲線相近或基本重合,即曲線斜率 m 基本不變。然而,目前暫無與鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點的S-N曲線可供參考。本文節(jié)點與規(guī)范[23中栓焊組合接頭的連接形式相似,因此,根據(jù)一點法[24,26]的基本原理,采用鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點試驗結(jié)果對栓焊接頭的 S-N 曲線進行修正,可得到鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點的S-N曲線。

        由式(3)可知,組合外接式節(jié)點疲勞設(shè)計S-N曲線的斜率為3.5。將實測應(yīng)力幅及疲勞壽命代入 ,可得到鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點疲勞壽命計算公式。

        logN=12.68-3.5lg(Δσ)

        圖11為式(3)和式(4)的 S-N 曲線對比圖,式(3)所示S-N曲線偏于不安全。由于目前暫無更精確的組合外接式節(jié)點S-N曲線,因此,在這種情況下,可采用式(4)所示的式S-N曲線評估鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點的疲勞壽命。由式(4)可知,節(jié)點對應(yīng)于設(shè)計應(yīng)力幅 53.2MPa 作用下的疲勞壽命為436萬次,是設(shè)計壽命的2.18倍。組合外接式節(jié)點對應(yīng)于加載次數(shù)200萬次的疲勞容許應(yīng)力幅,為 66.5MPa 。

        Fig.10S-Ncurvesof similarstructuresinthespecification圖11式(3)和式(4)的S-N曲線對比 Fig.11 Comparison of S-N curves obtained by formula (3)and formula(4)

        5結(jié)論

        1組合外接式節(jié)點在1.4倍設(shè)計應(yīng)力幅作用下的疲勞壽命為140萬次,對應(yīng)于設(shè)計應(yīng)力幅作用下的疲勞壽命為436萬次,是設(shè)計壽命的2.18倍。疲勞試驗過程中,組合外接式節(jié)點剛度未折減,抗疲勞性能滿足規(guī)范要求,可為同類型節(jié)點的研究及其在高速鐵路橋梁中的首次應(yīng)用提供參考。

        2)鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點的疲勞性能主要由外露節(jié)點板控制,疲勞裂紋出現(xiàn)于外露節(jié)點板與加勁肋交界區(qū)域,與靜載破壞試驗中節(jié)點板斷裂位置重合。

        3)疲勞裂紋引起了節(jié)點板局部的應(yīng)力重分布,裂紋對與焊趾水平距離 120mm 內(nèi)區(qū)域的應(yīng)變影響顯著,該范圍內(nèi)測點應(yīng)變最大減小了 81% ,最大增加了 33% ,該區(qū)域應(yīng)變的顯著變化可作為識別疲勞破壞發(fā)生的參考依據(jù)。

        4)直接采用現(xiàn)有規(guī)范中針對類似連接形式的疲勞抗力方程會高估組合外接式節(jié)點的疲勞壽命,計算結(jié)果偏于不安全?;谝稽c法建立的S-N曲線可為鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點疲勞壽命評估提供參考。

        通過疲勞試驗確定了組合外接式節(jié)點的疲勞控制構(gòu)造及節(jié)點疲勞性能,對于構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞開裂機理分析不夠深人,下一階段將重點開展細(xì)部構(gòu)造試件的疲勞試驗及開裂機理分析研究。此外,關(guān)于外接式節(jié)點疲勞性能的研究較少,尚缺少相關(guān)研究成果與本文結(jié)果進行對比,針對外接式節(jié)點的疲勞性能仍需開展更多系統(tǒng)且深人的研究。

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        (編輯胡玲)

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