鋼桁腹-混凝土組合箱梁外接式節(jié)點(diǎn)疲勞性能試驗(yàn)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U443.35 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(hào) 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(shì)，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(lái)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(kāi)裂問(wèn)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)装宓募尤耄龃罅私Y(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(lái)，中國(guó)先后建成了江山橋、德勝路橋、國(guó)道107寶安段匝道橋、深圳大學(xué)1號(hào)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(lái)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(diǎn)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(duì)組合節(jié)點(diǎn)開(kāi)展了大量研究。Furuichi等13設(shè)計(jì)了一種嵌入式（鋼腹桿直接嵌入弦桿）鋼盒節(jié)點(diǎn)，開(kāi)展了縮尺比為1：2的靜載破壞試驗(yàn)，結(jié)果表明，增大混凝土弦桿配筋率可以提升節(jié)點(diǎn)的抗剪剛度和強(qiáng)度，但會(huì)增大弦桿開(kāi)裂破壞程度。Liu等4針對(duì)3種采用不同剪力連接件的嵌入式節(jié)點(diǎn)開(kāi)展了疲勞試驗(yàn)，考察了節(jié)點(diǎn)的疲勞受力性能，結(jié)果表明，PBL剪力連接件節(jié)點(diǎn)的剛度變化比栓釘式節(jié)點(diǎn)小，具有更好的抗疲勞性能。Jung等1對(duì)4種嵌入式節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了靜載破壞試驗(yàn)，對(duì)比了各節(jié)點(diǎn)的靜載受力性能，結(jié)果表明，4種節(jié)點(diǎn)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(duì)一種嵌入式節(jié)點(diǎn)開(kāi)展靜載破壞試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究了該嵌入式節(jié)點(diǎn)的傳剪機(jī)理，結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力受鍵銷(xiāo)鋼筋和連接螺栓的承載力控制。邵旭東等[1]He等[8]開(kāi)展了UHPC拱肋-鋼腹桿組合節(jié)點(diǎn)的平面三向靜載破壞試驗(yàn)和抗拔試驗(yàn)，得到了節(jié)點(diǎn)破壞模式和極限承載力，驗(yàn)證了節(jié)點(diǎn)的承載能力和抗剪性能。Yin等[19針對(duì)外接式節(jié)點(diǎn)（鋼腹桿與弦桿通過(guò)節(jié)點(diǎn)板間接連接）和嵌入式節(jié)點(diǎn)開(kāi)展了靜載模型試驗(yàn)，結(jié)果表明，增加鋼腹桿厚度可以提升節(jié)點(diǎn)極限承載力，外接式節(jié)點(diǎn)和嵌入式節(jié)點(diǎn)的典型破壞模式分別是節(jié)點(diǎn)板剪切破壞和弦桿開(kāi)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(duì)外接式節(jié)點(diǎn)的初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度開(kāi)展了研究，得到了節(jié)點(diǎn)初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的參考范圍。Tan等2提出了一種外接式節(jié)點(diǎn)，并開(kāi)展了大噸位荷載作用下節(jié)點(diǎn)靜載破壞試驗(yàn)，探明了各構(gòu)件應(yīng)變分布規(guī)律，揭示了節(jié)點(diǎn)破壞模式和受力關(guān)鍵區(qū)域，結(jié)果表明，外接式節(jié)點(diǎn)具有良好的承載能力和節(jié)點(diǎn)剛度。

學(xué)者們針對(duì)不同構(gòu)造形式的鋼桁腹-混凝土組合節(jié)點(diǎn)開(kāi)展了相關(guān)研究，但研究主要集中在嵌入式節(jié)點(diǎn)，對(duì)外接式節(jié)點(diǎn)的研究較少，尤其外接式節(jié)點(diǎn)疲旁性能方面鮮有報(bào)道。然而，組合外接式節(jié)點(diǎn)的疲勞性能對(duì)于鋼桁腹-混凝土組合箱梁橋尤其是高速鐵路橋梁的運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要。因此，筆者設(shè)計(jì)了1：3縮尺模型的疲勞試驗(yàn)，開(kāi)展不同應(yīng)力幅作用下節(jié)點(diǎn)疲勞破壞模式、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)

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(jì)方案是鋼桁腹-混凝土組合結(jié)構(gòu)在中國(guó)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^(guò)鋼腹桿和節(jié)點(diǎn)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(diǎn)作為新型結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)造，對(duì)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(diǎn)由混凝土弦桿、部分內(nèi)置于弦桿的節(jié)點(diǎn)板、矩形鋼腹桿以及PBL剪力連接件組成，鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板之間采用高強(qiáng)度螺栓連接。外接式節(jié)點(diǎn)具有以下特點(diǎn)：1）與嵌入式節(jié)點(diǎn)相比，外接式節(jié)點(diǎn)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(diǎn)弦桿易開(kāi)裂的問(wèn)題，以保證組合節(jié)點(diǎn)的安全性和耐久性，確保橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全；2）節(jié)點(diǎn)板與鋼腹桿采用高強(qiáng)度螺栓連接，當(dāng)鋼腹桿出現(xiàn)損傷或破壞時(shí)，能夠快捷地維修和更換，利于橋梁結(jié)構(gòu)的后期維護(hù)；3）與鋼桁架節(jié)點(diǎn)相比，組合外接式節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，外接式節(jié)點(diǎn)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]。

目前，中國(guó)關(guān)于組合外接式節(jié)點(diǎn)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(bào)道，因此，亟須開(kāi)展有關(guān)研究。Tan等[21對(duì)外接式節(jié)點(diǎn)的靜載受力性能進(jìn)行了研究，而筆者著重關(guān)注節(jié)點(diǎn)的疲勞性能。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試件設(shè)計(jì)

為研究組合外接式節(jié)點(diǎn)的疲勞性能，選取在活載作用下應(yīng)力幅最大的E9節(jié)點(diǎn)進(jìn)行縮尺模型疲勞試驗(yàn)。由于原型節(jié)點(diǎn)過(guò)于龐大，足尺試驗(yàn)加載難度大、試驗(yàn)周期長(zhǎng)且試驗(yàn)成本高，為保證試驗(yàn)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(gè)相同的節(jié)點(diǎn)模型試件（F1和F2），疲勞試件與文獻(xiàn)[21中靜載破壞試驗(yàn)試件同期制作，節(jié)點(diǎn)試件示意圖如圖4所示。試件所用材料與實(shí)橋所用材料一致，混凝土弦桿采用C50商品混凝土，節(jié)點(diǎn)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(jiàn)表1。

圖4（a）為試件的正視圖，試件尺寸為1764mm×334mm×1 706mm （長(zhǎng) x 寬 x 高），混凝土弦桿尺寸為 1764mm×334mm×367mm （長(zhǎng) x 寬 x 高），腹桿截面尺寸為 268mm×184mm×20mm （長(zhǎng) x 寬 x 厚），長(zhǎng)度為 733mm 。圖4（b）為試件節(jié)點(diǎn)板的大樣圖，節(jié)點(diǎn)板尺寸為 776mm×629mm× 16mm （長(zhǎng) x 寬 x 厚），每個(gè)節(jié)點(diǎn)板開(kāi)有18個(gè)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。

2.2試驗(yàn)裝置及加載方案

試驗(yàn)裝置由1臺(tái) 1000kN 的MTS加載系統(tǒng)、反力墻、鋼底座、錨桿等構(gòu)成，疲勞試驗(yàn)加載裝置示意圖和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景如圖5所示。通過(guò)安裝，于反力墻上的MTS作動(dòng)器提供水平反復(fù)荷載，施加于外接式節(jié)點(diǎn)混凝土弦桿的一端，試件通過(guò)銷(xiāo)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(jì)荷載采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)運(yùn)營(yíng)車(chē)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(wàn)次時(shí)，節(jié)點(diǎn)模型需承受的等效荷載幅為 260kN ，節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力幅為53.2MPa （設(shè)計(jì)應(yīng)力幅）。首先，對(duì)試件F1進(jìn)行設(shè)計(jì)疲勞荷載作用下的驗(yàn)證試驗(yàn)，疲勞荷載上下限分別為 40，300kN ；然后，將疲勞荷載提高到 400kN 對(duì)試件F2進(jìn)行1.4倍疲勞荷載作用下的疲勞破壞試驗(yàn)，節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力幅為 73.6MPa ，兩個(gè)試件的加載頻率均為 3.5Hz 。每加載50萬(wàn)次后，對(duì)試件進(jìn)行分級(jí)靜力加載，加載上限為 600kN 。

2.3 測(cè)點(diǎn)布置

在各構(gòu)件上布置測(cè)點(diǎn)，對(duì)構(gòu)件的應(yīng)變及試件的位移進(jìn)行量測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置方案見(jiàn)圖4（b）和圖5（a）。如圖4（b）所示， A22～A31 為節(jié)點(diǎn)板A的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)板B的測(cè)點(diǎn)布置位置與節(jié)點(diǎn)板A相同，編號(hào)為B22～B31。如圖5（a）所示，C1、C2、C3為混凝土弦桿應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，L5和Y5分別為受拉鋼腹桿和受壓鋼腹桿的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，D4為節(jié)點(diǎn)位移測(cè)點(diǎn)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(diǎn)板和鋼腹桿上布置應(yīng)變花，位移測(cè)點(diǎn)上布置激光位移計(jì)。在靜載試驗(yàn)過(guò)程中，每級(jí)荷載穩(wěn)載 5min 后進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1試驗(yàn)現(xiàn)象及破壞模式分析

在設(shè)計(jì)疲勞荷載作用下，對(duì)試件F1進(jìn)行了251萬(wàn)次加載，在疲勞試驗(yàn)加載過(guò)程中，鋼構(gòu)件未出現(xiàn)裂紋，混凝土弦桿也未開(kāi)裂，試件F1未發(fā)生疲勞破壞，滿足200萬(wàn)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(wàn)次后，在靠近試件F2加載端的B面節(jié)點(diǎn)板與側(cè)向節(jié)點(diǎn)板加勁板交界處出現(xiàn)了裂紋，該裂紋起裂于節(jié)點(diǎn)板與加勁板焊趾并貫通板厚，如圖6所示。直至加載到251萬(wàn)次，其他構(gòu)件未見(jiàn)明顯損傷。試件F2疲勞裂紋出現(xiàn)位置與靜載破壞試驗(yàn)[21中節(jié)點(diǎn)板拉伸斷裂位置重合，裂紋產(chǎn)生于加勁肋截止點(diǎn)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)板上，此處節(jié)點(diǎn)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(diǎn)板與加勁板交界區(qū)域成為組合節(jié)點(diǎn)的薄弱部位。在設(shè)計(jì)同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)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(méi)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(jì)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(jì)應(yīng)力幅作用下，試件F2的位移-荷載曲線斜率無(wú)明顯下降，即便是節(jié)點(diǎn)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(wú)明顯變化。

3.3 應(yīng)變分析

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(diǎn)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(duì)試件F1各構(gòu)件的應(yīng)變分布無(wú)顯著影響。與試件F1相似，試件F2弦桿、節(jié)點(diǎn)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(duì)試件F2中未破壞構(gòu)件的應(yīng)變分布無(wú)顯著影響。

3.3.2試件F2疲勞加載前后節(jié)點(diǎn)板應(yīng)變對(duì)比分析

圖9為試件F2受拉側(cè)外露節(jié)點(diǎn)板各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變結(jié)果。由圖9（a）所示不同加載次數(shù)所對(duì)應(yīng)的各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變可知，試驗(yàn)加載至150萬(wàn)次時(shí)，測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)B22荷載-應(yīng)變曲線可知，疲勞加載前后測(cè)點(diǎn)B22的應(yīng)變差距明顯，經(jīng)受疲勞荷載作用后，測(cè)點(diǎn)B22的應(yīng)變最終減小了 73% （當(dāng)荷載為 600kN 時(shí)）。位于裂紋下方測(cè)點(diǎn)B31的應(yīng)變與疲勞加載前相比最終減小了81% 。試驗(yàn)結(jié)果表明，疲勞裂紋導(dǎo)致處于裂紋上方和下方測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)的應(yīng)變結(jié)果。當(dāng)荷載為 600kN 時(shí)，測(cè)點(diǎn)B22～B26 疲勞加載前后應(yīng)變比值分別為 369% ）75%.81%.81%.101% ，測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)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(diǎn)板應(yīng)力重分布。從測(cè)點(diǎn)B22到測(cè)點(diǎn)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(diǎn)板的應(yīng)變受疲勞裂紋影響顯著。

測(cè)點(diǎn)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(duì)節(jié)點(diǎn)板應(yīng)變的影響隨著與焊趾距離的增大而逐漸減小，與開(kāi)裂焊趾水平距離 300mm 外測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變受疲勞開(kāi)裂的影響較小，幾乎可以忽略。

結(jié)合對(duì)未破壞構(gòu)件的應(yīng)變分析可知，疲勞裂紋對(duì)裂紋附近節(jié)點(diǎn)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(duì)于外接式節(jié)點(diǎn)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?cè)龃螅霈F(xiàn)了應(yīng)力重分布現(xiàn)象，對(duì)實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)中疲勞裂紋的及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋的產(chǎn)生，在重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域附近應(yīng)盡量密布測(cè)量傳感器，且盡量縮短測(cè)點(diǎn)與重點(diǎn)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(píng)估疲勞壽命

試件F2節(jié)點(diǎn)板疲勞裂紋產(chǎn)生位置處于高強(qiáng)度螺栓、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)規(guī)范》（TB10091—2017）[23中疲勞抗力方程，計(jì)算得到與應(yīng)力幅相對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)，對(duì)組合節(jié)點(diǎn)疲勞壽命進(jìn)行評(píng)估。參照規(guī)范中關(guān)于高強(qiáng)度螺栓連接（凈截面）和高強(qiáng)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(duì)應(yīng)于應(yīng)力幅 73.6MPa 作用下組合外接式節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命分別為1120萬(wàn)次、660萬(wàn)次，為試驗(yàn)測(cè)得疲勞壽命（140萬(wàn)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(duì)應(yīng)于應(yīng)力幅 73.6MPa 的疲勞壽命為184萬(wàn)次，為試驗(yàn)測(cè)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(yàn)結(jié)果的對(duì)比圖，由圖10可知，采用規(guī)范中高強(qiáng)度螺栓連接的疲勞抗力方程計(jì)算所得疲勞壽命遠(yuǎn)高于試驗(yàn)值，明顯高估了節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命。按照與節(jié)點(diǎn)較相似的栓焊組合接頭的規(guī)定，所得疲勞壽命計(jì)算值與試驗(yàn)值較為接近，但仍高于試驗(yàn)值。

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(jì)算值與試驗(yàn)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(duì)節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命進(jìn)行評(píng)估。

4.2采用一點(diǎn)法得到的S-N曲線評(píng)估疲勞壽命

研究表明[24-25]，在一定范圍內(nèi)，同類(lèi)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(wú)與鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點(diǎn)的S-N曲線可供參考。本文節(jié)點(diǎn)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(diǎn)法[24，26]的基本原理，采用鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)栓焊接頭的 S-N 曲線進(jìn)行修正，可得到鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點(diǎn)的S-N曲線。

由式（3）可知，組合外接式節(jié)點(diǎn)疲勞設(shè)計(jì)S-N曲線的斜率為3.5。將實(shí)測(cè)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(diǎn)疲勞壽命計(jì)算公式。

logN=12.68-3.5lg（Δσ）

圖11為式（3）和式（4）的 S-N 曲線對(duì)比圖，式（3）所示S-N曲線偏于不安全。由于目前暫無(wú)更精確的組合外接式節(jié)點(diǎn)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(píng)估鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命。由式（4）可知，節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)應(yīng)力幅 53.2MPa 作用下的疲勞壽命為436萬(wàn)次，是設(shè)計(jì)壽命的2.18倍。組合外接式節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于加載次數(shù)200萬(wàn)次的疲勞容許應(yīng)力幅，為 66.5MPa 。

5結(jié)論

1組合外接式節(jié)點(diǎn)在1.4倍設(shè)計(jì)應(yīng)力幅作用下的疲勞壽命為140萬(wàn)次，對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)應(yīng)力幅作用下的疲勞壽命為436萬(wàn)次，是設(shè)計(jì)壽命的2.18倍。疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，組合外接式節(jié)點(diǎn)剛度未折減，抗疲勞性能滿足規(guī)范要求，可為同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的疲勞性能主要由外露節(jié)點(diǎn)板控制，疲勞裂紋出現(xiàn)于外露節(jié)點(diǎn)板與加勁肋交界區(qū)域，與靜載破壞試驗(yàn)中節(jié)點(diǎn)板斷裂位置重合。

3）疲勞裂紋引起了節(jié)點(diǎn)板局部的應(yīng)力重分布，裂紋對(duì)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(cè)點(diǎn)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(shí)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(duì)類(lèi)似連接形式的疲勞抗力方程會(huì)高估組合外接式節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命，計(jì)算結(jié)果偏于不安全?；谝稽c(diǎn)法建立的S-N曲線可為鋼桁腹-混凝土組合外接式節(jié)點(diǎn)疲勞壽命評(píng)估提供參考。

通過(guò)疲勞試驗(yàn)確定了組合外接式節(jié)點(diǎn)的疲勞控制構(gòu)造及節(jié)點(diǎn)疲勞性能，對(duì)于構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞開(kāi)裂機(jī)理分析不夠深人，下一階段將重點(diǎn)開(kāi)展細(xì)部構(gòu)造試件的疲勞試驗(yàn)及開(kāi)裂機(jī)理分析研究。此外，關(guān)于外接式節(jié)點(diǎn)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(jìn)行對(duì)比，針對(duì)外接式節(jié)點(diǎn)的疲勞性能仍需開(kāi)展更多系統(tǒng)且深人的研究。

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（編輯胡玲）