附录J 钢与混凝土组合梁的疲劳验算

J.0.1 本附录规定仅针对直接承受动力荷载的组合梁。组合梁的疲劳验算应符合本标准第16章的规定。
J.0.2 当抗剪连接件为圆柱头焊钉时，应按本标准第16章的规定对承受剪力的圆柱头焊钉进行剪应力幅疲劳验算，构件和连接类别取为J3。
J.0.3 当抗剪连接件焊于承受拉应力的钢梁翼缘时，应按本标准第16章的规定对焊有焊钉的受拉钢板进行正应力幅疲劳验算，构件和连接类别取为Z7。同时尚应满足下列要求：
    对常幅疲劳或变幅疲劳：     对于重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架：     式中：△τ——焊钉名义剪应力幅或等效名义剪应力幅(N／mm²)，按本标准第16.2节的规定计算；
              [△τ]——焊钉容许剪应力幅(N／mm2)，按本标准式(16.2.2-4)计算，构件和连接类别取为J3；
              △σ——焊有焊钉的受拉钢板名义正应力幅或等效名义正应力幅(N／mm²)，按本标准16.2节的规定计算；
              [△σ]——焊有焊钉的受拉钢板容许正应力幅(N／mm2)，按本标准式(16.2.2-2)计算，构件和连接类别取为Z7；
              α_f——欠载系数，按本标准表16.2.4的规定计算；
              [△τ]2×10⁶——循环次数n为2×110⁶次焊钉的容许剪应力幅(N／mm²)，按本标准表16.2.1-2的规定计算，构件和连接类别取为J3；
              [△σ]2×10⁶——循环次数n为2×10⁶次焊有焊钉受拉钢板的容许正应力幅(N／mm²)，按本标准表16.2.1-1的规定计算，构件和连接类别取为Z7。

J.0.1 对于直接承受动力荷载的组合梁，除按照本标准第16章的相关要求同纯钢结构一样进行疲劳验算外，还需特别注意以下两个问题：
    1 需专门对承受剪力的焊钉连接件进行疲劳验算；
    2 若焊钉连接件焊于承受拉应力的钢梁翼缘时，应对焊有焊钉的受拉钢板进行疲劳验算，同时应考虑焊钉受剪和钢板受拉两者共同作用对组合梁疲劳寿命的不利影响。本附录的相关规定主要针对上述两个问题。
J.0.2 焊钉连接件的疲劳寿命问题是组合梁疲劳设计的关键问题，各国规范给出的焊钉连接件疲劳寿命和剪应力幅的关系不尽相同：
    日本《钢-混凝土组合梁设计规范草案》规定焊钉的容许剪应力幅由下式计算：     式中：N——失效的循环次数，即疲劳寿命；
              △τ——焊钉连接件焊接处平均剪应力幅(N／mm²)。
    英国规范BS5400对67个焊钉的疲劳试验数据进行回归分析，得到了单个焊钉设计疲劳寿命的计算公式：
    式中：r——单个焊钉的剪力幅(kN)和名义静力极限受剪承载力(kN)的比值；
              N——失效的循环次数，即疲劳寿命。
    美国《公路桥梁设计规范》AASHTO中所采用的焊钉疲劳寿命计算公式为1966年Slutter和Fisher等人拟合的公式：     式中：σ_r——焊钉焊接处的平均剪应力幅(N／mm2)。
    在上式的基础上，AASHTO规范发展了单个焊钉的疲劳受剪承载力计算公式。规范规定，单个焊钉的疲劳受剪承载力按下式计算：     式中：Z_r——单个焊钉能够承受的最大剪力幅(N)；
              d——焊钉钉杆直径(mm)；
              N——失效的循环次数，即疲劳寿命。
    欧洲组合结构设计规范EC4：Design of composite steel and concrete structures规定，对于埋于普通混凝土的圆柱头焊钉，其疲劳寿命计算公式如下：     式中：△τ——焊钉焊接处的平均剪应力幅(N／mm2)；
              N——疲劳循环次数；
              m——常数，取m＝8；
              △_τr——循环次数为2×10⁶对应的允许剪应力幅，其值为90N／mm²。
    本次修订增加“承受剪力的圆柱头焊钉”作为一种新的构件和连接类别，定为J3类别，其疲劳计算的参数取值采用欧洲组合结构设计规范EC4给出的相关建议。
J.0.3 对于焊有焊钉的受拉钢板，其疲劳裂纹会发生在焊趾和钢板的交界处，和焊钉本身的剪切疲劳破坏不同，要进行单独的疲劳验算。参考欧洲钢结构设计规范EC3：Design of steel structures，定为Z7类构造。
    参考欧洲组合结构设计规范EC4的建议，除按Z7类构件和连接进行疲劳验算外，焊有焊钉的受拉钢板还应同时满足式(J.0.3-1)或式(J.0.3-2)的要求，以充分考虑焊钉受剪和钢板受拉两者共同作用对组合梁疲劳寿命的不利影响。