[01367022]部分抗剪连接钢-混凝土组合梁疲劳性能与疲劳设计方法系统研究

①课题来源与背景 来源：广西自然科学基金项目“部分抗剪连接钢-混凝土组合梁疲劳性能与疲劳设计方法系统研究”; 项目编号：2014GXNSFBA118258。背景：钢–混凝土组合梁由钢梁、混凝土板和抗剪连接件等部件组成,其具有承载力高、刚度大等优点,故在桥梁工程中得到了广泛应用。根据抗剪连接程度,钢–混凝土组合梁可分为完全抗剪连接和部分抗剪连接。部分抗剪连接组合梁可以减少抗剪连接件的使用数量,减小施工作业量;同时,在其他条件相同的情况下,虽然部分抗剪连接组合梁的整体刚度较完全抗剪连接组合梁低,但两者的静力极限承载能力相差不大。因此,部分抗剪连接组合梁在桥梁工程应用中具有其独特的优势。当部分抗剪连接组合梁应用于桥梁结构中时,由于车辆等荷载的反复作用,疲劳损伤的累积会导致组合梁产生较大的疲劳附加变形,组合梁中的内力也会发生重新分布。因此,有必要对部分抗剪连接组合梁在疲劳荷载下的变形能力和经历疲劳荷载作用后的受力性能展开研究。 ②研究目的与意义 目前,对部分抗剪连接组合梁在疲劳荷载作用下受力性能的退化规律、疲劳附加变形、剩余承载能力等疲劳性能的研究尚不系统。针对存在的问题,本项目通过疲劳加载试验和理论分析等方法对部分抗剪连接组合梁的疲劳性能和疲劳设计方法展开研究,研究成果有助于推进部分抗剪连接组合梁在工程中的应用,并完善现有的组合梁疲劳设计理论体系。 ③ 主要论点与论据 （1） 掌握疲劳荷载作用下部分抗剪连接钢–混凝土组合梁的疲劳性能,确定抗剪连接程度下限的合理取值。对部分抗剪连接钢–混凝土组合梁开展预期200万次的等幅疲劳加载试验,研究抗剪连接程度等因素对组合梁疲劳性能的影响,并确定抗剪连接程度的合理取值范围。通过试验研究组合梁疲劳损伤产生的机理、受力性能的退化规律及疲劳破坏形态,为相关参数的取值提供依据。 （2） 研究疲劳荷载下部分抗剪连接组合梁承载力和刚度等力学性能的退化规律,提出考虑疲劳损伤的组合梁剩余力学性能评估方法。对经历过疲劳加载未发生破坏的组合梁试件开展单调静力试验,研究疲劳损伤产生后组合梁的剩余力学性能,并对部分抗剪连接组合梁的疲劳损伤评定方法进行探讨。 （3） 提出正常使用阶段部分抗剪连接组合梁的疲劳设计方法,完善组合梁的疲劳设计理论体系。基于试验研究和疲劳损伤理论分析,并通过考虑疲劳损伤的有限元数值模拟与参数分析,提出正常使用阶段部分抗剪连接组合梁的疲劳设计方法。 ④ 创见与创新 （1）本项目对9根钢-混凝土组合梁分别开展了静力和疲劳试验研究,对组合梁的受力过程和疲劳破坏特点进行了分析和研究,对经历疲劳加载试验而未发生疲劳破坏的试件进行了静力加载试验,探讨了疲劳损伤对组合梁受力性能的影响;（2）基于试验和理论分析,提出了正常使用阶段部分抗剪连接组合梁疲劳设计的方法和建议。 ⑤ 社会经济效益,存在的问题 本项目研究成果主要体现在对部分抗剪连接组合梁的工程设计和安全评价,基于本研究成果可以取得较好的经济和社会效益。存在的问题主要为：组合梁疲劳性能的试验研究需要大量的试验经费和较长的研究周期,有限的经费限制了更多研究工作的开展;此外,建议在未来对新型装配式组合梁结构和抗剪连接件的疲劳受力性能开展研究。 ⑥ 历年获奖情况 暂无。 ⑦ 成果简介 本项目主要研究部分抗剪连接钢–混凝土组合梁的疲劳性能及其疲劳设计方法等基础理论问题。钢–混凝土组合梁在桥梁结构中应用广泛,由车辆荷载引起的疲劳问题较为突出。部分抗剪连接组合梁可以减少抗剪连接件的使用数量,减小施工量,且其静力承载能力与完全抗剪连接组合梁相差不大。在疲劳荷载作用下,部分抗剪连接组合梁易产生较大的附加变形,组合梁中的内力也会发生重新分布。目前,尚无针对部分抗剪连接组合梁疲劳性能及其疲劳设计方法的系统研究。本项目首先通过等幅疲劳加载试验,对部分抗剪连接组合梁的力学性能退化规律等疲劳性能进行研究;其次,对经历疲劳加载未发生破坏的组合梁开展单调静力试验,研究疲劳损伤产生后组合梁的剩余力学性能;最后,结合试验研究、疲劳损伤理论和有限元模拟提出正常使用阶段部分抗剪连接组合梁的疲劳设计方法。本项目的研究可以完善组合梁的疲劳设计理论体系,并为部分抗剪连接组合梁的应用提供科学依据和理论基础。