弯、剪、轴拉复合受力状态下钢筋混凝土梁的承载能力试验研究.pdf
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1、第 4卷第 2期 2 O O 7年 4月 铁道科学与工程学报 J oURN AL OF RAI I V lY S Cl E CE AND E NGl N EERl N G V o 1 4 No 2 Ap r 2 O O 7 弯 、 剪 、 轴拉 复合受力状态下钢筋 混凝 土梁 的承载能力试验研究 罗如登 ( 中南大学 土木建筑学院, 湖南 长沙4 1 0 0 7 5 ) 摘要: 对弯、 剪、 轴拉复合受力状态下钢筋混凝土梁的承载能力进行试验研 究。试验 中主要考虑轴向拉力、 最小抗剪配 筋、 配筋率、 混凝土强度等级等因素对弯、 剪、 轴拉复合受力状态下钢筋混凝土梁的承栽能力的影响。试验 实测
2、表明, 欧洲 规范2第 1 部分中用于计算弯、 剪、 轴拉复合受力钢筋混凝土梁承栽能力的公式过于保守, 有必要进行修正。 关键词: 钢筋混凝土梁; 复合受力状态; 轴向拉力; 最小抗剪配筋; 承载能力 中图分类号: U 4 4 1 4 文献标识码: A 文章编号: 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 ( ) 0 2 0 0 3 9 0 5 T e s t mu d y o n c o mp l e x me c h a n i c a l be h a v i o r s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms u n d e r
3、b e n d i n g mo me n t ,s h e a r f o r c e a n d a x i a l t e n s i l e f o r c e L U O Rud e n g ( S c h o o l o f C i v i l a n d A r c t e c tu r a l E I l g i n e e I i l l g ,C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y , 01 a r科 m 4 1 0 0 7 5 ,C h i n a ) Ab s t r a c t : Re l a t i v e l y
4、c o mp r e h e n s i v e t e s t s t u d y o n t h e s t r e n g t h c a p a c i t y o f the rei n f o r c e d c o n c ret e b e a m u n d e r b e n d i n g mo me n t s h e a r f o r c e a n d a x i a l t e nsi l e for c e w a s c a r r i ed o u t e i n f l u e n c e s o f a x i al t e nsi l e force
5、 ,mi n i mu m s h e a r rei n f o r c e me n t the r a ti o o f rei nfo rce m e n t and the c l a s s of c o n c ret e w e re c o nsi d e r e d e r e s u l t s s h o w t h a t i n E u r o c o d e 2 p a r t 1 the f o r mula,w h i c h c a l l be u s e d t o c alc ula t e the s t r e n g t h c a p a c
6、i ty o f the rei nfo r c ed c o n c r e t e b e a m u n d e r the a b o v eme n t i o n ed c o mp l e x me c h a n i e al s t a t e i s con s e r v a t i v e a n d s h o uld be rev i s e d Ke y wo r d s : rei nfo rced con c r e t e b e a m;c o mp l e x me c h a n i c a l s tat e ;a x i al t e nsi l
7、e f o rce ;mi n i mu m s h e a r r e i nfo rce me n t ; s t r g t h c a p a c i ty 在下承式和系杆 一拱钢筋混凝土桥梁 中, 从整 体受力看 , 主梁和 系梁要 承受 巨大 的轴 拉力的作 用 1 ; 与此同时 , 结构的 自重 、 车辆 的轮压荷载在主 梁和系梁上会产生局部的弯矩和剪力作用。这样 , 钢筋混凝土主梁和系梁将经常处于一种弯、 剪、 轴 拉复合受力状态下。 由于巨大的轴拉力和混凝土较低的抗拉强度 , 主梁和系梁在运营阶段就有可能开裂。以前 , 桥梁 工程师们通过施加 预应力来解决这个 问题。由于 施
8、加预应力需要专门的预应力钢筋和施工设备等 , 费用昂贵, 同时, 许多 因素会造成预应力损失。鉴 于此 , 近年来国内外的工程师们越来越倾向于另外 一 种做法 : 取消预应力 , 以高配筋率的普通钢筋取 代, 设计理念从限制混凝土拉应力值转向限制其裂 缝宽度值。用高配筋取代预应力后 , 将会 出现这样 一 种情况 : 从受力角度看 , 钢筋混凝土梁在运营荷 载作用下就可能开裂, 甚 至裂通 , 于是, 上述 的弯 、 剪 、 轴拉复合受力状 态将 由开裂后 的混凝土梁承 担 ; 从设计和施工角度看 , 高配筋使混凝 土梁 中钢 筋密度增大 , 若再配 以大量的抗剪钢筋 ( 箍筋和斜 收稿 日期
9、 : 2 0 0 7 0 1 3 0 基金项 目: 德国注册科 学基金组织钢结构应用研究基金资助项 目 作者简介: 罗如登( 1 9 7 3 ) , 男, 湖南长沙人 , 博士研究生, 讲师, 从事结构工程 、 桥梁工程方面的研究 维普资讯 http:/ 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 ( D 7年 4月 筋) , 密集的钢筋笼将提高浇注混凝土时的难度, 工 程质量难以得到保证。因此, 工程师们希望在已高 配筋 的混凝土梁 中能够少配, 甚 至不 配抗剪钢筋 , 来达到降低成本 、 保证工程 质量的 目的。问题 在 于 , 开裂后的混凝土梁在无抗剪配筋的情况下 , 在 弯、 剪、 轴拉
10、复合受力状态下的承载能力如何?最 新, 欧洲规范 2 , 第 1 部分 J 中给出了一个设计公 式用来计算无抗剪配筋的钢筋混凝土梁在弯、 剪 、 轴拉复合受力状态下的承载能力 : , = l C , c J ( 1 o o o ) +J i 1 b w d 。( 1 ) 式 中: P f 为配筋率 ; 为 2 8 d 混凝土圆柱体抗压强 度标准值 ( M P a ) ; b 为构件宽度; d为构件厚度 ( m m ) ; 。 为横截面上的轴应力( M P a ) 。 在该公式中有一考虑轴力的线性项 k 1 。 , 当其 为轴向压力时 , 该项为正值, 可增加无抗剪配筋的钢 筋混凝土梁的承载能力
11、 , 实际上 , 该公式是考虑预应 力构件中预压力的有利作用而推导出来的。 当其为 轴向拉力时, 该项为负值, 将导致承载能力线性降 低。 基于以上原因 , 欧洲规范 2 第 1 部分 中对无抗 剪配筋的钢筋混凝土梁仍然规定 了最小抗 剪配筋 率 。 P w , =( 0 0 8 ) f y k 。 ( 2 ) 式 中: 钢筋屈服应力标准值( MP a ) 。 然而, 在上述公式中将轴向拉力的影响简单地 通过反号加以考虑 , 并没有明确的试验证 明, 相反 , 迄今为止做过 的为数很少的试验研究L 3 _3显示 , 钢 筋混凝土梁在弯、 剪 、 轴 拉复 合受力状态下的承载 能力随轴向拉力的增
12、大 , 下降得并不 明显 , 规范条 文中给出的计算公式似乎过于保守, 规定的最小抗 剪配筋是不必要的。 同时 , 还有其他一些参数 , 如混 凝土等级、 配筋率、 剪跨比、 钢筋布置和构件预拉裂 等, 对钢筋混凝土梁的复合承载能力有何影响也有 待进一步研究 。 在此, 本文作者将在试验基础上, 对钢筋混凝 土梁在弯 、 剪 、 轴拉复合受力状态下 的承载能力进 行研究。 1 试验方案和试验步骤 1 1 试验方案 本次试验在德国斯 图加特大学建筑设计学院 和 O t t oG r a f 学院进行 一 引, 采用的试件为简支钢 筋混凝土梁, 2 支座中对中距离2 0 0 0 m i ll ,
13、梁体长 2 3 5 0 m l n , 高 宽为 3 0 0 m l n 4 0 0 i n l n 。 试件两端为施 加轴向拉力的装置 , 中间为施加横向集 中荷载的装 置 , 试件示意图见图 1 。 2 3 5 0 S c h n i t t BB 图 1 试 件 示 意 图 Fi g 1 Te s t s p e c i me n 试件分为 A, B和C 3 个系列 , 共 3 1 个试件, 分别 用来研究不同参数的变化对抗剪承载能力的影响, 梁体混凝土为 C 2 5 3 0 , C 3 5 4 5和 C 5 0 6 0 共 3 种 , 钢 筋为 B S t 5 0 0 S , 其材料特
14、性见文献 2 , 试件的基本 参数见表 1 。 1 2试验步骤 1 )在试验开始之前 , 先给每个试件施加 4 6 7 MP a 轴 向拉应力 , 试件完成预拉裂后卸载 ; 2 )根据表 2 对 已开裂试件施加相应的轴 向拉 应力 ; 3 ) 轴向拉应力不变 , 按每级 2 0 k N施加横向集 中荷载 , 直至试件出现破坏为止。 2 试验结果和分析 2 1 破坏 形式 试验 结果表 明, 破坏形 式大致 可归为 以下 4 种 : 1 )当在离支座较近( 剪跨 a d=3 ) 的一侧出 现一条剪切裂缝后 , 试件突然破坏 , 加力装置行程 继续增加 , 而荷载 自破坏荷载明显下降。 2 ) 先
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