鋼筋混凝土梁正截面受彎性能實驗研究★

李 沖 楊艷敏 李佳憶 曲家忻 王鈺茗 崔鳳宇

(吉林建筑大學，吉林 長春 130118)

鋼筋混凝土梁正截面受彎性能實驗研究★

李 沖 楊艷敏 李佳憶 曲家忻 王鈺茗 崔鳳宇

(吉林建筑大學，吉林 長春 130118)

為了研究梁的配筋率與正截面破壞形式的關(guān)系，制作了三根不同配筋率的梁(適筋梁、超筋梁、少筋梁)，通過觀察和記錄其受力至破壞的整個過程，得到了不同破壞形式梁的M—f曲線和M—ε曲線。實驗結(jié)果表明：由于縱向受拉鋼筋的配筋率ρ的不同，受彎構(gòu)件有適筋、超筋、少筋三種正截面破壞形式，其中適筋梁充分利用了鋼筋和混凝土的強度，且又有較好的塑性。

配筋率，正截面，破壞形式

0 引言

梁是結(jié)構(gòu)工程中主要的受力構(gòu)件，但縱向受拉鋼筋配筋率的不同將導(dǎo)致破壞形式的不同，對結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和安全性有不同的影響。

1 試驗方案

1.1試件設(shè)計和制作

設(shè)計的混凝土強度為C20，縱向受力鋼筋為Ⅰ級,Ⅲ級，箍筋為Ⅰ級鋼。適筋梁、超筋梁、少筋梁配筋見圖1，試件制作安裝見圖2。

1.2加載及觀測方案設(shè)計

加載方式和測點布置見圖3。試驗分級加載，每次加載持荷10 min，讀取應(yīng)變計(測點1′，2′，3′，4′，5′)和位移計(1，2，3)各級讀數(shù)，采用DH3818進行數(shù)據(jù)采集。

2 結(jié)果分析

2.1承載力理論值及實測值分析

采用平截面假定進行計算[1,2]，三種不同破壞形式的混凝土梁理論值及實測值對比分析見表1。

表1 理論值及實測值對比 kN·m

從表1可以看出，各梁開裂荷載差別不大，說明梁的開裂荷載與配筋率幾乎無關(guān)。當梁進入帶裂縫工作階段后，不同配筋率的屈服強度和極限強度不同，配筋率較大的梁，其極限荷載較大。少筋梁開裂荷載接近極限承載力，說明混凝土一旦開裂立即達到極限承載力。適筋梁極限承載力實測值為理論值的2倍，說明按現(xiàn)有規(guī)范設(shè)計具有足夠的安全儲備。

2.2荷載—位移(M—f)曲線

從圖4可以看出，開裂后，除少筋梁發(fā)生脆性破壞退出工作，超筋梁及適筋梁荷載—位移曲線斜率發(fā)生變化，即剛度退化。在鋼筋屈服后，適筋梁有較大的變形空間，位移曲線非常平緩，表現(xiàn)出較強的變形能力；超筋梁承載能力很強，但沒有明顯的變形空間，其變形能力較小。

2.3荷載—應(yīng)變(M—ε)曲線

從圖5可以看出，隨著荷載的增加，受拉區(qū)跨越裂縫的混凝土應(yīng)變逐漸增大。由適筋梁3′可見，接近中和軸處應(yīng)變片由原壓應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺芾内厔?，說明在此過程中，梁受拉區(qū)域不斷向上延伸，中和軸不斷上移。

2.4破壞形式

三種不同配筋梁破壞形式如圖6所示。

由圖6a)可見，適筋梁發(fā)生正截面破壞時，破壞先從受拉區(qū)開始，當受拉區(qū)混凝土達到極限拉應(yīng)變，即荷載達到2.2 kN·m時，受拉區(qū)混凝土即退出工作，原來由受拉區(qū)混凝土承擔的拉應(yīng)力由受拉鋼筋承擔。隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫不斷上移，曲線斜率逐漸減小，說明剛度逐漸降低，荷載達到8.9 kN·m時，達到屈服荷載。之后進入塑性階段，剛度急劇下降，仍具有較強的變形能力，屬于“延性破壞”。當達到12 kN·m時，鋼筋的拉應(yīng)力達到屈服強度，且混凝土的壓應(yīng)力也隨之達到其抗壓極限強度，鋼筋和混凝土兩種材料的強度均被充分利用。

由圖6b)可見，受壓區(qū)混凝土邊緣纖維應(yīng)變達到混凝土彎曲極限壓應(yīng)變先被壓碎，但縱向受拉鋼筋并沒有屈服。破壞時，受拉區(qū)鋼筋仍處于彈性階段，裂縫寬度小，梁的撓度小，破壞突然，沒有明顯的預(yù)兆，屬于“脆性破壞”。超筋梁雖配置過多的受拉鋼筋，但由于梁破壞時其應(yīng)力低于屈服強度，不能充分發(fā)揮其強度，造成鋼筋浪費。

由圖6c)可見，當達到開裂彎矩時，構(gòu)件一旦開裂，受拉區(qū)混凝土立即退出工作，因受拉區(qū)混凝土承擔的拉應(yīng)力立即轉(zhuǎn)移給受拉鋼筋[3]，配筋率較低，則受拉鋼筋應(yīng)力就會猛增并達到其屈服強度，可迅速經(jīng)歷整個流幅而進入強化階段。少筋梁裂縫只有一條，不僅裂縫寬度很大，且沿梁高延伸較高。即使受壓區(qū)混凝土暫未被壓碎，但受拉主筋處裂縫寬度已達到1.5 mm，梁已達到破壞標志。少筋梁承載力取決于混凝土的抗拉強度，所以其承載力很低，混凝土的材料強度得不到合理的利用，既不經(jīng)濟又不安全，故工程中不允許采用。

3 結(jié)語

1)配筋率不同，受彎構(gòu)件有適筋、超筋、少筋三種正截面破壞形式。

2)適筋梁破壞具有明顯的破壞預(yù)兆，承受變形能力強，屬于塑性破壞；超筋梁破壞前宏觀上沒有明顯破壞預(yù)兆，屬于脆性破壞；少筋梁破壞是突然的，屬于脆性破壞。

3)在三種破壞形式中，超筋梁承載力最高，少筋梁承載力最低，適筋梁承載力介于二者之間。

4)適筋梁能夠充分利用鋼筋和混凝土的強度，且具有較好的塑性，是作為設(shè)計依據(jù)的一種破壞形式。

[1] 郭靳時，金菊順，莊新玲.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理[M].武漢：武漢理工大學出版社，2013.

[2] 過鎮(zhèn)海，時旭東.鋼筋混凝土原理和分析[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3] 楊艷敏.全輕混凝土梁承載力研究[J].混凝土，2011(3):48.

Experimentalstudyonbendingperformanceofnormalsectionofreinforcedconcretebeam★

LiChongYangYanminLiJiayiQuJiaxinWangYumingCuiFengyu

(JilinJianzhuUniversity，Changchun130118,China)

To study the relationship between the reinforcement ratio of beam and its damage forms of normal section. Three different reinforcement ratio of beam (balanced reinforcement beam, over-reinforced beam, under-reinforced beam)are test， by observing and recording the beam’s performance of the whole loading process till failure， theM—fcurves andM—εcurves of different forms of beams are obtained. The experimental results indicate that the reinforcement ratio ofρdifferent due to the longitudinal tensile reinforcement. The bending members have three kinds of normal sections，including the balanced-reinforced beam， over-reinforced beam andunder-reinforced beam. The balanced reinforced beam has good plasticity by making full use of the strength of rebar and concrete.

reinforcement ratio, normal section, destructional forms

TU375.1

A

1009-6825(2017)27-0038-02

2017-07-17★：2016年度吉林建筑大學省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201610191165)

李 沖(1996- )，男，在讀本科生