鋼筋混凝土超筋梁正截面受彎承載力試驗

耿文慧

1.引言

當(dāng)配筋率超過界限配筋率即ρ>ρmax時，稱為超筋梁，其破壞表現(xiàn)為受壓混凝土先壓碎，受拉鋼筋未屈服，即沒有明顯兆的脆性破壞。本實驗采用兩點對稱加載對超筋梁（SL3）逐級加載，以觀測、記錄、分析超筋梁的受力過程和破壞特征。通過在純彎段沿正截面高度布置的量測界面縱向應(yīng)變的分布；通過梁底的百分表，測定跨撓度。通過本次試驗了解超筋梁的受力過程和破壞特征以及配筋率對破壞特征的影響，驗證鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算理論和計算公式，也使得我們掌握鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的試驗方法及荷載、撓度、應(yīng)變、裂縫寬等數(shù)據(jù)的測試技術(shù)和有關(guān)儀器的使用方法。

2.實驗材料

2.1鋼筋

HPB300和HRB400級鋼筋，幾何尺寸及配筋見鋼筋混凝土超筋梁下圖。HPB300和HRB400級鋼筋均是有明顯屈服點的鋼筋，應(yīng)力應(yīng)變曲線如下圖2。

OA：應(yīng)力與應(yīng)變成比例變化，與A點對應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限

AB：應(yīng)變較應(yīng)力增長為快，到達(dá)B后鋼筋開始塑流，B稱為屈服上限，它與加載速度、試件表面光潔度等因素有關(guān)，通常B不穩(wěn)定

B：屈服下限

BC：應(yīng)力基本不增加，應(yīng)變急劇增長，曲線接近水平線。BC水平距離大小稱為流幅。

CD：鋼筋的強化階段，D點應(yīng)力為鋼筋的極限強度。過了D點，試件薄弱處截面將會突然顯著縮小，發(fā)生局部頸縮，變形迅速增加，應(yīng)力隨之下降，到達(dá)E點時試件被拉斷。

2.2混凝土

左圖所示即為典型的混凝土棱柱體在一次短期加荷下的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€。

上升段OC：（1）OA，準(zhǔn)彈性階段，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近直線，A點為比例極限；（2）AB，裂縫穩(wěn)定擴展階段，隨著荷載的增大壓力逐漸提高，混凝土表現(xiàn)出明顯的非彈性性質(zhì)，應(yīng)變增長速度超過應(yīng)力增長速度；（3）BC，裂縫不穩(wěn)定擴展階段，隨著荷載進(jìn)一步增加，曲線明顯彎曲，直至峰值C點。

下降段CF：當(dāng)混凝土應(yīng)力達(dá)到fc后，承載力開始下降。

與彈性材料不一樣，混凝土的應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系是一條曲線，在不同的應(yīng)力階段，應(yīng)力與應(yīng)變之比的彈性模量不是常數(shù)，而是隨著混凝土的應(yīng)力的變化而變化。變形模量有一下3種表示方式：

3實驗裝置

（1）鋼筋混凝土超筋梁1根（尺寸及配筋如上圖所示）

靜力試驗臺、反力架、支座、支墩、分配梁。

電阻應(yīng)變儀、電阻應(yīng)變片、函數(shù)記錄儀

（2）加載制度

本實驗采用單調(diào)分級加載制度，試件加載方式為力控制。確定加荷級差，每級加載值約為5KN，臨近開裂和破壞時適當(dāng)減少級差。

試加荷1-2級，檢查儀表反應(yīng)是否正常。

分級加荷，從0逐級增加到試驗梁破壞為止。每次加載后靜止2-5分鐘，待試驗梁變形趨于穩(wěn)定后再測量各種數(shù)據(jù)，校核無誤后方可進(jìn)行下一級加載。加載過程0-5KN-10KN-15KN-18KN-21KN-24KN-27KN-50KN-100KN

-150KN-180KN-200KN-210KN-220KN-230KN（破壞）

4實驗現(xiàn)象及分析

先試加荷F=5.41KN、F=10.00KN，觀察各儀表反應(yīng)，正常。

分級加荷，從0逐級施加荷載，隨著荷載的逐漸加大，當(dāng)F=27KN時，混凝土底部出現(xiàn)一短小而微見的裂縫。

剛開始加載時，梁的受力情況與勻質(zhì)彈性體梁相似，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。由于混凝土抗拉能力弱，故荷載再增大時，在受拉區(qū)邊緣處混凝土首先表現(xiàn)出應(yīng)變較應(yīng)力增長速度為快的塑性特征。

當(dāng)荷載增加到開裂荷載Fcr即27KN時，受拉區(qū)邊緣纖維的應(yīng)變值即將達(dá)到極限。

在裂縫截面處，混凝土一開裂，就把原先由它承擔(dān)的那一部分拉力轉(zhuǎn)給鋼筋，使鋼筋應(yīng)力突然增大許多，梁截面中和軸位置也將隨之上移，在中和軸以下裂縫尚未延伸到的部位，混凝土雖可承受一小部分拉力，但受拉區(qū)主要由鋼筋承擔(dān)。荷載繼續(xù)增加，裂縫寬度隨之拓展并沿梁高向上延伸，由于配筋多，鋼筋尚未達(dá)到屈服，但受壓區(qū)混凝土邊緣纖維應(yīng)變也迅速增長，塑性表現(xiàn)得更充分，邊緣纖維應(yīng)變達(dá)到混凝土受彎時極限壓應(yīng)變實驗值，截面突然破壞，沒有明顯預(yù)兆。

在荷載較小時，梁處于線彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，受拉區(qū)混凝土段抗拉能力最弱的某一截面處，當(dāng)受拉區(qū)邊緣纖維的拉應(yīng)變值達(dá)到混凝土極限拉應(yīng)變實驗值εtu時，將首先出現(xiàn)第一條裂縫。

在裂縫截面處，混凝土一開裂，就把原先由它承擔(dān)的那一部分拉力轉(zhuǎn)給鋼筋，使鋼筋應(yīng)力突然增大許多，故裂縫出現(xiàn)時梁的撓度突然增大，梁截面中和軸位置也將隨之上移，在中和軸以下裂縫尚未延伸到的部位，混凝

5主要結(jié)論

超筋梁的受力過程主要分為兩個階段，第一階段：混凝土開裂前的未裂階段，該階段混凝土沒有開裂，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形是直線，受拉區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形在第一階段前期是直線，后期是曲線，撓度增長速度較慢，第一階段末可作為超筋梁受彎構(gòu)件抗裂度的計算依據(jù)；第二階段，混凝土開裂后至截面破壞階段，該階段是裂縫發(fā)生開展的階段，撓度增加速度較前期快，在截面裂縫處受拉區(qū)大部分混凝土退出工作，拉力主要由縱向受力筋承擔(dān)，但鋼筋沒有屈服，受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變，混凝土被壓碎，截面破壞，可作為正截面受彎承載力計算的依據(jù)。隨著荷載增大，中和軸不斷上移，受壓區(qū)高度實驗值逐漸減小，混凝土纖維壓應(yīng)變隨之增大，受拉鋼筋拉應(yīng)變也隨荷載增大，但平均應(yīng)變?nèi)苑掀浇孛婕俣ā?/p>