高强钢筋疲劳寿命研究现状

夏留佳 夏佳伟 潘登 王焱

摘要：自钢筋混凝土结构诞生以来，人们就没有停止对其各方面的研究，包括钢筋的延性、疲劳性能等方面研究，高强钢筋凭借其高工作性能使其更多的应用于结构中，然而钢筋在使用的过程中往往发生疲劳破坏，所以对高强钢筋的疲劳性能有必要研究;本文基于大量关于高强钢筋疲劳试验研究文献，首先对高强钢筋疲劳寿命S-N曲线的数学模型进行一个介绍，接着对高强钢筋的疲劳性能研究现状做一个概述。

关键字：高强钢筋;疲劳性能;S-N曲线;研究综述;

1引言

随着高强钢筋在结构设计理论上的日益成熟，高强钢筋也越来越多的应用于高层和抗震建筑结构中0;高强钢筋凭借其在结构受力优异性能，相比于低强度钢筋可以节约钢筋用料约为10%，能够创造良好的经济效益，同时也可以带来施工的方便，使其得到设计人员的青睐。然而钢筋在结构中往往会承受地震水平作用和列车得往复荷载，而发生疲劳破坏，所以有必要对钢筋疲劳寿命预测S-N曲线求解方法和研究现状进行一个总结介绍。

2疲劳寿命S-N曲线求解模型

2.1指数函数法

指数函数法表达式： （1-1）

两边取对数有：mSlge+lgN=lgC

整理有：lgN=lgC-（mlge）S （1-2）

式中：e为自然对数的底; N疲劳寿命; S为应力水平;m和C为试验确定的两个常数;

在给定应力比R或者平均应力 的条件下确定 与N之间指数函数关系。我们可以从式1-2看出S与lgN成线性关系，故此方法求得的模型一般称为单对数S-N模型。

2.2幂函数法

幂函数法表达式：NSm=C（2-1）

两边取对数有：mlgS+lgN=lgC

整理有：lgN=lgC-mlgS（2-2）

式中：m和C为试验确定的两个常数;在给定应力比R或者平均应力 的条件下确定 与N之间指数函数关系。我们可以从式2-2看出lgS与lgN成线性关系，故此方法求得的模型一般称为双对数S-N曲线。

2.3三参数幂函数法

三参数幂函数法表达式： （3-1）

两边取对数得：

整理得： （3-2）

式中：0拟合疲劳极限;B1、B2、B3 为材料参数，其中B1=lgC;b2=-m;B3=0;Nf为疲劳寿命;max为最大应力;此种方法求出的模型一般称为三参数幂函数S-N曲线;

3高强钢筋疲劳性能

高强钢筋的疲劳性能是众多学者的研究方向，在高层和抗震结构中的重要性也是不言而喻的，对于高强钢筋的疲劳性能，学者们也是做了大量的试验研究和理论分析。

张耀庭等人0以HRB400钢筋为试验研究对象，通过对3根HRB400钢筋标准试件进行单轴拉伸试验，得到HRB400钢筋的基本力学性能参数的取值;通过对7组试件的等应变幅循环加载试验，得到应变幅-疲劳寿命和应变幅-强度退化数值关系式。

陆鹏雁等人0以HRB500钢筋为试验研究对象，通过对HRB500钢筋进行疲劳试验，利用升降法得到钢筋在应力比R=0.1时107周次的疲劳强度0.1=587.5MPa，远远高于一般碳素结构钢的疲劳强度。通过对直径32mm的HRB500钢筋设计3组不同应力水平，每组应力水平做3次，利用三参数幂函数法进行非线性拟合得到HRB500钢筋疲劳寿命S-N曲线方程。通过对直径32mm和22mmHRB500钢筋标准试件进行疲劳试验，发现直径大小对HRB500的疲劳强度基本没有影响，疲劳强度主要与组成材料的成分及晶体洁净度有关。

张少华等人0以HRB500钢筋和HRBF500钢筋为研究对象，通过对16mm的HRB500钢筋和HRBF500钢筋标准试件进行疲劳试验研究，整个试验过程采用荷载控制，等应变幅正弦加载，加载频率为40Hz，设定的应力比R=0.2。利用“双对数-双折线”模型得到HRB500鋼筋和HRBF500钢筋的疲劳寿命S-N曲线方程HRBF500钢筋的疲劳性能略优于HRB500钢筋。

徐庆元等人0以HRB500和HRB400钢筋为研究对象，首先参照国家标准制作标准试件，疲劳试验共设计5个应力水平，每个应力水平共制作了6个试件，总计30个试件，通过MTS电子伺服材料试验机，对HRB500和HRB400钢筋进行轴向对称拉伸疲劳试验研究，拟合出了HRB500和HRB400钢筋S-N曲线和疲劳寿命S-N方程;

4总结

随着科学技术的快速发展，建筑材料的强度也得到了很大的提高，然而在高强钢筋的设计使用中，我们必须得注意高强钢筋的疲劳性能，钢筋的累计疲劳损伤危及结构的安全，所以揭示疲劳损伤规律，探究其破坏机理，建立疲劳寿命预测模型是很有必要。学者们对高强钢筋疲劳性能的进行了大量的试验研究，建立了高强钢筋的疲劳损伤模型和疲劳损伤寿命曲线为高强钢筋在建筑、桥梁结构中的使用提供了理论基础。

参考文献

[1]张耀庭，赵璧归，李瑞鸽，杜晓菊.HRB400钢筋单调拉伸及低周疲劳性能试验研究[J].工程力学，2016，33（04）：121-129.

[2]陆鹏雁，刘煜，吴华杰，刘纲.HRB500高强钢筋拉压疲劳性能研究及断口分析[J].机械强度，2015，37（02）：248-253.

[3]张少华，王起才，张戎令，段运，王神力.16mmHRB（F）500级高强钢筋疲劳性能研究[J].工业建筑，2017，47（06）：40-43.

[4]徐庆元，方子匀，林青腾，张泽.HRB500与HRB400钢筋疲劳性能对比试验研究[J].实验力学，2019，34（01）：105-112.

作者简介：夏留佳（1997.08——）男，江苏连云港市人，汉族，硕士研究生，单位：扬州大学，研究方向：纤维复合材料在土木工程中的应用。