钢-高强钢纤维混凝土组合梁负弯矩区裂缝研究

第３８卷第９期　２　０　１　２年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣ　ＩＵＲＥ　Ｖ０１．３８　Ｎｏ．９　Ｍａｒ．　２０１２　・３７・　文章编号：１００９—６８２５（２０１２）０９—００３７－０２　钢一高强钢纤维混凝土组合梁负弯矩区裂缝研究　王海超摘曹胜　２６６５９０）　（山东科技大学，山东青岛要：对钢一高强钢纤维混凝土组合梁的抗裂性能及其裂缝开展宽度进行反位试验研究，研究了高强钢纤维混凝土在各个加载　阶段的裂缝开展情况。研究表明，高强钢纤维混凝土具有开裂荷载较高、相同加载水平条件下裂缝宽度较小、相同挠曲变形时裂　缝比较密集、最大裂缝宽度较小的特点，且达到使用极限状态时荷载水平较高。　关键词：钢一高强钢纤维混凝土组合梁，荷载位移全曲线，裂缝开展宽度　中图分类号：　ＩＴＵ３７７　文献标识码：Ａ　纯弯段长度是８００　ｍｍ，需布置夹式应变计共１０个。　０　引言　钢一高强钢纤维混凝土组合梁是在普通钢一混凝土组合梁　的基础上，加入钢纤维使二者的性能有机结合而形成新型钢一混　凝土组合结构体系。它克服了高强混凝土延性较差的缺点，有效　防止了负弯矩区混凝土的开裂和混凝土的裂缝宽度。试验研究　表明，若在组合梁桥中使用钢纤维高强混凝土，可以提高全桥的　整体稳定，并使桥面板的耐磨、抗渗、抗腐蚀性能得到有效提高。　在连续组合梁桥的中间支座附近，组合梁受负弯矩作用，桥　面处于受拉状态，负弯矩区的混凝土板很快因开裂退出工作。开　裂后的混凝土板，使组合梁的刚度减弱。倘若裂缝较大，有害物　质可能会通过裂缝渗入到混凝土中，严重腐蚀、锈蚀钢筋，严重地　降低了组合梁的耐久性，增加维护养护工作的困难。因此，在负　弯矩作用下，对于研究连续混凝土板裂缝的发展、分布规律、控制　方法和连续组合梁的承载能力是非常有必要的。　图１　ＨＰＦＲＣ和普通混凝土组合梁试验　１．１　普通混凝土与ＨＰＦＲＣ组合梁静载试验　普通混凝土组合梁：　首先进行预加载，然后按每级２０　ｋＮ荷载分级进行连续加载。　加载至混凝土发生开裂后，按每级荷载５０　ｋＮ进行加载；当钢筋达　到屈服时，采用位移控制加载。继续加载至普通混凝土组合梁两　侧的纯弯段内出现裂缝时，此时荷载约为１００　ｋＮ。当试件一侧面　出现贯通裂缝时，此时荷载约为１２０　ｋＮ。当贯通裂缝出现后随荷　１　试验方法和研究　本文通过对２根ＨＰＦＲＣ组合梁和１根普通混凝土的Ｔ形简　载的增加，普通混凝土试件的两侧相继出现大小不一的裂缝，裂　支组合梁的反位试验（见图１），研究处于负弯矩区的混凝土翼缘　缝发展较为缓慢，如图２所示，荷载一位移曲线斜率发生突变；继　板的开裂过程以及裂缝的计算方法。由于普通混凝土梁和ＨＰ－　续加载，试件出现明显弯曲，裂缝不断发展但裂缝之间的距离却　ＦＲＣ梁的裂缝发展过程不同，因此将夹式应变计安置在跨中纯弯　基本不变；荷载加至１　０００　ｋＮ左右时，跨中的下部钢筋屈服，停止　段，随着荷载增加来测量裂缝的产生、发展全过程。夹式应变计　加载，并分级卸载，实验结束。　的测量范围是１　０００　ｍｍ，每个夹式应变计的测量长度是１００　ｍｍ，　ＨＰＦＲＣ组合梁：　［３］　张达瑾．郑州市航海体育场设计［Ｊ］．建筑学报，２００４（８）：　１３５．１３６．　整体模型计算结果，而非单独的混凝土模型计算结果。　参考文献：　力弹塑性分析［Ｊ］．浙江建筑，２０１０（７）：４６—４７．　［２］　聂建国，陶慕轩，黄新进展［Ｊ］．建筑结构学报，２０１０，３１（６）：８３—８５．　［１］　朱善东，刘深华，刘海涛，等．基于Ｍｉｄａｓ的复杂空间结构静　［４］　向　阳，胡博天，苗春芳．郑州航海体育场膜结构的设计与　施工［Ａ］．第十届空间结构学术会议［Ｃ］．２００９．　煜，吴耀华．北运河体育场看台挑篷钢结构设　计［Ｊ］．建筑技术，２００８，３９（１２）：２２１－２２２．　远，等．钢一混凝土组合结构体系研究　［５］　贾凤苏，张Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｋｅｌｅｔｏｎ－ｔｙｐｅ　ｃａｂｌｅ－ｍｅｍｂｒａｎｅ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＺＨＡＯ　Ｄｉ　ＬＩＵ　Ｓｈｅｎ－ｈｕａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｄｉｕｍ　ｓｔａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｌｌｅ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｍｏｄｅｌ，ｓｋｅｌｅｔｏｎ—ｔｙｐｅ　ｃａｂｌｅ—ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｓｔｒｕｅ—　ｔｕｒｅ　ｍｏｄｄ，ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ　ｍｏｄｅ１．Ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉ￣ｅｍａｌ　ｆｏｒｃｅ　Ｍｙ　ｏｆ　３　ｍｏｄｅｌｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｗｏ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎ—　ｄｉｔｉｏｎｓ，ｉｔ　ｏｂｔａｉｎｓ　ｔｈａｔ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｓｋｅｌｅｔｏｎ－ｔｙｐｅ　ｃａｂｌｅ—ｍｅｍｂｒａｎｅ—ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｗｉｎｄ　ｌｏａｄ，ａｎｄ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｔａｋｅｎ　ｉｎｔｏ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｏ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｋｅｌｅｔｏｎ－ｔｙｐｅ　ｃａｂｌｅ－ｍｅｍｂｒａｎｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　收稿日期：２０１２・０１－２０　作者简介：王海超（１９６０－），男，教授　・３８・　第３８卷第９期　２　０　１　２年３月　山　西　建　筑　首先进行预加载，方法如前所示。如图２所示，开始加载时，　裂缝宽度小于０．３　ｍｍ时，裂缝发展会比较缓慢。当裂缝宽度大　荷载一位移曲线呈线性关系，此时ＨＰＦＲＣ组合梁处于弹性阶　于０．３　ｍｍ时，裂缝随荷载的增加迅速发展，超出了结构构件在正　段。当荷载加至１４０　ｋＮ左右时，荷载一位移曲线斜率发生了变　常使用极限状态下的允许范围。　化，此时ＨＰＦＲＣ组合梁处于弹塑性阶段。当荷载加至１　０００　ｋＮ　性阶段。　∞们∞加ｍ　当荷载级别相同时，普通混凝土组合梁明显大于ＨＰＦＲＣ梁　时，荷载一位移曲线斜率发生突变，此时ＨＰＦＲＣ组合梁处于塑　的裂缝平均宽度。在ＨＰＦＲＣ梁中，裂缝宽度前期发展比较均匀，　然而在钢纤维被拔出后裂缝宽度迅速增加。显然ＨＰＦＲＣ与普通　混凝土组合梁的在纯弯段内的最大裂缝宽度基本相同，但由于　ＨＰＦＲＣ裂缝分布均匀，使其最终平均裂缝宽度远小于普通混凝土　组合梁。　２结语　１）ＨＰＦＲＣ组合梁在钢筋屈服前，荷载挠度曲线与普通混凝土　的挠度曲线几乎相同。而在钢筋屈服，由于钢纤维掺量的加入，　位移／ｍｍ　图２荷载—位移曲线　挠度曲线比普通混凝土略有提高，明显改善了ＨＰＦＲＣ组合梁的　延性。　１．２荷载一位移曲线　如图２所示为组合梁的负弯矩区的实测荷载一位移曲线。　弹性阶段，由于翼缘板未发生开裂，钢纤维作用没有得到发挥；弹　塑性阶段，出现裂缝，钢纤维开始发挥作用，延缓了裂缝出现的时　间，并抑制裂缝的发展；塑性阶段，由于试件出现主裂缝，主裂缝　处的钢纤维逐渐被拔出，充分发挥了钢纤维的阻裂增强作用。由　试验可得出，钢纤维的加入，增强了ＨＰＦＲＣ组合梁的抗裂性能，　Ｚ　忘　柱　ｗＪｍｍ　并有效控制了正常使用荷载下的裂缝宽度。　图３为在不同荷载作用下的挠度曲线。从图３中可以看出，　图４荷载一裂缝宽度曲线　２）ＨＰＦＲＣ梁与普通混凝土相比较，裂缝发展相对较为缓慢，　荷载达到１　２００　ｋＮ以前，挠度增长速率几乎相同。ＨＰＦＲＣ梁的　说明钢纤维的阻裂作用得到充分的发挥，使混凝土裂缝的发展能　延性明显高于普通混凝土组合梁。　够得到明显抑制，钢纤维的阻裂作用在荷载较小时作用不明显，　开裂　Ｐ４ｃ屈服　但是在荷载较大时的作用十分明显，本试验表明，能使裂缝宽度　比普通钢筋混凝土梁降低４０％左右，在正常使用荷载下，钢纤维　的加入增强了ＨＰＦＲＣ组合梁的抗裂性能，并有效控制了正常使　用荷载下的裂缝宽度。　３）ＨＰＦＲＣ组合梁明显高于普通混凝土组合梁负弯矩区的承　载力，钢纤维加入高强混凝土明显提高了梁的整体刚度，增强了　｛　簿　趟　Ｒ４ｂ屈服　Ｒ３ｃ屈服　Ｒ４ｄ屈服　褫　间距，ｎ】Ｉｎ　ｏｕ　ｒ　ａ）普通混凝土组合梁　＋耳烈　…一ｐ　ＨＰＦＲＣ组合梁的韧性。　豪　嚣…　－２　４ｏ０　一　２ｏ０一．　荨　问　，问　Ⅲｍ　０ｏ　４０ｏ　［２］　吴振声Ｌ・ｊ　兀伽厂・卅　Ｆ钢一混凝土组合梁负弯矩区混凝土板裂缝研究　ｑ帆　诅口不　々　●盆　Ｆ　帆一．体　嶂　Ｉ　７ｕ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ－ｈｉｇｈ．ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｅａｍｓ　／