吳毅斌，張造國

(1.湖南華罡規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司;2.湖南省公路設(shè)計有限公司)

1 引言

如何進(jìn)行輕骨料混凝土梁受彎力學(xué)性能試驗(yàn)是當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，研究輕骨料混凝土梁受彎力學(xué)性能試驗(yàn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過輕骨料混凝土梁靜載試驗(yàn)，觀察輕骨料鋼筋混凝土梁從開裂、受拉鋼筋屈服、直至受壓區(qū)混凝土被壓碎這三個階段的受力與破壞全過程，掌握輕骨料鋼筋混凝土梁的基本力學(xué)性能。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試件設(shè)計與制作

試驗(yàn)共設(shè)計3根矩形截面試驗(yàn)梁。3根試驗(yàn)梁采用相同的設(shè)計尺寸及配筋，可以保證試驗(yàn)梁底保護(hù)層和側(cè)保護(hù)層相同.具體試驗(yàn)參數(shù)如下。

(1)試件尺寸:尺寸對結(jié)果的影響很大，矩形截面試驗(yàn)梁梁高h(yuǎn)為600mm，梁寬b為400mm，總長l為4400mm，凈跨l0為4000mm。

(2)配筋:配筋是指鋼筋配制情況。在進(jìn)行鋼筋配制過程中，分底部配筋、上部配筋和中部配筋三個部分。不同位置的鋼筋配置也不一樣，底部4根Φ22的受拉鋼筋，上部4根Φ16的構(gòu)造鋼筋，中部2根Φ12的腰筋。與此同時，在配筋的過程中，還要集合實(shí)際的情況，防止發(fā)生剪切破壞，應(yīng)根據(jù)距離的不同配置不同的鋼筋。

(3)混凝土強(qiáng)度等級為C40。

(4)保護(hù)層厚度:保護(hù)層指的是混凝土上面那層小部分墊層。在保護(hù)層厚度方面，試驗(yàn)采用30mm和50mm兩種厚度。在混凝土構(gòu)件中，試驗(yàn)梁的具體形狀尺寸及配筋如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)梁形狀尺寸及配筋

2.2 加載方式與加載制度

混凝土梁加載試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)梁和加載裝置，試驗(yàn)梁加載系統(tǒng)(如圖2所示)。

圖2 試驗(yàn)梁加載系統(tǒng)

加載裝置包括加載橫梁、加載鋼球、壓力傳感器，正式加載時，要保證加載狀態(tài)符合試驗(yàn)加載計算圖式要求。每級荷載約為使用荷載的20%(約501kN)，相鄰兩次加載的間隔時間為2～3min。當(dāng)達(dá)到開裂荷載的90%后，級距再加密。在每級加載后的間歇時間內(nèi)，進(jìn)行各項讀數(shù)的記錄工作，直至破壞。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象與破壞特征

(1)TCI梁

TCI梁在各應(yīng)力水平下的裂縫分布如圖3所示。

圖3 TCI梁在各應(yīng)力水平下的裂縫分布

(2)TCII梁

TCII梁在各應(yīng)力水平下的裂縫分布如圖4所示。

(3)TCⅢ梁

TCⅢ梁在各應(yīng)力水平下的裂縫分布如圖5所示。

圖4 TCII梁在各應(yīng)力水平下的裂縫分布

圖5 TCIII梁在各應(yīng)力水平下的裂縫分布

3.2 正截面承載力

隨著輕骨料取代率的增加，對勁性輕骨料混凝土梁的正截面承載力進(jìn)行試驗(yàn)，其計算公式均為

按照式(1)、(2)計算得到各試驗(yàn)梁正截面承載力計算值，再扣除梁體及加載設(shè)備自重的影響，并與試驗(yàn)實(shí)測值進(jìn)行對比如表1所示。

表1 正截面承載力實(shí)測值與計算值對比

由表可見，現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程計算公式用于輕骨料混凝土構(gòu)件正截面承載力的計算是安全的，并且規(guī)范計算值的安全程度大于規(guī)程計算值。

3.3 梁截面彎曲變形

TCI梁、TCII梁的輕骨料混凝土梁平均應(yīng)變?nèi)缦聢D所示。

(1)輕骨料混凝土梁在極限破壞階段前，以100mm為單位距離的截面高度一直保持著線形分布狀態(tài)。由圖6可知，一旦輕骨料混凝土梁遭到破壞，破壞階段的輕骨料混凝土梁英劇應(yīng)變值較大。通過這樣的試驗(yàn)，我們可以近似認(rèn)為輕骨料混凝土梁符合平截面假定。

(2在進(jìn)行TCI梁、TCII梁梁截面彎曲變形試驗(yàn)時，我們可以看到，隨著荷載的增加，截面高度和平均應(yīng)變具有上移的趨勢，由截面中部一直上升至接近梁頂部的位置，這是TCI梁、TCII梁在梁截面彎曲變形試驗(yàn)過程中，顯現(xiàn)的共同特征，混凝土受壓區(qū)不斷減小。

(3)按照受壓區(qū)極限高度的概念和確定方法，輕骨料混凝土梁和普通的混凝土梁相比，其極限壓應(yīng)變比普通的混凝土梁要大。究其原因，在進(jìn)行梁截面彎曲變形試驗(yàn)過程中，輕骨料混凝土的彈性模量較低，有利于提高建筑的承載能力。因此，在同等應(yīng)力的情況下，輕骨料混凝土要比一般混凝土占據(jù)優(yōu)勢，承受更大的應(yīng)變。

圖6

圖7 沿梁高的梁體表面平均應(yīng)變

4 結(jié)論

(1)未裂階段:輕骨料混凝土梁受彎力學(xué)試驗(yàn)的未裂階段，是指從從加載開始至第一條裂縫出現(xiàn)前這一階段，試驗(yàn)梁全截面工作，基本處于彈性受力階段，所以也可以把這一階段稱為輕骨料混凝土的彈性階段。在這一階段，輕骨料混凝土隨荷載增加保持線性增長，且斜率較大。以上便是未裂階段輕骨料混凝土梁的位列階段表現(xiàn)。

(2)帶裂縫工作階段:輕骨料混凝土梁受彎力學(xué)試驗(yàn)的帶裂縫工作階段，是指輕骨料混凝土在荷載作用下，出現(xiàn)了第一條裂縫，出現(xiàn)裂縫的階段均稱為帶裂縫工作階段，也可以說是輕骨料混凝土的彈塑性階段，這一階段和未裂階段相比，輕骨料混凝土出現(xiàn)了明顯的變化，表現(xiàn)為荷載一撓度關(guān)系曲線出現(xiàn)一個明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)梁內(nèi)某一點(diǎn)主拉應(yīng)力達(dá)到并超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，轉(zhuǎn)折點(diǎn)后曲線斜率明顯減小，這就意味著混凝土就會開裂。

(3)極限破壞階段:在進(jìn)行輕骨料混凝土梁彎受力試驗(yàn)的過程中，通過觀察裂縫出現(xiàn)的荷載、位置、順序等，到達(dá)一個極限破壞階段。也就是說輕骨料混凝土完全破壞到喪失承載能力。通過荷載一撓度曲線可以看出，輕骨料混凝土梁撓度受各種因素的制約。

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