地下管溝變形縫抗剪鋼筋反復(fù)加荷實(shí)驗(yàn)研究*

蔣春霞，黃志成

（廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526020）

引言

按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定在每隔不大于30 米的地方現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下管溝就要設(shè)置溫度伸縮縫，如遇有一些不利工程地質(zhì)條件還要設(shè)置變形縫，在地基不均勻沉降等作用下變形縫會(huì)發(fā)生相對位移，這些位移會(huì)使管溝內(nèi)的管線產(chǎn)生附加內(nèi)力影響管線的正常使用，在實(shí)際施工中為了減少這種影響，經(jīng)常在變形縫中布設(shè)抗剪鋼筋。在很多工程實(shí)踐中表明這種方法真實(shí)有效，本文就在實(shí)驗(yàn)室中建立縮尺模型對兩種不同鋼筋在布置方法、數(shù)量、錨固長度下得到它們的破壞方式、力-位移關(guān)系曲線、延性指數(shù)等，為以后的地下管溝的建設(shè)提供基礎(chǔ)研究資料和設(shè)計(jì)參考。

1 試驗(yàn)基本情況

本文在實(shí)驗(yàn)時(shí)共做了4 個(gè)縮尺試件編號分別為GLS1-GKS3，分成2 組，都現(xiàn)澆于混凝土基礎(chǔ)底座兩端?；炷粱A(chǔ)底座于地面剛性連接，試件抗傾覆系數(shù)滿足要求。試件包括與底座一起澆筑的節(jié)段1、懸臂端節(jié)段 2和中間的變形縫組成，變形縫中間有抗剪鋼筋把兩個(gè)節(jié)段連成一個(gè)整體。節(jié)段1 和節(jié)段2 尺寸為縱長都為350毫米，截面高1000 毫米，寬800 毫米，變形縫寬10 毫米，頂板和底板板厚都為120 毫米，側(cè)壁壁厚100 毫米。管溝總截面積510000 平方毫米，鋼筋總截面積2873.9 平方毫米，配筋率0.564%，這些構(gòu)造與實(shí)際結(jié)構(gòu)相近。

圖1 實(shí)驗(yàn)加荷裝置

抗剪鋼筋牌號為HRB335 的直徑為10 鋼筋，長度300 毫米，兩端植入節(jié)段1 和節(jié)段2 中，沿管溝壁均勻布置或僅側(cè)壁布置，其具體布置方案如下表1。

材料為混凝土選用C35 等級，預(yù)埋管為Q235b?？辜翡摻畛休d計(jì)算公式為：

表1 抗剪鋼筋布置方案

其中p 為試件受到的集中荷載，a 為荷載位置處變形縫之間的距離，n 為抗剪鋼筋數(shù)量，Wpn為單根鋼筋的截面抵抗矩，fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，試件受力之后產(chǎn)生的彎矩和剪力圖如下：

圖2 試件受力圖

根據(jù)強(qiáng)度理論計(jì)算公式：

其中 σ1、σ2、σ3分別為三個(gè)維度上的應(yīng)力，[σ]為材料容許應(yīng)力。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入得到，當(dāng) n=25 時(shí)，P=310.8kN。

2 實(shí)驗(yàn)方案

為保證試件在變形縫處的受力以受剪為主，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，采用了把變形縫處的鋼筋布置成鉸接，在試件頂部用千斤頂豎向施加剪力。試件的混凝土基礎(chǔ)跟實(shí)驗(yàn)室的地槽為剛性連接，其中節(jié)段1 讓它保持與混凝土基礎(chǔ)整體現(xiàn)澆，節(jié)段2 懸挑。本次實(shí)驗(yàn)采用控制位移和荷載雙重因素進(jìn)行反復(fù)加載，每次加載后持荷2 到3 分鐘，觀察試件裂縫和破壞的發(fā)展情況。加載過程分為預(yù)加載和正式加載兩個(gè)階段，在預(yù)加載階段以每級0.21kN/s 速率均勻地分三級加載在試件上；在正式加載階段以25kN/s的速率均勻地反復(fù)地加載在試件上，并記錄管溝在每次循環(huán)荷載下地變形縫處地豎向位移值和管溝的頂板、底板及管溝側(cè)壁裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展情況。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

GLS1 試件當(dāng)荷載加載到55kN 時(shí)開始出現(xiàn)裂縫，在管溝的正面也出現(xiàn)了一條連接頂板到底板的貫穿裂縫，繼續(xù)增大荷載，這條裂縫不斷加寬，同時(shí)在管溝的側(cè)面和底部也開始出現(xiàn)多條裂縫，當(dāng)把剪力加到110kN 時(shí)，上部的抗剪鋼筋處的混凝土開始剝落，前面的裂縫繼續(xù)發(fā)展變寬變大。位移加載初始值為10 毫米，剪力=250kN時(shí)，管溝頂板底面和板混凝土都出現(xiàn)了可見的裂縫，增大位移量，裂縫也跟著繼續(xù)發(fā)展。

GLS2 試件當(dāng)豎向剪力等于65kN 時(shí)開始出現(xiàn)裂縫，管溝正面中部出現(xiàn)兩條豎向斜裂縫，繼續(xù)加大荷載，正面裂縫向地面方向發(fā)展，側(cè)面也由水平和斜向裂縫出現(xiàn)；當(dāng)荷載加到150kN 時(shí)，同時(shí)進(jìn)行位移加載，發(fā)現(xiàn)隨著位移增加，位于側(cè)壁上下端邊的裂縫斜向發(fā)展直至正面；繼續(xù)加載和加位移，變形縫周圍的混凝土開始剝落，裂縫繼續(xù)發(fā)展，最后抗剪鋼筋斷裂。

GLS3 試件當(dāng)剪力等于33kN 時(shí)，管溝正左面出現(xiàn)了豎向貫穿裂縫，繼續(xù)加大荷載，管溝側(cè)面，底板都出現(xiàn)了很多豎向裂縫；開始加位移，這時(shí)中部的抗剪鋼筋的混凝土有少量剝落，繼續(xù)增加位移量和力，管溝正面裂縫都向兩端發(fā)展，混凝土持續(xù)剝落，裂縫繼續(xù)加大變寬，直至最后抗剪鋼筋斷裂，以剪切為主的試件破壞。

GLS4 試件當(dāng)剪力等于35kN 時(shí)出現(xiàn)開裂，管溝正面也出現(xiàn)一條豎向裂縫，繼續(xù)加大荷載，側(cè)面出現(xiàn)多頭水平和豎向裂縫；加載到160kN 時(shí)，開始加載位移，既有裂縫不斷向周圍發(fā)展，當(dāng)加載到200kN 時(shí)，管溝端邊的抗剪鋼筋出現(xiàn)了肉眼可見的受彎扭曲現(xiàn)象，周邊混凝土也有少量剝落，繼續(xù)加載，最后抗剪鋼筋斷裂，破壞以剪切斷裂為主同時(shí)也伴隨受彎受扭。

圖3 實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)最頻繁的裂縫分布圖

表2 試件承載力、位移和位移延性系數(shù)表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出試件承載力、位移和位移延性系數(shù)見表2。

4 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)可得：地下管溝在變形縫處設(shè)置抗剪鋼筋具有良好的延性和抗震性，實(shí)驗(yàn)中在抗剪鋼筋植入混凝土內(nèi)部的鋼筋均沒有出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，說明在地下管溝中抗剪鋼筋的植入錨固長度最后為15d 左右，試件破壞以承受抗剪斷裂為主，同時(shí)有混凝土剝落現(xiàn)象，試件在加載過程中，裂縫先出現(xiàn)在兩端，即該部位先受力且受力較大，在以后的布設(shè)中，可以適當(dāng)加大這個(gè)部位的配筋，整個(gè)受力形式接近單跨簡支梁受力形式。