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预应力组合梁的疲劳

预应力组合梁的疲劳

作者:admin    来源:未知    发布时间:2018-07-13 14:33    浏览量:

  预应力钢一混凝土组合梁的疲劳强度取决于其组成材料,如混凝土、钢材、预应力钢索、预应力锚具、剪力连接件等的疲劳强度及其构件细节的疲劳性能,AASHTO和EC. 4都对普通组合梁的疲劳极限状态作出了规定。我国有关规范已对钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土和钢梁的疲劳作了详细规定,这同样适用于组合梁;国内对预应力钢索和剪力连接件的疲劳性能研究不很充分,国内外对预应力组合梁的疲劳性能研究也尚在进行之中。

  1.预应力钢索的疲劳

  预应力组合结构中使用的钢索一般多为7φ5无粘结索,尽管已有的疲劳试验结果都是针对预应力混凝土而言的,但这些测试都是材性试验,只受轴向循环荷载,和预应力组合结构中无粘结预应力钢索的受力状况一样,因而这些试验结果同样适用于预应力组合结构。

  WuLinLi等[56]总结了13组有关国家共计832个七丝钢索试件的疲劳测试数据,经筛选其中有700个数据可用于分析;这700个试件中,有595个试件发生钢索疲劳破坏,断点远离锚固区,有26个试件在锚固区发生疲劳破坏,还有剩下的79个试件经历100~1000万次后没有发生疲劳破坏。试验研究发现:应力幅是钢索疲劳的决定因素,而钢索**小应力是位于第二位的影响参数,第三个则是制造厂商方面的,不同厂商提供的试件,测试结果差别很大。需引起注意的是,上述试验是加多年前在专门的锚具系统上进行的,尚无足够的证据来保证商用锚具系统的疲劳可靠性。在公路桥梁结构中,AASHTO规定:对于卡车荷载作用于多车道的钢桥,应具备200万次疲劳寿命,对卡车荷载作用在单车道上,应具备超过200万次的疲劳寿命,并且根据构造细节将钢梁的疲劳强度划分为若干等级;根据材料试验结果,7φ5无粘结钢索(1860级)应至少具备C类构造的抗疲劳等级。其常幅疲劳应力限值分别为90MPa(200万次)和69MPa(超过200万次)。因此,可以认为在预应力组合结构中无粘结钢索可以按C类构件进行疲劳设计,但设计师和业主务必予以校核。

  我国铁路混凝土桥梁规范修订稿中对钢绞线200万次常幅疲劳允许应力幅限值取为140MPa,《高强钢丝钢绞线预应力混凝土结构设计与施工指南》中对75钢绞线1860级,允许应力幅为180MPa,1670级则为16OMPa。鉴于国内钢索疲劳强度取值缺乏可
靠度分析依据,初步考虑公路桥梁预应力钢索疲劳设计可参照AASHTO或EC.4,铁路预应力钢桥和组合桥设计中预应力钢索疲劳强度需经一定数量试验确定。

  2.栓钉连接件的疲劳

  就栓钉连接而言,由于钢翼缘的弯曲应力和组合作用引起的截面剪应力,疲劳裂纹总是始于连接焊缝处。试验研究发现,反复加载下的栓钉较单向加载下的栓钉有较长的疲劳寿命,除了锚具加载方向以外,连接件所在的混凝土类型和强度等级、受剪方向横向钢筋含量等对连接件的疲劳性能均有影响。

  3.预应力组合梁的疲劳性能

  试验研究发现,疲劳阶段钢梁和混凝土板的交界面上产生了明显的相对滑移,这种滑移不同于连接件刚度不足产生的相对滑移,而完全是由于荷载的重复或反复作用引起的。界面上相对滑移的存在,使得混凝土板中的内力向钢梁重分布,导致正弯矩区截
面刚度下降,而负弯矩区开裂截面刚度却有强化现象。在预应力连续组合梁中,负弯矩区混凝土控制疲劳设计。随着疲劳次数的增加,负弯矩区混凝土板开裂并且裂缝发展,开裂和相对滑移相互影响,使得连续梁中负弯矩区的相对滑移远大于正弯矩区的相对
滑移,因而在负弯矩区宜采用钢纤维混凝土板或预应力混凝土板或兼而有之。连续梁中由于相对滑移和开裂导致的结构内力重分布很小。

  在已有的疲劳试验中,没有发现预应力钢索、锚具和栓钉连接件的疲劳破坏,证明按照现有规范(如AASHTO、EC.4等)进行设计,在合理的应力幅值范围内,现有的混凝土预应力技术可以用于组合结构预应力体系。

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