預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁剪切延性分析

【摘要】本文通過對5根后張法預(yù)應(yīng)力超高混凝土簡支梁進行受剪試驗來研究和分析預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁的剪切延性。試驗結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力超高強混凝土的剪延性受試驗梁的剪跨比、配箍率、混凝土強度、預(yù)應(yīng)力等因素的直接影響。本試驗結(jié)果對工程設(shè)計具有一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力；超高強混凝土梁；剪切延性；撓度

隨著高層建筑、公路工程建設(shè)項目的數(shù)量的不斷增加和規(guī)模的不斷擴大，隨著建筑工程項目性能要求的不斷提高，對施工質(zhì)量也提出了更高的要求。超高強混凝土以其高抗壓強度、優(yōu)質(zhì)的耐久性、截面尺寸易控等優(yōu)勢，在我國的高層建筑、公路橋梁工程建設(shè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁具有超高的強度，而且具有良好的延性，在應(yīng)用過程中脆性破壞率低，采用此種材料結(jié)構(gòu)的建筑和工程在內(nèi)力重分布和抗震方面表現(xiàn)良好。

延性指的是材料、結(jié)構(gòu)體系受荷載作用的影響進入非線性的狀態(tài)，承載力沒有明顯變化的情況下所表現(xiàn)出來的抗變形的能力。從國內(nèi)外對預(yù)應(yīng)力高強混凝土的延性分析來看，主要側(cè)重于對受彎構(gòu)件的延性進行研究和分析，并且已經(jīng)取得了一定的成果。但是從地震荷載的角度分析，受地震荷載的作用，混凝土構(gòu)件的剪切破壞相對更為多發(fā)，破壞程度也更為嚴重，重視對剪切延性的研究對于提高混凝土梁的強度和抗變形能力有積極的意義。本文為了檢驗已有的混凝土結(jié)構(gòu)延性計算方法是否對預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁同樣適用，以5根預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁為研究對象進行斜截面受剪性能的試驗。對影響預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁的剪切延性的因素，如剪跨比、配箍率、預(yù)應(yīng)力強度等進行研究分析。

1、試驗基本情況

本試驗以5根預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁作為試驗對象，截面尺寸為150mm×330mm。剪跨比為1.5、2.0和2.5。5根混凝土梁的強度等級分別為C40、C70和C100；受拉鋼筋為HRB335級的鋼筋，3根試驗混凝土梁的鋼筋直徑為20mm，365N/mm2的屈服強度；試驗梁的箍筋使用的是HPB235級鋼筋，直徑為6.5mm，330N/mm2的屈服強度；試驗梁的預(yù)應(yīng)力筋使用的試1860級鋼絞線；選擇使用低回縮預(yù)應(yīng)力錨具，主要對試驗梁的剪跨比、配箍率、混凝土強度和預(yù)應(yīng)力進行試驗測量。

2、試驗加載和測點方案設(shè)計

見上圖1所示，為了對箍筋的應(yīng)變進行測量，在加載點和箍筋上裝置應(yīng)變片；為了對鋼筋應(yīng)變進行測量，在縱筋和預(yù)應(yīng)力筋上裝置應(yīng)變片；為了對梁的主應(yīng)變進行測量在試驗梁的兩個剪跨段內(nèi)布設(shè)應(yīng)變片；為了對梁的整體變形進行測量，在梁跨的支座位置和中底部位設(shè)置LVDT。試驗的加載制度采用分級單調(diào)靜力加載，利用千斤頂對梁的跨中進行載荷施加，采用IMC進行數(shù)據(jù)采集。

3、試驗結(jié)果分析

3.1試驗表現(xiàn)與結(jié)果

在加載的初始階段，試驗梁在彈性階段，直到加載超過梁極限荷載的30%時，在加載點的正下方開始有彎曲裂縫出現(xiàn)。隨著荷載的逐漸增加，在剪跨區(qū)出現(xiàn)縱向的彎曲裂縫。荷載達到荷載的50%，突然在預(yù)應(yīng)力鋼筋位置出現(xiàn)斜裂縫，荷載加大，裂縫隨之加大。當(dāng)裂縫擴大到荷載作用點，向支座方向延伸發(fā)展時，斜截面的承載達到了極限。在試驗的過程中，最先屈服的是箍筋，縱筋發(fā)生剪壓破壞。

3.2荷載-撓度曲線分析

參見上圖2試驗梁跨中截面荷載-撓度曲線，試驗梁的荷載達到極限荷載的30%以內(nèi)，撓度的增長態(tài)勢呈線性，梁處于彈性階段。當(dāng)荷載超過極限荷載的30%以后開始出現(xiàn)彎曲裂縫，曲線出現(xiàn)拐點，達到極限荷載的50%以后，撓度增加加快，裂縫逐漸擴大，梁處于彈塑性階段。當(dāng)荷載超過極限荷載的85%，梁開始屈服，出現(xiàn)明顯的屈服點；當(dāng)達到梁承載的極限后，梁的承載能力突然降低，撓度增長呈現(xiàn)緩慢的態(tài)勢。在試驗梁當(dāng)中都布設(shè)了縱筋，這使超高強混凝土材料的脆性破壞特點得到有效的改善。在荷載達到極限以后，撓度曲線的位移有微小的增加，可見如果對梁忠配置的縱筋的配筋率進行增加調(diào)整，對于改善超高強混凝土梁的脆性破壞，提高其剛度和抗彎性能十分有利。

3.3剪切延性系數(shù)分析

3.3.1剪跨比的影響

根據(jù)本次試驗結(jié)果的分析，試驗梁的剪跨比增加，剪切延性系數(shù)也隨之增加，究其原因是因為隨著剪跨比的增加，與臨界斜裂縫相交的箍筋肢數(shù)增加，從而耗能作用增多。剪跨比大的試驗梁在達到荷載極限后，荷載下降的速度相對慢些，這也表示其剪切延性有所增強。

3.3.2配箍率的影響

隨著配箍率的增加，梁的剪切延性得以提高，當(dāng)剪切斜裂縫出現(xiàn)后，受箍筋的約束和拉結(jié)作用，斜裂縫的發(fā)展受到抑制。由此可見，適當(dāng)?shù)膶⒐拷畹臄?shù)量增加，能夠?qū)α旱淖冃文芰τ行У母纳?，提高梁的剪切延性?/p>

3.3.3混凝土強度的影響

從試驗的結(jié)果來看，當(dāng)梁剪跨比為1.5時，混凝土強度增加時，梁的剪切延性提高了13%左右。當(dāng)梁的剪跨比提高到2.0時，混凝土強度提高20%左右。也就是說對于混凝土材料本身而言，其強度增加導(dǎo)致其脆性增大，但是延性卻也隨之提高，可見混凝土強度的提高對于剪切延性的增加具有一定的效果。

3.3.4預(yù)應(yīng)力的影響

梁的剪跨比為1.5時，預(yù)應(yīng)力從初始的0逐漸增加到0.42，剪切延性系數(shù)降低了35%左右，由此可以得出，預(yù)應(yīng)力的不斷增加使得試驗梁的變形能力隨之逐漸降低，剪切延性相應(yīng)的隨之降低。

4、結(jié)論

通過本文的試驗可以得出，預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁剪切延性與梁的剪跨比、配箍率、混凝土強度以及預(yù)應(yīng)力的大小等因素有直接的關(guān)系，前三者因素的增加，剪切延性也隨之提高，只有預(yù)應(yīng)力的提高會導(dǎo)致剪切延性的降低。

參考文獻

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