2009年--橋梁工程外文翻譯--統(tǒng)計(jì)評(píng)估一個(gè)鋼筋-混凝土組合橋面板的疲勞性能和應(yīng)力等級(jí)（譯文）

1、<p>　　中文7500字，4500單詞，2.3萬英文字符</p><p>　　出處：Ahn J H, Sim C, Jeong Y J, et al. Fatigue behavior and statistical evaluation of the stress category for a steel–concrete composite bridge deck[J]. Journal of C

2、onstructional Steel Research, 2009, 65(2):373-385.</p><p>　　英文文獻(xiàn)（譯文） 鋼結(jié)構(gòu)研究期刊</p><p>　　統(tǒng)計(jì)評(píng)估一個(gè)鋼筋-混凝土組合橋面板的疲勞性能和應(yīng)力等級(jí)</p><p>　　A． 大韓民國(guó)，首爾，120-749，延世大學(xué)，土木與環(huán)境工程學(xué)院</p><p>　　B．

3、 美國(guó)奧斯汀，德克薩斯州 78712 德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校建筑與環(huán)境工程學(xué)院公民能 源部</p><p>　　C． 大韓民國(guó)，京畿道，411-712 韓國(guó)工程技術(shù)學(xué)院結(jié)構(gòu)研究部 文章信息：文章歷史，2007 年 9 月 18 日收到，2008 年 4 月 28 日接受 [關(guān)鍵詞] 疲勞 鋼 - 混凝土組合橋面 S-N 個(gè)壓力數(shù)據(jù)</p><p>　　摘要： 世界各地橋梁的維護(hù)

4、成本正在迅速的增長(zhǎng)，因?yàn)楹芏喱F(xiàn)有的橋梁都在變質(zhì)或達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命。</p><p>　　此外，在韓國(guó)由于不少大跨度橋梁正在計(jì)劃并建設(shè)中，對(duì)橋面高負(fù)載電阻容量的發(fā)展和研究高疲勞強(qiáng) 度一樣已經(jīng)日益受到關(guān)注。在這種情況下這項(xiàng)研究使一種新類型的鋼筋-混凝土組合橋面板的疲勞性能 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了發(fā)展。這種開發(fā)的復(fù)合橋面是由波紋鋼板，焊接鋼肋，栓釘連接件，和鋼筋混凝土 填料構(gòu)成的。疲勞試驗(yàn)是在針對(duì)四點(diǎn)的四種不同振幅和應(yīng)力范圍的

5、彎曲試驗(yàn)下進(jìn)行的。為了確定混凝 土填充的影響，已經(jīng)提前完成了僅包含部分純波紋鋼板的鋼試樣試驗(yàn)。對(duì)集中在波紋鋼板和型鋼肋之 間的角焊縫部分的張力處，部分鋼試樣和鋼-混凝土組合橋面樣本均呈現(xiàn)出了疲勞失效。最后，各試樣 角焊部分的應(yīng)力類別是根據(jù)阿爾雷希概率模型的統(tǒng)計(jì)方法為基礎(chǔ)進(jìn)行選定的。在彎矩作用下這項(xiàng)對(duì)鋼</p><p>　　-混凝土復(fù)合板疲勞性能的研究結(jié)論可以針對(duì)鋼構(gòu)件根據(jù)經(jīng)典的 S-N 方法來判斷。</p&

6、gt;<p>　　©2008 Elsevier 公司保留所有權(quán)利。</p><p>　　1.介紹：在韓國(guó)這樣的重工業(yè)地區(qū)，由于交通 荷載的增加，許多的基礎(chǔ)設(shè)施要么就迅速惡化 要么就已經(jīng)達(dá)到了預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)壽命。對(duì)于這種 類型的交通荷載，橋面是最不利的結(jié)構(gòu)。結(jié)果 顯示，許多對(duì)橋面的研究把重點(diǎn)和目標(biāo)都放在 了加強(qiáng)甲板結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度和荷載電阻容量上。 鋼-混凝土復(fù)合材料，玻璃鋼復(fù)合材料，以及預(yù) 制混

7、凝土橋面已經(jīng)成為了韓國(guó)最近主要審查的 橋面類型。在這三種類型中，本文包含了對(duì)鋼- 混凝土組合橋面的試驗(yàn)研究結(jié)果。三個(gè)主要類 型的鋼-混凝土組合橋面板已經(jīng)被開發(fā)出來，如 復(fù)合鋼格甲板，羅賓遜復(fù)合甲板以及波紋鋼板 橋面。復(fù)合鋼格甲板分為填充和未填充（外皮 層）兩類鋼格甲板，它們是在 20 世紀(jì) 80 年代 被開發(fā)來實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼格甲板和混凝土強(qiáng)度以及剛 度方面的充分利用的[1]。這些復(fù)合鋼格板被 Rao 等人做了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。[1]未填充的復(fù)合鋼

8、格甲板沒有破壞到 200 萬周期，與此同時(shí)這個(gè)</p><p>　　完全填充的鋼格甲板表現(xiàn)出 200 萬周期，為原</p><p>　　始剛度的百分之五十的損失?？傊?，在靜態(tài)荷 載作用下，完全填充的復(fù)合鋼格甲板的荷載電 阻容量要比未填充的復(fù)合鋼格甲板的荷載電阻</p><p>　　容量高，但滿足循環(huán)荷載的剛度退化要求[1]。 用螺柱連接器進(jìn)行剪力連接的復(fù)合橋面最&l

9、t;/p><p>　　初是在法國(guó)產(chǎn)生的，并被命名為“羅賓遜板”。 這些產(chǎn)品已經(jīng)用在了歐洲大陸多個(gè)大跨度橋梁 甲板的整個(gè)領(lǐng)域[2]。Sonada 等人的試驗(yàn)結(jié)果[3] 表明，鋼板的強(qiáng)度對(duì)增大復(fù)合板的疲勞強(qiáng)度幫 助不大，并且螺柱連接器的數(shù)量主要受“羅賓 遜式”復(fù)合橋面的疲勞強(qiáng)度的影響。然而，這 些距離螺栓排列緊密的甲板在沖壓剪切破壞模 式下被破壞，這是同時(shí)脆性斷裂現(xiàn)象，因?yàn)榫?備剪切粘結(jié)破壞模式的韌性性能會(huì)導(dǎo)致疲勞強(qiáng) 度

10、降低[3].J.-H.Ahn 等人結(jié)構(gòu)鋼研究 65（2009） 373-385 的/雜志</p><p>　　后來就很少把波紋鋼板的復(fù)合板用于橋面</p><p>　　結(jié)構(gòu)模板了，由于經(jīng)濟(jì)的原因不得不把橋面變 薄另外這些與混凝土進(jìn)行機(jī)械連鎖類型的橋面 板的疲勞特性還沒有確定[2]。</p><p>　　從文獻(xiàn)中來看，新型的復(fù)合材料橋面板試件</p>

11、<p>　　的設(shè)計(jì)，融合了各種類型橋面的優(yōu)點(diǎn)，如圖 1</p><p><b>　　所示。</b></p><p>　　這種介紹的鋼-混凝土組合橋面板已經(jīng)一 直被使用在波紋鋼板，鋼肋，螺栓型剪力連接</p><p>　　組成的實(shí)驗(yàn)中了，來強(qiáng)行控制混凝土，它是被 單獨(dú)使用在傳統(tǒng)的鋼-混凝土組合橋面板上的， 如復(fù)合鋼格甲板，羅賓遜復(fù)合板，

12、波狀鋼板橋 面。</p><p>　　圖 1.所提出的鋼-混凝土組合橋面板</p><p>　　鄭某等人的研究[4]得出的結(jié)論是，如果 一個(gè)鋼-混凝土組合橋面板由于在界面內(nèi)滑動(dòng) 而達(dá)到非彈性變形值，那么在疲勞設(shè)計(jì)中將使 用局部相互作用理論。然而，由于大多數(shù)的鋼- 混凝土組合橋面板的整個(gè)壽命過程都是在工作 荷載作用下，它們是處于彈性條件下，這將是 一個(gè)對(duì)其疲勞壽命與傳統(tǒng)疲勞荷載的不切實(shí)際 的

13、估測(cè)主梁之間的鋼-混凝土組合橋面板基本 上是在彎矩作用下，如果兩種不同材料之間的</p><p>　　剪力鏈接件在沒有非彈性變形的工作階段是穩(wěn) 定的，那么疲勞失效的臨界區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)在焊接 鋼板的張力最低處。這意味著疲勞評(píng)估可以清 楚地集中在鋼構(gòu)件上，無論是混凝土或者連接 件。</p><p>　　根據(jù)這樣的假設(shè)來考慮，這種在部分鋼 試樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行的疲勞試驗(yàn)只包含普通波紋 鋼板和鋼-混凝土組

14、合橋面標(biāo)本。共制作了 11</p><p>　　個(gè)標(biāo)本并演示了試驗(yàn)。依照這個(gè)疲勞試驗(yàn)，把</p><p>　　根據(jù) NCHRP102[5]的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和 147[6]報(bào)告中 得到的應(yīng)力類別進(jìn)行相互比較。</p><p>　　2. 疲勞測(cè)試程序：在彎矩作用下檢查鋼-混凝土 組 合 橋 面 板 疲 勞 性 能 的 疲 勞 試 驗(yàn) 是有限制的。當(dāng)每個(gè)復(fù)合橋面之間的連接都含

15、蓋了橫向和縱向兩個(gè)方向的時(shí)候， 那么在板面 上就會(huì)有它們撓曲和下垂的區(qū)域。然而，由于 大多數(shù)的板面在它們的使用時(shí)間內(nèi)下垂，這項(xiàng) 研究就集中在了復(fù)合橋面板的鋼部件上。預(yù)期 的疲勞失效區(qū)域就在肋和波紋鋼板的焊接部分。 通常，由于彎矩的作用在鋼筋混凝土橋面板底 部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向上的裂紋。然后它發(fā)展到雙 向裂縫，最后以分層或瓦解的形式失效。然而，</p><p>　　在這個(gè)研究中，由于鋼板使橋面板的張力部分 加強(qiáng)了，則這

16、幾種裂縫和故障不會(huì)發(fā)生。除了 這些破壞，復(fù)合橋面板中混凝土的疲勞作用還 和混凝土與鋼材的壓縮部分或水平剪切粘結(jié)失 效部分內(nèi)的沖切破壞有關(guān)系。為了專注于波紋 鋼板的疲勞作用而防止其他的故障情況，設(shè)計(jì) 出了復(fù)合橋面板使調(diào)整因素是波紋鋼板的拉伸 部分的疲勞裂紋。設(shè)計(jì)復(fù)合橋面板的目的是要 實(shí)現(xiàn)在橋面板的下部應(yīng)力比由混凝土構(gòu)成的上 部應(yīng)力大。為了避免壓縮部分的沖切破壞，采 用橡膠墊作為加載板進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)并安裝 剪力連接螺栓來控制剪切粘結(jié)的失效

17、。</p><p>　　理想情況下，疲勞作用的研究將涉及到大量 的樣本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過此數(shù)據(jù)來開發(fā)一個(gè) S-N 曲線。然而，由于每個(gè)疲勞試驗(yàn)的操作時(shí)間和 每根復(fù)合試樣的制作成本的限制，就采取了一 種疲勞荷載的取代測(cè)試方法。這個(gè)疲勞測(cè)試方 法包括兩個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試：</p><p>　?。?）部分鋼試樣的循環(huán)荷載試驗(yàn)</p><p>　?。?） 復(fù)合橋面的環(huán)狀荷載

18、試驗(yàn)。 第一個(gè)測(cè)試系列由一個(gè)部分鋼試樣的循環(huán)</p><p>　　荷載試驗(yàn)組成。這些測(cè)試用作針對(duì)復(fù)合橋面樣 本的主要疲勞試驗(yàn)的一個(gè)初步測(cè)試。該測(cè)試將 驗(yàn)證應(yīng)力水平是通過分析計(jì)算得到的，也檢查 了疲勞破壞區(qū)域和波紋鋼板與焊接筋的焊接部 分的失效機(jī)理。其次，做復(fù)合橋面的循環(huán)荷載 試驗(yàn)也應(yīng)用了從第一個(gè)系列中獲得的信息。進(jìn) 行這些實(shí)驗(yàn)來確定彎矩作用下復(fù)合橋面板的疲 勞破壞機(jī)理以及計(jì)算荷載周期數(shù)，以獲得基本 的 S-N 數(shù)

19、據(jù)。包含靜態(tài)屈服應(yīng)力（年度）范圍 的 90％，75％，60％和 50％的應(yīng)力水平都被應(yīng)</p><p>　　用在循環(huán)荷載實(shí)驗(yàn)中。</p><p><b>　　3. 試樣說明</b></p><p>　　3.1 部分鋼試樣 ：這種復(fù)合橋面樣本中被用 在除去為方便加載而在頂部特別附加的凸緣之 外的試樣與焊接肋條和瓦楞鋼板有著相同的幾 何形狀如圖

20、2 所示。頂部凸緣的厚度為 39mm， 它和最初填充部分含量的混凝土具有相同的附 加慣性矩。設(shè)計(jì)部分鋼試樣為了使進(jìn)行疲勞破 壞試樣的疲勞裂紋處的拉伸部分比壓縮部分提 前失穩(wěn)。在韓國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[7]，鞍鋼[8] 和 AASHTO 規(guī)范[9]的基礎(chǔ)上需要對(duì)橫向加勁肋 進(jìn)行檢查。檢查部分鋼試樣的網(wǎng)的長(zhǎng)細(xì)比并不</p><p>　　需要額外的加強(qiáng)筋。然而，對(duì)于由錯(cuò)位偏心荷 載及平面外彎曲而可能導(dǎo)致的試樣屈服，可以&

21、lt;/p><p>　　讓其發(fā)生在局部鋼試樣網(wǎng)上。</p><p>　　圖 2：部分鋼試樣（單位：mm）</p><p>　　如圖 2 所示安裝加強(qiáng)板，則這種鋼試樣的</p><p>　　長(zhǎng)度為 2200 毫米，等同于復(fù)合橋面試樣的長(zhǎng)度。</p><p>　　3.2 鋼 - 混凝土 組合橋面板樣本 ： 樣本有</

22、p><p>　　750×190×2200 毫米的尺寸。其尺寸，加強(qiáng)件的 細(xì)節(jié)，以及被測(cè)試的橋面樣本的抗剪連接螺栓 的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。</p><p>　　圖 3：復(fù)合橋面標(biāo)本的描述（單位：mm）</p><p>　　復(fù)合材料橋面板試樣的總高度為 190mm， 這比韓國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的鋼筋混凝土 橋面的最小深度（220mm）要低[7]。這個(gè)用

23、于 復(fù)合橋面樣本的波紋鋼板的厚度為 9mm 并具 有 235Mpa 的名義屈服應(yīng)力，而混凝土的抗壓 強(qiáng)度為 30Mpa。為了制造鋼板的形式，通過角 焊在波紋鋼板上裝上鋼肋，如圖所示。圖 4（a ） 和（b），并且 r/噸瓦楞鋼板的值分別示于圖。 圖 4（c）所示。</p><p>　　用 16mm 直徑的鋼筋來做壓縮筋和配力鋼 筋。在橫向方向每隔 300mm 處放置一根配力鋼 筋。配力鋼筋每隔 300m 穿過焊接

24、肋條的空洞。 鞍鋼規(guī)范[8]表明，進(jìn)行剪力連接的栓釘?shù)闹睆?不得超過鋼板厚度的 2.5 倍（d<2.5t），以防止 疲勞失效。在這個(gè)樣本中，直徑為 16mm 的剪 力連接螺栓被焊接在一個(gè) 9mm 厚的鋼板之中</p><p>　　以滿足 AISC 規(guī)范。</p><p>　　圖 4：焊接波紋鋼板細(xì)節(jié)（單位：mm）</p><p>　　3.3標(biāo)本材料特性：用

25、于測(cè)試樣品的波紋鋼板 和焊接肋條是由 SS400 等級(jí)的鋼筋構(gòu)成[7]。這 種鋼筋的材料特性是用拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)來評(píng)定的： 分別為屈服應(yīng)力等級(jí)為 245Mpa，拉伸強(qiáng)度為 435Mpa，伸長(zhǎng)率大約為 29%。鋼筋的材料性能 總結(jié)與表 1 中。這個(gè)測(cè)試試件中的混凝土設(shè)計(jì) 強(qiáng)度為 30Mpa。制定混凝土圓柱體來確定擠壓 強(qiáng)度。一組試樣依照標(biāo)準(zhǔn)來固化，其它的均沿 著試樣固化。混凝土的強(qiáng)度要在試驗(yàn)當(dāng)天進(jìn)行 測(cè)定?；炷翉?qiáng)度列于表 2 中。</

26、p><p><b>　　4. 疲勞試驗(yàn)</b></p><p>　　4.1 儀器和測(cè)量位置： 疲勞試驗(yàn)是使用 </p><p>　　500kN 的 MTS 在韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院進(jìn)行的。 樣本進(jìn)行簡(jiǎn)支加載，正彎矩出現(xiàn)在拉力區(qū)域。 疲勞試驗(yàn)在四點(diǎn)彎曲的情況下進(jìn)行。在部分鋼 試樣中，兩個(gè)加載點(diǎn)之間的距離為 500mm，而 兩個(gè)支撐件之間的距離為 2

27、000mm。在復(fù)合橋 面樣本中，用兩點(diǎn)加載來進(jìn)行傳輸所施加的荷 載。加載板是由一塊兒從車輪胎上切出的橡膠</p><p>　　板組成并分開 300mm，這是一個(gè)雙輪卡車兩個(gè) 輪胎之間的實(shí)際距離。分別安裝三個(gè) LVDT（線 性可變差動(dòng)變壓器）在四分之一點(diǎn)和中心點(diǎn)處 來測(cè)量位移。圖 5 顯示在疲勞試驗(yàn)過程中 LVDT 所在的位置。圖 6 是關(guān)于部分鋼試樣和復(fù)合橋 面樣本應(yīng)變計(jì)的位置。由于疲勞開裂和失效預(yù) 期發(fā)生在局部

28、鋼試樣中波紋鋼板的下部，應(yīng)變 計(jì)則被安裝在上述波紋鋼板的底部和彎曲部分。 在復(fù)合橋面樣本中，應(yīng)變儀被安裝在波紋鋼板 底部的中心以及從中心向東和向西 125mm 處。 用液壓控制系統(tǒng)，個(gè)人電腦，以及所有的測(cè)量 設(shè)備通過整合來形成一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)數(shù) 據(jù)采集和分析系統(tǒng)。局部鋼試樣和復(fù)合橋面試 樣的測(cè)試裝備如圖 7 所示。</p><p>　　圖 5： LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器）的布置（單位：mm）</p&

29、gt;<p>　　圖 6： 安裝應(yīng)變儀的樣本（單位：mm）</p><p>　　圖 7：疲勞試驗(yàn)裝置</p><p>　　4.2 加載條件和測(cè)試程序：要確定疲勞失效區(qū) 域和波紋鋼板與焊接肋的破壞機(jī)理，則要通過 考慮波紋鋼板的屈服應(yīng)力對(duì)局部鋼試樣的循環(huán) 荷載進(jìn)行測(cè)定。在鋼板底部所施加的導(dǎo)致屈服 強(qiáng)度為 245Mpa 的最大荷載為 207.6kN。最小荷 載為最大荷載的 10%，

30、這賦予了一個(gè) 0.1 的應(yīng)力 比。這個(gè)循環(huán)測(cè)試是在恒定振幅荷載下頻率為 2.5Hz 的情況下進(jìn)行。</p><p>　　為從這個(gè)樣本的有限數(shù)字中構(gòu)建一個(gè)基本 的 S-N 數(shù)據(jù)，在這個(gè)疲勞實(shí)驗(yàn)中用到了四個(gè)應(yīng) 力范圍。這個(gè)疲勞試驗(yàn)是在彈性極限狀態(tài)下通 過控制應(yīng)力來進(jìn)行的，也就是高頻的疲勞測(cè)試， 而施加的應(yīng)力范圍并沒有超過靜態(tài)屈服應(yīng)力。 在 2.5Hz 的頻率和恒定不變的振幅荷載作用下， 對(duì)著四個(gè)應(yīng)力范圍進(jìn)行循環(huán)測(cè)試直

31、到試樣被破</p><p>　　壞。當(dāng)形變或位移從根本上改變的時(shí)候，或者 當(dāng)在不用任何其他光學(xué)工具下可以輕易的觀察 到疲勞裂紋的時(shí)候，就意味著這個(gè)試驗(yàn)的失敗。 疲勞試驗(yàn)一直進(jìn)行到確定故障出現(xiàn)。在通過靜 態(tài)試驗(yàn)重復(fù)加載每 50000 個(gè)周期后，對(duì)應(yīng)變位 移進(jìn)行測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量中每裝載和卸載程序兩</p><p>　　個(gè)操作為一次測(cè)量。把靜態(tài)屈服應(yīng)力的 90％， 75％，60％和 50%的應(yīng)力范

32、圍用作荷載水平并 且最小應(yīng)力是最大應(yīng)力的 10%，這就給出了一 個(gè) R=0.1 的應(yīng)力比。這個(gè)疲勞試驗(yàn)的測(cè)試變量 列于表 3，所考慮的有用的主要參數(shù)如表所示：</p><p>　　—部分鋼試樣和復(fù)合橋面板樣本：PT 和 FT。</p><p>　　— 兩 種 不 同 的 螺 柱 空 間 組 ： S1 和 S2</p><p>　　—在每個(gè)螺栓間距組中不同的疲勞

33、荷載范圍：</p><p>　　90％，75％，60％和 50％。</p><p>　　圖 8：部分鋼試樣的疲勞裂紋圖 9：復(fù)合橋面樣本的疲勞裂紋</p><p>　　圖 10：具體拆除后的復(fù)合橋面樣本</p><p>　　圖 11：復(fù)合橋面板樣本的疲勞裂紋</p><p><b>　　疲勞試驗(yàn)結(jié)果<

34、/b></p><p>　　圖 12：PT-A 樣本</p><p>　　的疲勞裂紋。像局部鋼試樣那樣，在焊接部分</p><p>　　5.1 疲勞失效模式：圖 8 所示在循環(huán) 加載后，部分鋼板樣本 PT-A 的疲勞失效。PT-A 和 PT-B 樣品的疲勞裂紋已經(jīng)分別從波紋鋼板 的焊接部分和 4.68×105 與 4.13×105 循

35、環(huán)加載 后的鋼筋肋的交叉部分中產(chǎn)生。從另外一側(cè)相 同位置上出來的疲勞裂紋由焊接部分開始延伸 到鋼板的底部并且與裂縫相遇。當(dāng)這兩個(gè)裂縫 延伸到了鋼板的底部以后，下凸緣就會(huì)被切斷 并且疲勞裂紋發(fā)展成網(wǎng)狀，如圖 8（b）所示。 圖（9）所示的是在循環(huán)加載之后復(fù)合橋面標(biāo)本</p><p>　　的疲勞裂紋開始出來通過彎曲部之后，疲勞裂 紋就已經(jīng)連接在了鋼板的底部。除去混凝土之 后，結(jié)果表明，在這樣的情況下，在螺柱頭附 近的

36、混凝土沒有被壓壞，如圖 10（a）所示， 想必沒有疲勞裂紋的會(huì)在螺柱的基礎(chǔ)附近，因 為在這個(gè)層面上的應(yīng)力范圍較低，但是這個(gè)疲 勞裂紋已經(jīng)延伸到了鋼拱架的網(wǎng)狀部分，如圖 10（b）所示。然而，在超過服務(wù)荷載狀態(tài)的應(yīng) 力范圍為 90%或 75%屈服應(yīng)力（FT-S1-90 和 FT-S2-75 標(biāo)本）的高疲勞荷載情況下，螺柱的</p><p>　　焊接部分將會(huì)出現(xiàn)疲勞失效。 所有的疲勞試驗(yàn)結(jié)果列于表 4 中，位于最&l

37、t;/p><p>　　大彎矩區(qū)域復(fù)合橋面板樣本的波紋鋼板中的初 始疲勞裂紋的位置都示于圖（11）中。</p><p>　　5.2 疲勞性能：圖 12 出示了局部鋼試樣的應(yīng)變 和位移的變化。圖 12（a）中表示的是局部鋼試 樣中第一節(jié)波紋鋼板底部的拉伸應(yīng)變。拉伸應(yīng) 變隨荷載的循環(huán)次數(shù)的增加而增大，疲勞裂紋 產(chǎn)生后，應(yīng)變也急劇的變化。圖 12（b）給出 循環(huán)荷載中心點(diǎn)的位移，位移的迅速增加類似 于

38、圖荷載-應(yīng)變關(guān)系圖 12（a）。應(yīng)變和位移的顯 著變化是由循環(huán)荷載作用下的剛度降低和試樣 的疲勞裂紋導(dǎo)致的。圖 13 和 14 是復(fù)合橋面板 試樣的應(yīng)變變化圖。如同部分鋼試樣一樣，復(fù) 合橋面板樣本荷載-應(yīng)變關(guān)系隨著荷載循環(huán)次 數(shù)的增加而增加，并且在疲勞失效的時(shí)候急劇 變化。由于疲勞裂紋附近的波紋鋼板的截面承 載力減小，疲勞裂紋附近的應(yīng)變也迅速下降。 疲勞裂紋的對(duì)面部分的張力快速增長(zhǎng)，是由于</p><p>　　疲

39、勞裂紋導(dǎo)致的部分性能降低的原因。此外，</p><p>　　荷載-應(yīng)變關(guān)系在較高應(yīng)力范圍內(nèi)的增長(zhǎng)甚至 變得比在較低應(yīng)力范圍內(nèi)的增長(zhǎng)的要快。這一 事實(shí)說明通過較高應(yīng)力范圍內(nèi)的循環(huán)荷載要比 較低范圍內(nèi)的循環(huán)荷載的荷載-應(yīng)變大，這個(gè)理 論比較容易解釋，并且在較高應(yīng)力范圍內(nèi)的耐 疲勞性也要比在較低范圍內(nèi)相對(duì)較低。</p><p>　　圖 15 和 16 表示出了復(fù)合橋面板試樣中心 點(diǎn)的位移變化。位

40、移如圖 12（b）所示鋼試樣 那樣的增長(zhǎng)迅速。像局部鋼試樣一樣復(fù)合橋面 板樣本中的位移突然增加，是由循環(huán)荷載導(dǎo)致 的剛度降低和疲勞裂紋導(dǎo)致的。在較高的應(yīng)力 范圍內(nèi)，荷載-位移關(guān)系變化程度要比在較小應(yīng) 力范圍內(nèi)的大。圖 17 表示的是最終滑移，也就 是在復(fù)合橋面樣本端部的鋼和混凝土之間的相 對(duì)位移。所有樣本的最初的最終滑移均大約為 0.2 毫米。然而，隨著循環(huán)次數(shù)的增長(zhǎng)，在較大 的應(yīng)力范圍下試樣的最終滑移要比較小應(yīng)力范 圍下試樣的最終滑移

41、大。測(cè)得最大的最終滑移 為 1.0 毫米。</p><p>　　圖 13 組合橋面板的應(yīng)變變化 ；FT-S1 系列</p><p>　　圖 14：組合橋面板的應(yīng)變變化；FT-S2 體系</p><p>　　圖 15：組合橋面板的位移變化；FT-S1 系列</p><p>　　5.3應(yīng)力分類統(tǒng)計(jì)評(píng)估：圖 18 所示的是所有 的與規(guī)格相比的疲勞

42、試驗(yàn)樣品的應(yīng)力類別； AASHTO 和歐洲規(guī)范-3[10]。然而，由于樣本 數(shù)量的限制并由于處于復(fù)合狀態(tài)的的局部鋼試 樣和復(fù)合橋面板樣本在彈性極限狀態(tài)下都表現(xiàn) 出了相同類型的疲勞失效，復(fù)合樣板試樣的應(yīng) 力類別也可以通過考慮阿爾布雷概率模型對(duì)鋼 試樣進(jìn)行 S-N 曲線繪制來評(píng)估。彎矩區(qū)域的復(fù) 合甲板的鋼部件的應(yīng)力類別是通過運(yùn)用阿爾布 雷希概率模型來統(tǒng)計(jì)分析的，該模型是以 NCHRP 報(bào)告 102 和 147[6]的原始疲勞試驗(yàn)數(shù) 據(jù)為基礎(chǔ)

43、的，在 AASHTO 中已經(jīng)表明。圖 19 是部分鋼試樣的疲勞試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)力類別示于 B 和 C 中。與鋼試樣的常規(guī) S-N 曲線進(jìn)行比較， 局部鋼試樣的應(yīng)力類別是很難以確定的。然而， 剩存概率可以通過計(jì)算來評(píng)估并且用在每個(gè)樣 品的評(píng)估中。表 5 和表 6 顯示了部分鋼試樣和 以阿爾布雷希特推出的[11]阻力曲線平均值為 基礎(chǔ)的復(fù)合橋面板樣本的剩存率。在表 5 和表</p><p>　　6 中，SP 是每個(gè)樣品的存

44、活概率，β是通過均</p><p>　　值μ計(jì)算得出的安全性指標(biāo)。表 5 的行右端的</p><p>　　存活率 SP 表明，壓力類別 B 對(duì) PT-A（4.68× 105 次）和 PT-B（4.13×105 次）的剩存概率 分別為 1.48%和 3.31%。應(yīng)力類別 C 下的存活 概率如表 6 所示，PT-A 和 PT-B 分別為 0.010％ 和 0.028％。這意

45、味著它更有可能在應(yīng)力 C 類 別下失敗。圖 20 為分別呈現(xiàn)在應(yīng)力類別 B 和 C 下的復(fù)合橋面板的疲勞試驗(yàn)結(jié)果。在表 5 和表 6 中，應(yīng)力類別 C 比應(yīng)力類別 B 有著較低的剩 存概率，從中能得出結(jié)論，復(fù)合橋面板樣本在 C 類狀態(tài)下比 B 類更容易失敗。通過這樣的分 析過程，如果復(fù)合材料的橋面板在服務(wù)荷載和 復(fù)合狀態(tài)下，能夠保持在彈性范圍內(nèi)，那么類 似類型的復(fù)合橋面的疲勞設(shè)計(jì)就可以通過對(duì)鋼 試樣使用典型的 S-N 曲線來進(jìn)行。<

46、;/p><p><b>　　6. 結(jié)論。</b></p><p>　　本文包含了彎矩區(qū)的某種類型的復(fù)合橋 面板的疲勞性能的試驗(yàn)結(jié)果。共有十一個(gè)疲勞 試件被疲勞加載。從疲勞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中來看， 應(yīng)力類別和提出的復(fù)合橋面板的疲勞性能都 是通過統(tǒng)計(jì)的方法被評(píng)估的。本研究的結(jié)論如 下： 每個(gè)試樣都是在拉伸區(qū)域的鋼筋和波紋鋼板 的焊接部位的疲勞裂紋處被破壞的。疲勞裂紋 是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)

47、一步發(fā)展的并且是在循環(huán)荷載 作用下被破壞的。試樣的拉伸應(yīng)變和位移都隨 著循環(huán)荷載的次數(shù)的增加而增加的。在疲勞裂 紋產(chǎn)生后拉伸應(yīng)變和位移開始急劇變化。在循</p><p>　　環(huán)荷載作用下導(dǎo)致試樣的疲勞裂紋和剛度的</p><p>　　降低預(yù)計(jì)會(huì)使應(yīng)變和位移顯著變化。無論是部 分鋼試樣還是復(fù)合橋面板試樣都有一個(gè)相同 的應(yīng)力類別 C。由于這個(gè)復(fù)合橋面板的研究有 一塊鋼板在板的底部，并且在加載期

48、間一直處 在完全復(fù)合狀態(tài)的彈性極限范圍內(nèi)，所以鋼材 標(biāo)本的 S-N 數(shù)據(jù)被用在了分析復(fù)合橋面板的 疲勞性能上。有多種類型的鋼-混凝土組合橋 面板，對(duì)每種類型的橋面板板進(jìn)行疲勞試驗(yàn)來 建立新的 S-N 曲線可能是很費(fèi)時(shí)間的。如果復(fù) 合橋面板有一個(gè)堅(jiān)定的剪力連接結(jié)構(gòu)并在一</p><p>　　個(gè)服務(wù)荷載狀體下為完全復(fù)合結(jié)構(gòu)，那么在鋼 結(jié)構(gòu)上有可能使用原有的 S-N 曲線。</p><p>&l

49、t;b>　　致謝</b></p><p>　　這項(xiàng)研究被韓國(guó)施工技術(shù)學(xué)院的橋-200 計(jì)劃 和延世大學(xué)的未來基礎(chǔ)設(shè)施中心的 21 項(xiàng)目首 腦支持。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]RaoHVSG,RajuP,Rame shK.Strength and stiffness behavio

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