無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁受彎性能的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

引言

近年來，無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在我國多層和高層建筑中的應(yīng)用越來越廣泛，這類結(jié)構(gòu)抗震性能一直是人們所關(guān)心的問題。已有的試驗(yàn)表明，影響結(jié)構(gòu)性能的主要因素有：混凝土強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力筋及非預(yù)應(yīng)力筋的配筋率、構(gòu)件的跨高比以及加載方式等。我國根據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果和研究，編制了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，但對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能文獻(xiàn)尚未涵蓋。目前有學(xué)者針對框架的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，對框架這樣一類超靜定結(jié)構(gòu)，無粘結(jié)筋受到的摩阻力，變化規(guī)律十分復(fù)雜，框架的試驗(yàn)結(jié)果對無粘結(jié)筋的極限應(yīng)力的描述尚不十分充分。本文以簡支梁為對象，研究構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下的性能，以利于進(jìn)一步掌握其抗震特性以及加載方式對無粘結(jié)筋極限應(yīng)力的影響。

一、試件設(shè)計(jì)

本文對9根預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)研究。除材料本身的差異外，試驗(yàn)梁的長度、截面尺寸、配筋及混凝土配合比等均相同，試件尺寸為4000×200×300(mm)、預(yù)應(yīng)力鋼筋2φ15.2、上部非預(yù)應(yīng)力筋2φ14、下部非預(yù)應(yīng)力筋3φ18。

試件的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度為41.28MPa，彈性模量為3.29×104Mpa。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用擠壓涂塑工藝生產(chǎn)的帶有聚乙烯套管的低松弛高強(qiáng)鋼絞線，張拉端和錨固端各設(shè)有5層鋼筋網(wǎng)片，間距為75mm，縱筋采用對稱配筋，試驗(yàn)用筋的力學(xué)性能為縱筋規(guī)格φ15.2、彈性模量1.95×105MPa、屈服強(qiáng)度1395.0MPa、極限強(qiáng)度1860.0MPa，二級鋼筋彈性模量2.0×105MPa、屈服強(qiáng)度375.2MPa、極限強(qiáng)度571.6MPa

二、測點(diǎn)布置

在加載點(diǎn)處布置了壓力傳感器測讀荷載；在支座、跨中、四分之一跨處共設(shè)置五個(gè)百分表測度撓度；沿每根鋼絞線等距布置五個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)布置標(biāo)距為1mm的應(yīng)變片測讀鋼絞線應(yīng)變；在跨中截面沿梁高布置六個(gè)混凝土應(yīng)變測點(diǎn)測讀混凝土應(yīng)變。鋼絞線的應(yīng)變測量主要目的是監(jiān)測張拉過程、測讀最終有效預(yù)應(yīng)力、試件加載過程中鋼絞線應(yīng)力變化與分布等。

試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)是通過液壓千斤頂對試驗(yàn)梁做兩端簡支、中點(diǎn)受集中荷載的加載試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集設(shè)備主要有應(yīng)變靜態(tài)采集儀、應(yīng)變動態(tài)采集儀、力傳感器、位移傳感器及計(jì)算機(jī)終端處理系統(tǒng)。

三、加載程序

加載程序采用力和位移混合控制：首先定義第一根縱筋屈服時(shí)對應(yīng)的荷載值為屈服荷載Fy，計(jì)算出屈服荷載，初始加載按0.7Fy進(jìn)行三次循環(huán)加載，Δ+和Δ-分別為三次循環(huán)對應(yīng)的位移最大值的算術(shù)平均值，從而根據(jù)下式計(jì)算出試驗(yàn)屈服位移Δy：

(1)

然后按照Δy，2Δy，3Δy，……，每級進(jìn)行3次循環(huán)加載，直至試件最終承載力下降至極限荷載的85%以下時(shí)認(rèn)為試件破壞，停止加載。加載方向的規(guī)定：垂直向下的荷載方向?yàn)檎蚣虞d，反之為反向加載。試驗(yàn)結(jié)束，得到撓度、應(yīng)變等數(shù)據(jù)。

四、試驗(yàn)結(jié)果

圖1給出了試驗(yàn)梁HW1在反復(fù)荷載作用下的的裂縫分布、開展和最終破壞的整個(gè)發(fā)展過程。

圖1 試驗(yàn)梁HW1的破壞過程

五、試驗(yàn)結(jié)論

9根試驗(yàn)梁的開裂、裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)規(guī)律基本類似，其破壞過程如下：

1.純彎段最早出現(xiàn)彎曲裂縫，卸載時(shí)裂縫閉合至肉眼無法識別。說明無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁具有良好的裂縫閉合性能和變形恢復(fù)能力。

2.隨著荷載的增加，彎曲裂縫不斷增多，并發(fā)展至上下貫通，伴隨出現(xiàn)彎剪裂縫。

3.當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)，新的裂縫不再產(chǎn)生，長度和寬度在原有裂縫的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展，試驗(yàn)梁純彎段局部混凝土被壓碎剝落，普通鋼筋壓彎并向外鼓出。

4.在大變形階段，9根試驗(yàn)梁均能保持較高的承載能力，表現(xiàn)出良好的延性與較高的耗能能力；最終破壞形式均為彎曲破壞。