基于结构应力法的钢-UHPC组合桥面板RD节点疲劳性能分析

摘要

超高性能混凝土（UHPC）在桥梁工程中的应用日益广泛，为深入研究钢-UHPC组合桥面板U肋-盖板（RD）节点的疲劳性能，针对模拟轮载作用下的钢桥面板RD节点开展疲劳试验和数值仿真，分析了中心加载工况下试件的疲劳开裂行为和应力分布，并采用结构应力法预测了RD节点的疲劳寿命。基于ABAQUS建立了带UHPC铺层的钢桥面板RD节点三维实体有限元模型，对模型施加荷载提取裂纹萌生处所在截面的节点力和节点力矩，计算得到等效结构应力，利用结构应力法中的主S-N曲线对RD节点疲劳性能进行评估，并与热点应力法和临界距离理论的预测结果进行了对比分析。研究结果表明：在中心加载工况下，RD节点焊缝处受拉应力作用，至焊缝中部拉应力逐渐增大并趋于稳定，疲劳裂纹首先在该易损部位萌生，并沿板厚方向分阶段扩展直至断裂；经UHPC加固之后，RD节点焊缝的端部效应明显减弱，焊缝中部的结构应力值大幅度降低，最大降幅达87.2%，同时UHPC铺层与盖板形成协同受力整体，使得结构应力分布趋于平缓，显著改善了钢桥面板的疲劳受力状态；相比热点应力法和临界距离理论，结构应力法给出的预测结果偏保守且更接近试验值，预测误差仅8%，对于钢-UHPC组合节点，结构应力法的预测值达到无限疲劳寿命。总体而言，结构应力法可以有效地对钢桥面板的疲劳性能进行评估，以较低成本准确预测焊接构件的疲劳寿命并辅助制定检修策略，在钢结构桥梁领域的实用前景广阔。

关键词

正交异性钢桥面板 / 疲劳寿命 / 钢-UHPC组合桥面板 / 结构应力法 / 主S-N曲线