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PCSS剪力联结赋能装配式钢桁-砼梁：负弯矩区疲劳性能的试验剖析与理论探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着现代交通事业的迅猛发展，桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其建设需求日益增长。装配式钢桁-砼梁以其独特的优势，在桥梁工程中得到了广泛应用。这种结构形式充分发挥了钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，具有强度高、刚度大、施工速度快、工业化程度高以及对环境影响小等优点，能够有效满足现代桥梁建设对于高效、环保和经济的要求。在实际工程中，装配式钢桁-砼梁不可避免地会承受各种荷载的反复作用，尤其是在负弯矩区，受力状态复杂，疲劳问题成为影响结构耐久性和安全性的关键因素。

剪力联结作为钢桁与砼梁之间传递剪力、保证二者协同工作的关键环节，其性能直接关系到组合梁的整体力学行为和疲劳性能。PCSS（Pre-CastShearSystem）剪力联结作为一种新型的连接方式，通过预制的剪力传递结构实现钢与混凝土之间的可靠连接，具有施工便捷、受力性能良好等特点，为装配式钢桁-砼梁的发展提供了新的技术支持。深入研究基于PCSS剪力联结的装配式钢桁-砼梁负弯矩区疲劳性能，对于揭示该结构体系在复杂荷载作用下的力学行为和破坏机理，完善相关设计理论和方法，确保桥梁结构的长期安全运营具有重要的理论意义和工程实用价值。从理论层面来看，目前针对PCSS剪力联结在装配式钢桁-砼梁负弯矩区的疲劳性能研究尚不够系统和深入，相关理论和模型仍有待进一步完善。通过本研究，有望丰富和发展钢-混组合结构的疲劳理论，为该领域的学术研究提供新的思路和方法。从工程实践角度出发，准确掌握装配式钢桁-砼梁负弯矩区的疲劳性能，能够为桥梁的设计、施工和维护提供科学依据，有助于优化结构设计、合理选择材料和施工工艺，提高桥梁的抗疲劳能力，延长使用寿命，降低全寿命周期成本。同时，研究成果对于推动装配式钢桁-砼梁在更多桥梁工程中的应用，促进桥梁建设技术的进步和创新具有积极的促进作用。

1.2国内外研究现状

1.2.1钢-混组合梁疲劳性能研究

钢-混组合梁的疲劳性能一直是国内外学者关注的重点研究领域。国外对钢-混组合梁疲劳性能的研究起步较早，取得了一系列重要成果。早在20世纪中叶，欧美等发达国家就开始针对钢-混组合梁在交通荷载等反复作用下的疲劳问题展开研究。通过大量的试验研究，分析了不同材料特性、构造细节以及荷载历程等因素对组合梁疲劳性能的影响。在材料特性方面，研究发现钢材的强度等级、韧性以及混凝土的抗压强度、弹性模量等参数与组合梁的疲劳寿命密切相关。较高强度的钢材和良好的混凝土性能能够在一定程度上提高组合梁的疲劳抗力。在构造细节方面，剪力连接件的布置方式、间距以及梁端连接形式等对组合梁的疲劳性能有着显著影响。合理设计剪力连接件的布置，能够有效改善钢与混凝土之间的协同工作性能，减少应力集中，从而提高组合梁的疲劳寿命。一些学者还针对不同的荷载历程，包括等幅荷载、变幅荷载以及随机荷载等，开展了疲劳试验和理论分析，建立了相应的疲劳寿命预测模型，如基于Miner线性累积损伤理论的模型以及考虑荷载顺序效应的非线性累积损伤模型等。

国内对钢-混组合梁疲劳性能的研究相对较晚，但近年来发展迅速。随着国内交通基础设施建设的大规模开展，钢-混组合梁在桥梁工程中的应用日益广泛，相关的研究也逐渐深入。国内学者通过试验研究、数值模拟和理论分析等多种手段，对钢-混组合梁的疲劳性能进行了全面的研究。在试验研究方面，许多高校和科研机构开展了大量的足尺模型试验和缩尺模型试验，研究了不同类型组合梁在各种荷载工况下的疲劳性能，分析了裂缝开展、变形发展以及构件损伤演化等规律。在数值模拟方面，利用有限元软件对钢-混组合梁进行建模分析，模拟其在疲劳荷载作用下的力学行为，与试验结果相互验证，为理论分析提供了有力支持。在理论分析方面，基于国内外已有研究成果，结合国内工程实际情况，对钢-混组合梁的疲劳设计方法进行了深入探讨，提出了一些改进的设计建议和计算方法。然而，目前钢-混组合梁疲劳性能研究仍存在一些不足之处。一方面，对于复杂荷载作用下，尤其是同时考虑多种因素耦合作用时，组合梁的疲劳性能研究还不够深入，相关理论和模型的准确性和可靠性有待进一步验证。另一方面，不同研究成果之间存在一定的差异，缺乏统一的认识和标准，给工程设计和应用带来了一定的困扰。

1.2.2PCSS剪力联结研究

PCSS剪力联结作为一种新型的连接方式，近年来在国内外受到了一定的关注。PCSS剪力联结的原理是通过预制的剪力传递结构，利用PBL（PerfobondLeiste）剪力键等方式实现钢与混凝土之间的剪力传递，从而保证钢桁与砼梁在受力过程中能够协同工作。