钢-UHPC组合桥面板焊钉-钢板连接处钢板疲劳行为:失效机理与寿命预测

来源：中国血液净化杂志2025年第11期北京时间：

作者：苏庆田, 刘凤瑶, 史占崇, 崔冰

单位：1. 同济大学 土木工程学院, 上海 200092;2. 上海高性能组合结构桥梁工程技术研究中心, 上海 200092;3. 挪威科技大学, 南特伦德拉格郡 特隆赫姆 7034;4. 中交公路规划设计院有限公司, 北京 100088"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51978501)

摘要：焊钉-钢板连接在钢-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)组合桥面板中保证UHPC层与正交异性钢桥面板协同受力,进而缓解钢桥面板疲劳开裂发挥着重要作用。该连接处局部受力复杂，往复荷载作用下诱发的钢板疲劳失效问题不容忽视。为探究该连接处钢板的疲劳行为，以焊钉推出试验中该连接简化的受力模式开展了钢板微元体应力状态分析，阐明了其疲劳失效机理。基于焊钉推出疲劳试验结果及有限元数值模拟，构建了50%、97.7%存活率钢板热点主拉应力<i>S-N</i>曲线，并与既有基于带焊钉的钢板拉伸疲劳试验所得95%存活率热点应力<i>S-N</i>曲线进行了对比。以组合桥面板足尺疲劳试验为例，采用所建立的热点应力<i>S-N</i>曲线及线性损伤累积准则量化了钢板的疲劳损伤，判定了钢板失效与否，并预测了疲劳寿命。研究结果表明：钢板疲劳裂纹萌生是焊钉往复弯曲变形进而牵扯钢板拉伸变形引起的;钢板拉伸疲劳试验的95%存活率<i>S-N</i>曲线200万次疲劳寿命下的疲劳抗力为101 MPa，相应焊钉推出疲劳试验的97.7%存活率<i>S-N</i>曲线为34 MPa；前者常幅疲劳极限为75 MPa，后者为25 MPa。以组合桥面板足尺疲劳试验钢板失效模式分布为参照，验证了50%存活率<i>S-N</i>曲线评定钢板失效结果最佳，97.7%存活率<i>S-N</i>曲线评定结果偏不利；推荐将根据50%、97.7%存活率<i>S-N</i>曲线的预测寿命分别作为钢板实际疲劳寿命的上、下限值以供决策。该研究可为组合桥面板焊钉连接处钢板的抗疲劳设计、损伤量化、寿命预测提供理论依据，并可为后期养维决策提供技术支撑。

关键词：桥梁工程,钢-UHPC组合桥面板,数值模拟,热点应力S-N曲线,焊钉-钢板连接

基金资助：国家自然科学基金项目(51978501)