鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)的栓釘連接件疲勞性能分析

孫艷華,譚本坤，雷順成，魏 維

(1.湖南聯(lián)智科技股份有限公司， 湖南 長沙 410200； 2.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114;3.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長沙 410015)

1 概述

鋼-混組合結(jié)構(gòu)因其優(yōu)越的性能和便于施工的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橋梁施工建設(shè)之中。近年來，隨著超高性能混凝土材料(UHPC)的提出，為解決正交異性鋼橋面板鋪裝層極易損傷和鋼構(gòu)件疲勞開裂的問題提供了新思路[1]，通過在鋼橋面上澆筑UHPC材料使2種結(jié)構(gòu)形成整體，大大提高了原始結(jié)構(gòu)的局部剛度，成為一種新型的鋼-UHPC輕型組合橋梁結(jié)構(gòu)[2]，逐漸成為一種被認(rèn)可的有效解決方案。而栓釘連接件作為連接混凝土材料和鋼梁的關(guān)鍵構(gòu)件，其疲勞性能是研究人員關(guān)注的重點(diǎn)[3-4]。

與普通混凝土-鋼組合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式類似，鋼-UHPC組合構(gòu)件通過栓釘連接件將2種材料連接，區(qū)別在于后者的UHPC層厚度較小，采用的栓釘通常直徑為10～16 mm且高度為24～40 mm的短栓釘[5]。對于栓釘?shù)钠谛阅茉u估，傳統(tǒng)S-N曲線方法主要是通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合栓釘所承受的名義剪切應(yīng)力幅值與疲勞作用次數(shù)之間的關(guān)系[6-8];然而實(shí)際工程中，栓釘不僅承受剪切應(yīng)力，尤其對于鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)中的短栓釘，還承受一定的拉力，屬于多軸復(fù)合受力模式。因此,傳統(tǒng)方法對不同種類和應(yīng)用場景下栓釘?shù)钠谛阅茉u估存在一定局限性，通過試驗(yàn)擬合得到的公式難以適用于不同類型和不同材料中的栓釘，LEE[9]等通過對直徑在30 mm以上的大直徑栓釘進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其疲勞壽命低于現(xiàn)有規(guī)范預(yù)測值；XU[10]等通過疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橡膠套筒會降低栓釘?shù)募羟袆偠?，從而?dǎo)致疲勞壽命降低；曹君輝[11]對鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)中的短栓釘進(jìn)行推出試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其相較于普通混凝土中的栓釘有稍優(yōu)越的疲勞性能。隨著有限元的發(fā)展，斷裂力學(xué)方法在鋼橋的疲勞性能評估得到了較好的應(yīng)用[12]，王宇航[13]等基于斷裂力學(xué)對組合梁中的栓釘進(jìn)行了疲勞性能分析，石廣玉[14]等通過Schwartz-Neuman交替法對栓釘進(jìn)行了三維疲勞擴(kuò)展計(jì)算，研究均較好地預(yù)測了短栓釘?shù)钠趬勖?，為栓釘?shù)钠谛阅芊治龇椒ㄌ峁┝诵碌耐緩?，然而目前研究均未考慮栓釘疲勞裂紋萌生壽命的因素，同時(shí)基于斷裂力學(xué)方法對于UHPC中栓釘?shù)难芯咳杂写钊搿?/p>

鑒于以上研究的不足，本文基于通過有限元方法，建立帶有栓釘焊趾細(xì)節(jié)的精細(xì)化推出試驗(yàn)有限元模型，對UHPC中栓釘?shù)氖芰π阅苓M(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，通過SWT參數(shù)方法，對栓釘?shù)钠谧畈焕恢煤蛯?yīng)的臨界平面進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)合斷裂力學(xué)方法累加得到了栓釘?shù)钠趬勖?，最后基于有限元方法，提出了UHPC中短栓釘疲勞壽命預(yù)測公式。

2 推出試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

本文所研究的鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)的栓釘連接件疲勞性能問題，實(shí)際上是鋼橋面高強(qiáng)混凝土鋼筋網(wǎng)片鋪裝層抗剪性能問題。目前對于栓釘連接件的靜疲勞性能研究主要通過推出試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，該方法相較于梁式試驗(yàn)較為經(jīng)濟(jì)便捷，各國規(guī)范也給出了推出試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)試件的設(shè)計(jì)要求，本文中的推出試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥⒄樟宋墨I(xiàn)[11]中的推出試驗(yàn)，該文獻(xiàn)研究所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為Eurocode 4規(guī)范[6]。具體采用板厚50 mm的UHPC混凝土，厚度為12 mm的工字型鋼，間距為50 mm×55 mm的φ10普通鋼筋，工字型鋼每側(cè)布置4個(gè)直徑和高度分別為13 mm和35mm的短栓釘，橫豎向間距分別為110 mm和200 mm。其中鋼材的彈性模量均為2.06×105，栓釘與工字型鋼的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度分別為345、430 MPa，鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度分別為335、400 MPa，鋼材泊松比為0.3，UHPC材料泊松比為0.2。試驗(yàn)的具體布置和尺寸如圖1所示。

圖1 試件布置及幾何尺寸

3 有限元模型的建立

3.1 模型建立

推出試件有限元模型由UHPC板、短栓釘、工字型鋼板、加載板和構(gòu)造鋼筋組成，有限元模型通過大型有限元軟件Abaqus進(jìn)行建模，模型考慮了材料本構(gòu)的非線性與材料之間的接觸關(guān)系?？紤]計(jì)算便利，根據(jù)模型所受約束與荷載的對稱性，僅取1/4試件進(jìn)行精細(xì)化有限元模型的建立，并在對稱平面上施加對稱約束，在工字型鋼板上方建立加載鋼板并通過施加位移荷載模擬推出試驗(yàn)的加載，疲勞性能分析時(shí)通過在鋼板頂面施加均布壓力以模擬疲勞荷載上下幅值。工字型鋼板、栓釘與UHPC之間采用表面接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.4。在模型底部設(shè)置參考點(diǎn)，并與底板綁定以輸出加載歷程。

有限元模型中UHPC板、工字型鋼板和栓釘構(gòu)件均采用三維實(shí)體單元C8DR模擬，普通鋼筋單元采用桁架單元T3D2模擬通常栓釘?shù)钠谄茐氖撬ㄡ敽附訒r(shí)存在初始缺陷等原因?qū)е碌?，同時(shí)有研究表明栓釘焊環(huán)對其抗剪切承載能力提供了一部分積極作用[11]，因此有限元模型對栓釘焊趾進(jìn)行了精細(xì)化建模，具體尺寸參照相關(guān)規(guī)范[15]，考慮栓釘焊接細(xì)節(jié)的鋼-UHPC組合推出試驗(yàn)精細(xì)化有限元模型如圖2所示，圖中的整體模型為對稱顯示，實(shí)際僅建立1/4模型。

圖2 鋼-UHPC組合推出試驗(yàn)精細(xì)化有限元模型Figure 2 Refined FE model of steel-UHPC composite structure push-out test

由于試驗(yàn)過程中工字型鋼板，以及鋼筋均處于彈性受力狀態(tài)，因此假定鋼板和鋼筋為理想彈性材料，采用雙折線模型，而栓釘經(jīng)過了一個(gè)顯著的屈服階段，因此采用三折線彈塑性本構(gòu)進(jìn)行建模，即初始為彈性受力，然后硬化，最后發(fā)展至塑性，相關(guān)參數(shù)參照文獻(xiàn)[11]中試驗(yàn)所得結(jié)果。根據(jù)推出試驗(yàn)結(jié)果，靠近栓釘根部的UHPC板的混凝土存在明顯的破壞，因此此處采用混凝土損傷塑性模型模擬UHPC的開裂和破壞，參照文獻(xiàn)[16]-文獻(xiàn)[18]中所提出的UHPC受拉和受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線，如圖3和圖4中所示。具體參數(shù)按照文獻(xiàn)中試驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行設(shè)置，計(jì)算公式如式(1)、式(2)所示， 基于能量等價(jià)原理通過式(3)定義UHPC受拉、受壓的損傷因子D。

(1)

(2)

(3)

式中：εt0為受拉峰值處應(yīng)變；ft為應(yīng)變硬化階段的平均應(yīng)力；εtp為受拉極限應(yīng)變；lc為試件測量的引伸標(biāo)距；wp是裂縫寬度參數(shù)；p是軸拉性能試驗(yàn)擬合所得到的參數(shù)；fc為抗壓強(qiáng)度；ξ為受壓應(yīng)變值與受壓峰值應(yīng)變比值；ε0為受壓峰值應(yīng)變。

圖3 UHPC受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線Figure 3 Tensile stress-strain curve of UHPC

圖4 UHPC受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線Figure 4 Compression stress-strain curve of UHPC

3.2 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證與分析

文獻(xiàn)[11]對相同構(gòu)造的3個(gè)推出試件SAT-1～SAT-3進(jìn)行了試驗(yàn)，并且記錄了栓釘?shù)幕魄闆r和極限承載能力，本文通過有限元模型計(jì)算得到的荷載-滑移曲線與試驗(yàn)結(jié)果對比如圖5所示，有限元計(jì)算所得的各構(gòu)件應(yīng)力云圖如圖6所示，圖中結(jié)果僅顯示1/4有限元模型。根據(jù)2圖可以看出，通過建立栓釘焊接細(xì)節(jié)的有限元模型計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)測荷載-滑移曲線基本一致，并且與試件SAT-2的結(jié)果最為接近，并且曲線能夠反映鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)推出試驗(yàn)中栓釘?shù)?個(gè)階段，即加載初期栓釘?shù)暮奢d-滑移曲線基本呈線性變化，栓釘屈服后界面滑移的速度逐漸加快，最終達(dá)到極限強(qiáng)度栓釘發(fā)生剪切破壞。

圖5 栓釘荷載滑移曲線對比Figure 5 Comparison of load slip curves of studs

(a)UHPC受拉損傷分布

(b)UHPC受壓損傷分布

(c)栓釘最大主應(yīng)力云圖

4 疲勞壽命計(jì)算

4.1 疲勞損傷參數(shù)分析

斷裂力學(xué)方法將疲勞裂紋的擴(kuò)展過程分為初始裂紋的萌生階段和疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段，以及最終的裂紋不穩(wěn)定擴(kuò)展階段，其中不穩(wěn)定擴(kuò)展階段發(fā)生較快，對于總體的疲勞壽命來說可以不計(jì)算在內(nèi)，因此本文通過計(jì)算裂紋萌生壽命Ninit,及穩(wěn)定擴(kuò)展壽命Nprop的總和來對栓釘?shù)钠趬勖麼進(jìn)行計(jì)算。首先采用臨界平面法計(jì)算裂紋萌生壽命Ninit，再基于線彈性斷裂力學(xué)計(jì)算穩(wěn)定擴(kuò)展壽命Nprop。

栓釘剪力連接件在UHPC板中承受剪切荷載時(shí)，同時(shí)受剪力、彎矩和軸向荷載作用，其處于多軸應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，因此采用多軸疲勞壽命預(yù)測的臨界平面方法對栓釘?shù)拿壬鷫勖麼init和最不利平面方向進(jìn)行計(jì)算，通過定義SWT參數(shù)對多軸應(yīng)力問題進(jìn)行分析，參數(shù)定義如式(4)所示，其中乘積為應(yīng)變能的一種表征，認(rèn)為某點(diǎn)的SWT參數(shù)值達(dá)到最大值的方向即為臨界平面方向，疲勞裂紋在該方向進(jìn)行擴(kuò)展。

(4)

式中：Δε和σmax分別為每個(gè)疲勞荷載周期的法向應(yīng)變幅值和最大法向應(yīng)力。在臨界平面，該損傷參數(shù)達(dá)到最大值。

疲勞壽命與SWT參數(shù)相關(guān)，可通過式(5)對疲勞裂紋萌生壽命進(jìn)行計(jì)算[19]。由于目前缺少栓釘材料疲勞擴(kuò)展速率試驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)，參照文獻(xiàn)[10]中的設(shè)定，式中參數(shù)σ′f和ε′f分別采用350 MPa和0.071 5，b和c分別取-0.07和-0.4。

(5)

式中：b和c分別是疲勞強(qiáng)度指數(shù)和疲勞延性指數(shù)；σ′f和ε′f分別是疲勞強(qiáng)度系數(shù)和疲勞延性系數(shù)。

通過線彈性斷裂力學(xué)方法對栓釘?shù)姆€(wěn)定擴(kuò)展疲勞壽命Nprop進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算基于Paris式(6)，通過應(yīng)力強(qiáng)度因子K和疲勞擴(kuò)展速率參數(shù)C、m進(jìn)行計(jì)算，C和m的取值參照文獻(xiàn)[10]分別為4.47×10-14和3.0，初始裂紋a0一般通過無損檢測探傷技術(shù)進(jìn)行確定，此處栓釘?shù)某跏剂鸭ya0取2mm[13]，應(yīng)力強(qiáng)度因子K的計(jì)算如式(7)所示。

(6)

(7)

式中：F為疲勞裂紋幾何形態(tài)修正系數(shù)，本文按1.12進(jìn)行計(jì)算；σ為不帶初始裂紋結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力；a0為初始疲勞裂紋深度；af為疲勞失效時(shí)的裂紋深度。

栓釘在承受疲勞荷載作用時(shí)，其抗剪切能力主要通過栓釘桿身的抗剪切面積決定，在出現(xiàn)疲勞裂紋前，抗剪切面積為栓釘直徑d所對應(yīng)的圓截面面積A，隨著疲勞荷載作用裂紋逐漸擴(kuò)展，栓釘?shù)目辜羟忻娣e不斷減少，最終減少至所承受疲勞荷載幅值上限Pmax對應(yīng)的極限抗剪切面積Af時(shí)發(fā)生疲勞破壞，因此，疲勞失效時(shí)的疲勞裂紋深度af可由式(8)計(jì)算：

(8)

(9)

式中：fu為栓釘材料的抗拉極限強(qiáng)度。

如前述，在進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算分析時(shí)，需要先確定最不利位置，進(jìn)而計(jì)算其最大SWT參數(shù)，及其對應(yīng)的臨界平面方向。即首先計(jì)算得出鋼-UHPC推出試件中短栓釘?shù)膽?yīng)力應(yīng)變場，初步確定疲勞荷載下的最不利區(qū)域，對最不利區(qū)域單元進(jìn)行SWT參數(shù)評估，再通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣得到圖7所示的任意平面的法向應(yīng)力應(yīng)變分量，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的公式如式(10)所示。圖7中轉(zhuǎn)換前的坐標(biāo)系為xyz，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后可得到新的坐標(biāo)系x′y′z′[20]，在此基礎(chǔ)上即可計(jì)算出最易出現(xiàn)疲勞裂紋的最不利位置,及其所對應(yīng)的臨界平面，最后根據(jù)公式(5)對栓釘?shù)钠诿壬鷫勖M(jìn)行計(jì)算[11]。

圖7 任意平面位置示意圖Figure 7 Schematic diagram of any plane position

2τyznynz+2τxznxnz

2γyznynz+2γxznxnz

(10)

式(10)中的σ和ε是轉(zhuǎn)換平面后的法向應(yīng)力應(yīng)變，nx、ny、nz分別為轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)換前坐標(biāo)系之間的夾角方向的余弦，計(jì)算公式如下：

nx=cosθsinφ

ny=sinθsinφ

nz=cosφ

(11)

式中：θ是x軸與平面法向量在xy平面投影的夾角；φ是平面法向量與z軸的夾角。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，栓釘疲勞試驗(yàn)所觀察到的破壞模式主要包括2種：第1種的疲勞裂紋源出現(xiàn)在栓釘與鋼板焊接位置處，隨著疲勞荷載的作用，裂紋逐漸在鋼板上延伸并形成一個(gè)較小的凹面；第2種是栓釘桿身與焊趾相交位置出現(xiàn)疲勞裂紋，基本沿橫向擴(kuò)展并逐漸貫穿栓釘橫截面，直至達(dá)到栓釘?shù)目辜羟袠O限[11]。由栓釘連接件在剪切荷載下的最大主應(yīng)力云圖可知，栓釘桿身與焊趾相交位置的應(yīng)力最為不利，初步判定其為疲勞裂紋發(fā)生位置，這與試驗(yàn)中所觀察到的第2種試驗(yàn)結(jié)果是一致的。由此以N1試件為例，對栓釘桿身-焊趾交界位置進(jìn)行SWT參數(shù)計(jì)算分析，計(jì)算時(shí)夾角取值間距按照10°進(jìn)行取值。得到如圖8所示的SWT參數(shù)結(jié)果，最大時(shí)最不利平面所對應(yīng)的夾角θ與φ分別為90°與20°，后續(xù)分析中判定疲勞裂紋由此處

圖8 栓釘桿身-焊趾交界位置的SWT參數(shù)圖Figure 8 SWT parameter diagram of stud shank - weld collar interface

發(fā)展，SWT參數(shù)值為74 460，臨界平面相對于全局平面的法向量為(-0.000 272， 0.342， 0.940)，計(jì)算得到法向應(yīng)變幅值Δε為915με，最大法向應(yīng)力σmax為166.8 MPa，Δσ法向應(yīng)力幅值為135.1 MPa。

4.2 疲勞壽命分析

根據(jù)計(jì)算得到的SWT參數(shù)值和法向應(yīng)力幅值Δσ，即可通過式 (5)和式 (6)對試件N1～ N5中栓釘?shù)拿壬鸭y壽命Ninit和穩(wěn)定擴(kuò)展壽命Nprop分別進(jìn)行計(jì)算，試件N1 ～ N5的計(jì)算結(jié)果Nf與文獻(xiàn)[11]中的試驗(yàn)結(jié)果Ne對比如表1所示，計(jì)算logNe/ logNf值的范圍為0.98～1.04，可以看出二者有較好的相關(guān)性，進(jìn)一步計(jì)算得出本文計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性系數(shù)為0.995 5，說明本文通過綜合考慮栓釘疲勞萌生壽命和穩(wěn)定擴(kuò)展壽命來進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測的方法是可行的。

表1 疲勞壽命計(jì)算結(jié)果Table 1 Fatigue life calculation results編號FmaxFminΔFτmaxτminΔτNeNinitNpropNflogNe/ logNfN112222100115219411 787 0009 883 7001 299 13611 182 8361.00 N215127124143261171 130 0001 206 000398 7251 604 7250.98 N316229133152271251 688 000600 000392 224992 2241.04 N41753114316530135441 000243 000224 643467 6430.99 N51752115416520145620 000221 000185 308406 3081.03

對于不同疲勞荷載幅值下的作用次數(shù)關(guān)系，可以通過數(shù)據(jù)擬合的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立出鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)中短栓釘?shù)拿x應(yīng)力S-N曲線，現(xiàn)行規(guī)范也是通過此方式指導(dǎo)設(shè)計(jì)的[6-8]。名義應(yīng)力S-N曲線的計(jì)算公式如式(12)，表2給出了公式中的參數(shù)值，表2中還給出了文獻(xiàn)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的參數(shù)值，為保證預(yù)測的安全性，該值是按照95%的存活率給出的。

mlogΔτ+logN=C

(12)

式中：N是疲勞荷載作用次數(shù)；Δτ是栓釘所受名義剪切應(yīng)力幅值；C、m是試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的參數(shù)。

表2 栓釘疲勞壽命預(yù)測公式Table 2 Fatigue life calculation results規(guī)范mCEurocode4821.935JSCE8.5523.42AASHTO1026.15文獻(xiàn)822.358 7

將文獻(xiàn)[11]中的試驗(yàn)結(jié)果,及其擬合得到的曲線公式繪出，如圖9所示，同時(shí)在圖9也給出了表2中規(guī)范的曲線，以及本文計(jì)算得到的結(jié)果作為比較?？梢钥吹経HPC中短栓釘?shù)钠趬勖噍^于普通混凝土組合構(gòu)件推出試驗(yàn)所得出的預(yù)測曲線計(jì)算出的壽命值更大，以試件N1為例，疲勞應(yīng)力幅值為94 MPa，試驗(yàn)所得疲勞壽命值為1 178.7萬次，規(guī)范Eurocode 4計(jì)算結(jié)果為141.2萬次，這是UHPC較大的彈性模量，及約束作用所導(dǎo)致的。此處將材料設(shè)置為文獻(xiàn)[17]中彈性模量為43 000 MPa，抗壓強(qiáng)度為170.9 MPa的UHPC，計(jì)算得到的栓釘最不利處SWT損傷值結(jié)果如圖10所示。由圖10可以知不同強(qiáng)度的SWT損傷圖分布基本一致，最大為71 810，相較于本文試驗(yàn)材料中的栓釘損傷值要小，其對應(yīng)的疲勞萌生壽命值為1 259.0萬次，穩(wěn)定擴(kuò)展壽命值為89.2萬次，可見不同強(qiáng)度的混凝土中栓釘?shù)钠谛阅艽嬖谝欢ú町悺?/p>

圖9 UHPC中短栓釘?shù)拿x應(yīng)力S-N曲線圖Figure 9 Nominal stress S-N curve of short stud in UHPC

通過表1中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)在整個(gè)疲勞壽命中初始疲勞裂紋萌生壽命占了相當(dāng)大部分的比例，最大可達(dá)93%，對于受疲勞應(yīng)力幅值較小的栓釘連接件，疲勞裂紋萌生壽命所占比例更大，這意味著在實(shí)際結(jié)構(gòu)中栓釘?shù)姆圻^程中，相當(dāng)一部分時(shí)間處于初始疲勞裂紋萌生的階段，而當(dāng)疲勞裂紋深度達(dá)到穩(wěn)步擴(kuò)展階段時(shí)，疲勞破壞的發(fā)生是相對較快的，因此對于鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)，栓釘連接件焊接細(xì)節(jié)的疲勞裂紋檢測尤為重要，同時(shí)疲勞應(yīng)力幅值是決定栓釘連接件疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的關(guān)鍵參數(shù)，因此本文參照上述擬合公式，提出基于有限元計(jì)算結(jié)果的栓釘疲勞壽命預(yù)測公式(13)。

8.131 logΔτ+logN=23.089

(13)

圖10 不同強(qiáng)度UHPC中栓釘?shù)腟WT參數(shù)圖Figure 10 SWT parameter diagram of pins in UHPC with different strength

5 結(jié)論

本文建立考慮栓釘焊接細(xì)節(jié)的精細(xì)化有限元模型，通過多軸疲勞臨界平面法和斷裂力學(xué)方法分別計(jì)算出栓釘?shù)钠诹鸭y萌生壽命和穩(wěn)定擴(kuò)展疲勞壽命，對UHPC中的短栓釘疲勞性能進(jìn)行了分析，研究結(jié)論如下：

a.通過定義推出試驗(yàn)構(gòu)件材料的非線性本構(gòu)，同時(shí)考慮栓釘焊趾細(xì)節(jié)，能夠很好地模擬栓釘?shù)暮奢d滑移曲線和抗剪強(qiáng)度，同時(shí)通過有限元方法能夠直觀地反映試驗(yàn)所觀察到的最不利位置。

b.所預(yù)測的疲勞裂紋萌生位置位于栓釘桿身與焊趾細(xì)節(jié)交界處，疲勞壽命預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)基本一致，并利用有限元方法，提出了鋼-UHPC組合構(gòu)件中栓釘連接件的疲勞壽命預(yù)測公式，本文方法能夠較好地用于UHPC中短栓釘?shù)钠谛阅茉u估。

c.UHPC較高的彈性模量對栓釘有更強(qiáng)的約束作用，使得其變形相較于普通混凝土中的栓釘較小，不同強(qiáng)度中的剪切連接件的疲勞特性存在一定差異。

d.在整個(gè)疲勞破壞過程中疲勞裂紋萌生壽命所占比例較大，最大可達(dá)90%以上，疲勞應(yīng)力幅值是決定栓釘連接件疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的關(guān)鍵參數(shù)。