型鋼再生混凝土梁抗彎性能試驗分析

蔣晶

摘要：型鋼再生混凝土梁是現(xiàn)階段我國建筑、橋梁、地下等工程常用的一種梁結構，相比于傳統(tǒng)的型鋼混凝土梁，其荷載能力較強，韌性較好，故在我國土木工程領域被廣泛應用。筆者為了更好的分析型鋼再生混凝土梁荷載力的優(yōu)勢，開展了對型鋼再生混凝土梁的抗彎性能試驗分析，希望對相關人員有所啟示。

關鍵詞：型鋼再生混凝土;抗彎性能

引言：鋼筋與混凝土組合結構是一種現(xiàn)代建筑領域常用的結構形式，其具備承載力高、剛度大、抗震性能良好的優(yōu)勢。本文主要研究的是型鋼再生混凝土梁的抗彎性能試驗，通過對不同取代率、配箍率對型鋼再生混凝土梁極限承載力的影響分析其最佳組合形式，以期促使此類結構在工程領域中得到進一步的推廣。

1、試驗介紹

本文為了更好的分析型鋼再生混凝土梁的抗彎性能，做好型鋼再生混凝土梁的抗彎性能試驗，選擇選取12跟型鋼混凝土梁進行試驗，以期最大程度上保證試驗的真實性與準確性，并保證試探結果的適用性。本試驗將12根型鋼混凝土梁按照取代率分為4組，每組3根試驗梁，其中，第一組、第四組為原生型鋼混凝土梁，取代率均為0%，第一組型鋼箍筋間距為150mm，第四組型鋼箍筋間距為100mm;第二組為50%再生粗集料取代率的型鋼再生混凝土，箍筋間距為150mm;第三組是取代率為100%再生粗集料取代率的型鋼再生混凝土，箍筋間距為150mm。本試驗采用DH3815靜態(tài)應變測試系統(tǒng)進行相關參數(shù)的采集，并通過對相關參數(shù)的分析確定型鋼再生混凝土梁隨荷載力的變化而產(chǎn)生的變化，并確定不同取代率、箍筋間距對型鋼再生混凝土梁荷載力的影響。

2、試驗現(xiàn)象描述

2.1典型試驗現(xiàn)象描述

在試驗的過程中發(fā)現(xiàn)，當荷載力小于48kN時，型鋼再生混凝土梁并無裂縫，當荷載力增加到48kN時，型鋼再生混凝土梁出現(xiàn)裂縫，為跨中裂縫和梁縱向垂直裂縫，裂縫較小。伴隨著荷載力的不斷增加（48kN-120kN之間），跨中裂縫與縱向垂直裂縫不斷延伸且伴隨有新裂縫的產(chǎn)生，新裂縫主要產(chǎn)生與跨中的兩側，但裂縫發(fā)展較為緩慢，裂縫出現(xiàn)在梁底部，長度約為3cm，寬度為0.1mm。同時，試驗梁的截面的應力變化呈現(xiàn)三角分布，直到荷載增大到使得受拉力區(qū)混凝土的最大應力達到抗拉強度，企鵝最大應變接近混凝土的極限拉應變。當荷載力增加到120kN時，在型鋼再生混凝土梁的剪彎段出現(xiàn)新裂縫，裂縫為指向加載點的斜向裂縫，且裂縫較多，多為向梁側面發(fā)展，鋼筋承受的應力增加，裂縫相中軸延伸，且裂縫寬度逐漸增加，中性軸位移上移。伴隨著荷載力的不斷增加（120kN-200kN之間），梁跨中不斷出現(xiàn)新裂縫，且裂縫寬度緩慢增加，最大寬度為0.12mm，受壓區(qū)的混凝土壓應力呈現(xiàn)曲線分布，直至試驗梁受力達到屈服荷載力。當荷載力增加到200kN時，根據(jù)DH3815靜態(tài)應變測試系統(tǒng)顯示L2-1型鋼再生混凝土梁的撓度突然增大，且無法在提升荷載力，此時，根據(jù)對該混凝土量的觀察發(fā)現(xiàn)，該混凝土梁裂縫的最大寬度已經(jīng)達到2mm，且存在混凝土碎渣脫落的現(xiàn)象，同時，在該混凝土量的頂部出現(xiàn)碾碎的混凝土區(qū)域，試驗梁發(fā)生彎曲，這說明該型鋼再生混凝土梁已經(jīng)達到了極限[1]。

2.2荷載-跨中撓度曲線分析

本文選取普通型鋼混凝土梁和型鋼再生混凝土梁，通過對比分析發(fā)現(xiàn)，無論是普通型鋼混凝土梁還是型鋼再生混凝土梁，其在斷裂過程中，均呈現(xiàn)彈性狀態(tài)、帶裂縫狀態(tài)和破壞狀態(tài)，其中，彈性狀態(tài)即是指型鋼混凝土梁所承受的荷載力是在其延展性承受的范圍之內(nèi)，未出現(xiàn)裂縫，帶裂縫狀態(tài)即是指型鋼混凝土所承受的荷載力超出延展性承受的范圍內(nèi)，但并未達到型鋼混凝土荷載的極限，此時裂縫呈現(xiàn)寬度小、中小的形式，破壞狀態(tài)即是指型鋼混凝土所承受的荷載力已經(jīng)超過了其荷載的極限，此時型鋼混凝土梁被破壞且無法承受更高的荷載力。根據(jù)DH3815靜態(tài)應變測試系統(tǒng)測得型鋼混凝土梁與型鋼再生混凝土梁在受力過程中荷載力與撓度，并分析相關參數(shù)獲得荷載-撓度變形曲線圖[2]。

分析發(fā)現(xiàn)，在彈性狀態(tài)下，型鋼再生混凝土梁的跨中撓度小于型鋼混凝土梁的跨中撓度，這說明，在彈性狀態(tài)下的型鋼再生混凝土梁各部位承受的應力相對較小。在帶裂縫狀態(tài)下，型鋼混凝土梁的跨中撓度伴隨著荷載力的增加呈現(xiàn)的是直線上升的狀態(tài)，這是由于當型鋼混凝土梁承受的超過彈性狀態(tài)的荷載力時，型鋼混凝土梁將會產(chǎn)生裂縫，且裂縫隨著荷載力的增加呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的狀態(tài)，同時，由于型鋼混凝土梁的取代率為0%，其截面剛度較大，這也就說明當荷載力增加導致型鋼混凝土量產(chǎn)生裂縫時，其截面剛度降低程度并不大[3]。

當型鋼混凝土量達到破壞狀態(tài)時，此時的截面剛度迅速下降，而型鋼再生混凝土梁會先進入屈服狀態(tài)[4]，在該狀態(tài)下，任然能夠為型鋼再生混凝土梁繼續(xù)增加荷載力，但其承受應力發(fā)展增快，進入屈服狀態(tài)的型鋼再生混凝土梁荷載-繞組曲線接近水平。這是由于型鋼相比于混凝土而言，其延展性較強、韌性較好，所以可促使變形發(fā)展一段時間后再進入破壞狀態(tài)，且在屈服狀態(tài)下，型鋼再生混凝土梁的荷載值下降速度較慢[5]。

結論：綜上所述，通過上文對型鋼再生混凝土梁的分析可知，型鋼再生混凝土梁與型鋼混凝土梁受力過程相似，均會呈現(xiàn)彈性、帶裂縫和破壞狀態(tài)，但型鋼再生混凝土梁存在屈服狀態(tài)，且在取代率一致的情況下，配箍率也會對型鋼混凝土梁的極限承載力產(chǎn)生影響，在配箍率相同的情況下，隨著取代率越高，極限承載力呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。

參考文獻：

[1]馬輝，賈夢璐，孫書偉.型鋼再生混凝土柱-鋼梁組合框架節(jié)點受力性能非線性分析[J].建筑結構，2021，51（02）：64-70.

[2]郭靳時，張杰.型鋼再生混凝土柱-鋼筋再生混凝土梁節(jié)點研究——基于ABAQUS的抗震性能分析[J].四川建材，2020，46（03）：65-66.

[3]石曉靚. 鋼纖維—型鋼高強再生混凝土梁的抗彎性能試驗研究[D].延邊大學，2019.

[4]馬愷澤，劉亮，劉超，劉伯權.?高強混合鋼纖維混凝土的力學性能[J].建筑材料學報.?2017（02）

[5] 陳宗平，陳宇良，覃文月，薛建陽，漆成.?型鋼再生混凝土梁受彎性能試驗及承載力計算[J].?工業(yè)建筑.?2013（09）