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      關(guān)于對雙高預(yù)應(yīng)力梁剛度的試驗研究

      2017-01-14 06:10:21閆麗萍
      企業(yè)文化·下旬刊 2016年11期
      關(guān)鍵詞:撓度預(yù)應(yīng)力

      閆麗萍

      摘要:雙高梁是在配置高強度等級混凝土和高強度等級鋼筋的基礎(chǔ)上采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的一種新型構(gòu)件,它綜合了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和高強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,具有更好的力學(xué)性能,有了越來越廣泛的應(yīng)用。文章通過對12根雙高梁的試驗研究,分析了現(xiàn)有規(guī)范剛度計算公式的適用性以及配筋率、預(yù)應(yīng)力度與混凝土強度等因素對梁抗彎剛度的影響,并對規(guī)范公式進行了修正。通過研究得出:現(xiàn)有公式對于雙高梁仍然適用,修正后的公式更加精確;而且混凝土強度越高、配筋率越大,預(yù)應(yīng)力筋越多,梁的剛度越大,預(yù)應(yīng)力的加入有效彌補了高強鋼筋混凝土構(gòu)件因截面尺寸減小而導(dǎo)致剛度降低的缺陷。此次試驗研究為雙高梁在實際工程中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

      關(guān)鍵詞:高強鋼筋;高強混凝土;預(yù)應(yīng)力;抗彎剛度;撓度

      一、試驗概況

      (一)試件設(shè)計。本文試驗的主要目的是分析混凝土強度等級、非預(yù)應(yīng)力筋配筋率和預(yù)應(yīng)力度對受彎構(gòu)件剛度的影響。為此保持構(gòu)件的截面尺寸不變,通過改變上述三個參數(shù)來研究其對剛度的影響;試驗共設(shè)計了12根后張預(yù)應(yīng)力梁試件,其中6根梁采用C80混凝土,6根采用C100混凝土,非預(yù)應(yīng)力筋采用HRBF500級鋼筋,箍筋為HRB400級鋼筋,預(yù)應(yīng)力筋采用低松弛1860級1×7股鋼絞線。試件梁總長5.8m,試驗跨度5.4m,截面設(shè)計尺寸均為200mm×450mm。

      (二)試件材料性能。試驗梁在澆筑的同時預(yù)留混凝土立方體試塊和棱柱體試塊在標準條件下養(yǎng)護28d后的抗壓強度。對雙高梁所用鋼筋進行了力學(xué)性能試驗,測量每種直徑的鋼筋和鋼絞線的屈服強度和極限強度。

      (三)加載方案及量測方案。試驗采用兩點對稱集中加載,試驗加載采用兩階段控制方法,屈服前采用荷載控制,分四~五級加載;屈服后改為位移控制,按試件屈服時跨中撓度的倍數(shù)逐級加載,直至試件承載力下降到最大承載力的85%左右時結(jié)束試驗。試驗正式加載之前進行預(yù)加載,正式加載時,每級荷載完成后持荷10分鐘。

      二、試驗結(jié)果及分析

      (一)平截面假定的驗證。本次試驗采用位移計測量試驗梁各截面的混凝土平均應(yīng)變,在梁跨中自上而下布置了5個小位移計,平均應(yīng)變沿截面高度分布情況如圖4所示。由圖上曲線可以看出,隨著荷載的增加,截面的中性軸逐漸地向上移動,在各級荷載作用下,混凝土的平均應(yīng)變呈線性分布,截面變保持平面,符合平截面假定。

      (二)跨中撓度計算分析。試驗發(fā)現(xiàn),各試驗梁的變形隨荷載的增加均表現(xiàn)出明顯的3個階段:第1階段為彈性階段,梁的變形隨荷載的增加呈線性增大,抗彎剛度(曲線的斜率)基本不變;第2階段為彈塑性階段,彎矩達到0.4Mu~0.5Mu時,由于裂縫的產(chǎn)生使梁的抗彎剛度出現(xiàn)退化,剛度約為第1階段的50%~65%,試驗梁的變形隨荷載的增加呈非線性增長,梁的抗彎剛度因裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展而逐漸降低,此階段按照直線雙線性理論可以近似看作直線段。第1階段和第2階段之間有明顯的轉(zhuǎn)折點,為梁正截面的開裂點;第3階段為塑性階段,當(dāng)彎矩達到0.9Mu~1.0Mu時,出現(xiàn)第二個拐點,此后試驗梁承受的荷載基本不變而變形增加,剛度約為第1階段的10%~15%,標志著梁正截面達到了正常使用極限狀態(tài)。

      在開裂前,各種計算公式?jīng)]有太大的分歧,我國混凝土規(guī)范采用的剛度公式為Bs=0.85EcI0,美國ACI規(guī)范采用的是Bs=EcIg。對于開裂后構(gòu)件撓度的計算方法,主要有:直線雙線性法、有效慣性矩法和曲率積分法”。

      通過對比分析表明:預(yù)應(yīng)力梁截面剛度按規(guī)范規(guī)范公式及直線雙線性公式進行計算均有較大偏差,計算值均大于試驗值,說明兩種計算方法都偏安全偏保守。開裂前直線雙線性計算值誤差較小,開裂后規(guī)范計算值誤差較小。正常使用狀態(tài)下兩種公式計算值的離散性均較好,但計算值都大于試驗值,規(guī)范方法跟直線雙線性方法對于梁跨中撓度的計算均適用但偏保守,開裂前,直線雙線性計算值更接近試驗值,開裂后使用規(guī)范計算公式更精確。

      (三)抗彎剛度影響因素分析。通過分析開裂前后配筋率、預(yù)應(yīng)力度λ、混凝土強度等級對梁剛度的影響曲線,可以看出:開裂前,梁的剛度受各因素的影響不大,相對來說,混凝土強度等級對梁剛度的作用最大,其次是配筋率,幾乎不受預(yù)應(yīng)力度的影響,原因是此時梁的變形很小,預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變有滯后,發(fā)揮的作用較小,預(yù)應(yīng)力筋對梁的抗彎剛度貢獻不大。開裂后,配筋率、預(yù)應(yīng)力度對剛度的影響作用很大,剛度隨配筋率的增大、預(yù)應(yīng)力度的提高而增大,混凝土強度等級對梁剛度影響較小。

      三、結(jié)論

      通過對12根雙高梁進行抗彎性能試驗,分析了現(xiàn)有剛度計算公式的適用性及幾個關(guān)鍵參數(shù)對梁抗彎剛度的影響,得到以下幾個基本結(jié)論:

      (一)正常使用狀態(tài)下,雙高梁的抗彎剛度仍可用混凝土規(guī)范中的剛度公式或直線雙線性公司進行計算,鋼筋屈服后,兩種公式均不再適用。

      (二)本試驗各構(gòu)件的跨中撓度試驗值小于兩種方法計算值,說明兩種方法都偏保守偏安全,將兩種計算方法進行比較發(fā)現(xiàn),開裂前,直線雙線性方法計算值更接近試驗值,開裂后,按規(guī)范方法計算更精確。

      (三)雙高梁,在開裂前,預(yù)應(yīng)力度對梁剛度幾乎沒有影響,梁剛度受混凝土強度等級及配筋率影響較小。開裂后,影響梁抗彎剛度的最大因素是預(yù)應(yīng)力度和配筋率,梁剛度隨著配筋率的增大、預(yù)應(yīng)力度的提高提高而增大,混凝土強度等級對剛度影響較小。

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