部分剪力连接的橡胶集料混凝土钢组合梁疲劳性能试验研究

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1、部分剪力连接的橡胶集料混凝土钢组合梁疲劳性能试验研究摘要：为研究橡胶集料混凝土钢组合梁的疲劳性能，对6个试件进行疲劳试验。试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响。试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度。试验结果表明：部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定；组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断，破坏具有较大的延性；橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度，明显提高疲劳寿命，并增大残余滑移，表现出更好的延性；增大剪力连接

2、程度可提高组合梁的疲劳寿命，并降低刚度退化作用；较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低，并表现出较大的塑性。研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据。中国4/vie　　关键词：橡胶集料混凝土；组合梁；疲劳性能；部分剪力连接；栓钉　　中图分类号：TU398文献标识码：A　　可再生橡胶集料混凝土（RRFC）由普通混凝土加入经过机械粉碎、碾磨并洗净的废旧轮胎橡胶颗粒所制成，是一种新型环保绿色材料。由于其具有较好的变形能力、抗裂性能及良好的疲劳性能，这种新材料已成为国内外的研究热点。早在1999年就被用于亚利桑那大学的路面铺装，目前已得

3、到更为广泛的应用。Hernandez针对不同橡胶掺量的混凝土进行了一系列试验，测试其静力、动力和疲劳性能，指出橡胶集料混凝土具有较好的能量耗散性能和抗疲劳性能。国内学者也进行了一些试验，如橡胶混凝土的三点弯拉疲劳性能，证明同等循环加载条件下，橡胶混凝土的疲劳寿命明显高于普通素混凝土。　　钢与混凝土组合梁能充分利用不同材料的性能，目前已被广泛应用于高层建筑、多层工业厂房和桥梁，并带来良好的经济与社会效益。钢和混凝土之间的组合作用由剪力连接件实现，由于施工方便，焊在钢梁翼缘上的栓钉成为最常用的剪力连接件。对于承受交通荷载的桥梁，结构长期处

4、于循环荷载作用下，栓钉将直接承受疲劳荷载，其疲劳问题日益突出。为此，国内外学者进行了大量的静力与疲劳试验，研究了组合梁的疲劳破坏形式，及栓钉直径、疲劳荷载和混凝土强度等因素对疲劳性能的影响。　　基于橡胶集料混凝土良好的材性，将其应用于组合桥梁中，可有效提高行车舒适度，减少结构开裂，并可能改善组合桥梁的抗疲劳性能。此外，大直径栓钉的应用可以减小栓钉个数，降低焊接工作量，有效加快施工进度，而橡胶集料混凝土的应用也可能改善大直径栓钉的受力性能。目前已对组合梁和橡胶集料混凝土性能展开了大量研究，然而，尚缺乏对钢与橡胶集料混凝土组合梁疲劳性能的

5、系统研究。本文为研究橡胶集料混凝土钢组合梁抗疲劳性能，选取了混凝土种类、栓钉直径、剪力连接程度、钢梁尺寸4个影响因素，进行6个组合梁疲劳试验。研究了不同参数对组合梁疲劳寿命、抗裂性能、应力分布、残余变形及刚度退化的影响，并讨论橡胶集料混凝土在组合桥梁中的适用性。　　1试验概况　　1.1试件设计　　文献研究了0%，5%，10%和15%四种不同橡胶掺量下，组合梁推出试件的受力性能，结果表明掺量为15%的混凝土强度有较大削弱，而掺量为5%的混凝土塑性性能提高不明显。因此，本文在前期研究的基础上，选择橡胶掺量为10%的橡胶集料混凝土制作试件。

6、在组合梁静力试验的基础上，本试验共设计6个与静力试验相同的组合梁试件，用于疲劳试验，编号为FBFT-1～FBFT-6。　　钢与混凝土组合梁是由H型钢梁、加劲肋、焊钉、混凝土板和钢筋组成的空间受力体系，难以按比例制作相应的缩尺模型，特别是混凝土桥面板和钢板的厚度，而足尺模型成本较高。为此，按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）制作组合梁的定型模型，模拟钢与混凝土组合梁的受力情况，对其进行研究。试件设计考虑试验条件的同时，保证所有试件的设计中性轴均位于钢梁截面，避免混凝土板受拉。组合梁全长4000mm，其中纯弯段700mm，剪跨

7、段1500mm，加载点及支座截面设置加劲肋。所有试件的设计中性轴均位于钢梁上翼缘。试件设计为2种截面尺寸，钢梁分别使用Hm。本文的组合梁为部分剪力连接，栓钉个数较少，且推出试验结果表明，栓钉数量相同的情况下，单排栓钉受力性能较好，因此均采用单排均匀布置。为研究部分剪力连接组合梁的疲劳性能，按规范设计0.5和0.68两种不同剪力连接程度，公式如下。　　（1）　　（2）式中：r为剪力连接系数；n为实际栓钉个数；ns为完全剪力连接时的计算栓钉个数；Fc�榛炷�土板压力；beff为混凝土板有效宽度；hc为混凝土板有效厚度；fc为混凝土抗压强度

8、；Vu为单个栓钉抗剪承载力，由静力推出试验获得。　　组合梁试件的参数见表1，试件具体尺寸及构造见图1和图2。　　按照GB/T10432-2002，栓钉选用16mm×90mm，19mm×110mm，22×130mm三种规格