活性粉末混凝土简支梁挠度变形影响因素研究.docx

活性粉末混凝土简支梁挠度变形影响因素研究 王根伟 罗丽娜 刘存鹏摘 要： 为了研究高强钢筋活性粉末混凝土梁的承载能力和变形特点，本文考虑纵向配筋率、钢筋强度等级和高温养护等因素对试验梁的影响，制作了八根不同的活性粉末混凝土简支梁进行抗弯性能试验。试验结果表明，随着配筋率、钢筋等级的提高和高温养护，简支梁的承载能力和刚度也随之提高，纵向钢筋进入塑性阶段的时间得以延长，减小了梁在加载阶段的挠度，有效地约束了裂缝的发展。关键词： 高强钢筋；挠度；试验研究基金项目： 广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目“竹筋珊瑚混凝土粘结性能及抗弯性能试验研究”（KY2016YB908）活性粉末混凝土（简称RPC）具有强度高、韧性好和高耐久性等特点，是一种力学性能能够长期保持保持稳定的一种新型材料，将会是水泥基复合材料未来的一个发展趋势1-2。将高强钢筋与RPC相结合，可以发挥这两种材料各自的优势，显著提高结构的安全性和耐久性。郑文忠等人通过6根简支梁试验建立了RPC梁的正截面受弯承载力、刚度和裂缝的计算方法3，Vool等通过改变钢纤维的掺量和预应力的大小，对7根预应力RPC无腹筋梁进行了抗剪承载力试验研究4。李莉对六根RPC试验梁抗弯性能进行了试验研究，并结合国内外众多试验结果，系统地分析钢筋RPC试验梁的弯曲性能5。管巧艳对12根钢筋钢纤维高强混凝土梁受弯构件荷载挠度试验曲线进行分析计算，得出适合钢筋钢纤维高强混凝土梁的刚度计算公式6。本文参照国内外学者的试验研究成果，考虑纵向配筋率和钢筋等级等因素对RPC梁的影响，进而分析活性粉末混凝土简支梁挠度变形的影响因素。1 试验概况1.1 试件材料试验梁制作主要采用河北钢铁集团生产的HRB500高强钢筋，直径为25mm，屈服强度和极限抗拉强度分别为835.7Mpa和1082.9Mpa，天津市思腾纤维科技开发有限公司生产的HRH钢纤维，直径0.22mm，长13mm，抗拉强度大于2000Mpa，水泥采用普通硅酸盐水泥PO52.5。活性粉末混凝土（RPC）配合比为水泥：石英砂：硅粉：石英粉：13mm钢纤维：减水剂：水=1：0.9：0.35：0.2：0.1：0.015：0.28为探究高强钢筋的强度等级和配筋率对RPC梁受弯挠度及变形的影响规律，根据钢筋强度等级和配筋率的不同，制作了八根RPC简支梁。编号分别用HF-1， HF-2，HF-3，HF-4，HF-5，HF-6，HF-7和HF-8表示。试验梁参数见表2，1.2试验加载（1）加载制度。按照不大于预估荷载的5%进行分级加载，直至构件破坏。（2）量测点布置。分别在试验梁的两端支座和跨中设置3个测点观测变形情况，利用位移计测量挠度，在分级加载过程中记录下位移计相对应的读数，试验梁加载示意图见图1。1支墩；2固定铰支座；3滚动铰支座；4试验梁；5分配梁固定铰支座；6分配梁滚动铰支座；7垫板；8分配梁；9千斤顶；10传感器；11反力架；12位移计图1.试验梁加载示意图2 荷载一挠度曲线试验结果荷载挠度曲线图2可以看出，当施加荷载比较小时，高强钢筋活性粉末混凝土梁基本上处于弹性状态，此时荷载挠度曲线为一条条倾斜的直线，这与匀质的弹性材料试验梁具有相同的特点，从图中可知抗弯刚度无明显变化。当施加荷载至受拉区边缘的RPC达到极限应变时，试验梁的表面开始出现了裂缝，试验梁的挠度逐渐增加，增加幅度都不是很大。随着荷载的继续增大，荷载挠度曲线出现第一个转折点，继续施加荷载，曲线的斜率呈减小趋势，且继续逐渐上升，但曲线变化比较缓。主要是因为RPC梁与普通混凝土梁不同，RPC梁中掺有钢纤维，由于钢纤维的阻裂作用以及钢筋承担拉力的作用，使得裂缝截面处钢筋应力降低，极大减缓裂缝高度的增长速度和减小了裂缝宽度，从而增加了高强钢筋活性粉末混凝土梁的整体刚度。当加载到钢筋屈服，试验梁的破坏为顶部受压区混凝碎，由于混凝土被压碎，引起荷载-挠度曲线在破坏点发生转折，荷载挠度曲线又出现一转折点，转折点的位置先后不一，说明参数的变化，对于试验梁进入塑性阶段的延缓程度都不一样。继续增加荷载，接近钢筋屈服，曲线的斜率明显下降，曲线末端发展较平缓，近似于水平，从纵向钢筋屈服到试验梁破坏的过程中荷载的增加幅度很小，而试验梁的变形却很大，说明RPC梁有良好的延性。3影响因素分析3.1 配筋率对RPC梁刚度的影响观察图2曲线可以看出，曲线一共分为三个阶段，分别反映梁加载过程所经历的开裂前弹性阶段、开裂后弹塑性阶段以及钢筋屈服后的塑性发展阶段。在第一阶段各梁均处在弹性阶段，曲线的斜率基本保持一致，这说明配筋率对梁弹性阶段的影响作用不大；在曲线的第二阶段，随着配筋率的增加曲线斜率呈上升趋势，这表明配筋率提高有助于梁刚度的提高；在进入曲线的第三阶段可以看出，各梁之间的曲线斜率又保持了一致，只是进入第三阶段的拐点有所不同。这说明配筋较高时，延缓了钢筋进入塑性阶段的时间。3.2 钢筋强度对RPC梁刚度的影响从图3中可以看出，随着纵筋屈服强度的提高，极限荷载和跨中极限挠度也随着缓慢的增大。由于这组对比梁只是纵筋屈服强度的不同，其他参数完全一样，所以在第一阶段的曲线变化几乎完全一致，开裂荷载也相同，混凝土开裂后曲线开始分开，钢筋进入屈服阶段，纵筋屈服强度较高的梁相对来说挠度都变化稍显得缓慢一点。纵筋屈服强度较低的梁在混凝土开裂之后不久，迅速进入了屈服状态，达到了极限荷载。3.3 高温养护对RPC梁刚度的影响高温养护处理作用体现为可以使得掺合料的火山灰反应加速显著，也改变水化物内部微观结构，形成了致密的胶凝体结构，降低了界面薄弱层的孔隙率，增强了密实度。所以在一定时间内对试件进行高温养护，特别有利于试件强度的提高。所以高温养护相对于标准养护而言很大程度上提高RPC的强度。从而充分发挥两者的作用。随着混凝土强度的提高，其他条件相同的情况下挠度相对较小，充分说明高强度混凝土对挠度发展具有抑制作用。4结语通过改变纵筋配筋率、钢筋等级和养护条件等因素对RPC簡支梁进行抗弯性能试验研究，得出以下结论：1）在活性粉末混凝土梁中采用高强钢筋可使两者的性能得到充分发挥，试验研究结果表明，在钢筋的强度等级不变的情况下，随着配筋率的提高RPC梁的承载力逐渐提高。2）在纵筋配筋率保持不变的情况下，RPC梁随着受压区钢筋强度等级的提高而增大，随着受拉区钢筋强度等级的降低而减小，此外高温养护也可以提高RPC的强度。3）纵筋配筋率和钢筋等级是影响高强钢筋RPC梁荷载-挠度曲线的重要因素，随着纵筋配筋率的增加，试验梁的承载能力和刚度也随之提高，纵向钢筋进入塑性阶段的时间得以延长，减小了梁在加载阶段的挠度，有效地约束了裂缝的发展。参考文献1ROUX，N. Experimental Study of Durability of Reactive Powder ConcretesJ. Journal of Materials in Civil Engineering， 1996 ； 8 （ 1 ） ： 1 6.2屈文俊，秦宇航.活性粉末混凝土（RPC）研究与应用评述J.结构工程师，2007； 23（5）：8692.3郑文忠，李莉，卢姗姗.钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究J.建筑结构学报，2011； 32（6）：125134.4Voo，Yen Lei. Shear Strength of Fiber Reinforced Reactive Powder Concrete Prestressed Girders without StirrupsJ. Journal of Advanced Concrete Technology， 2006 ； 4 （ 1 ） ： 123 132.5李莉.活性粉末混凝土梁受力性能及设计方法研究J.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010；8588.6管巧艳，贾燕，张明恩.钢筋钢纤维高强混凝土梁受弯性能研究J.新型建筑材料，2007；（12）：1518. -全文完-