钢筋混凝土简支梁试验与结论

来源:用户上传      作者: 谢洪伟

　　摘要：本试验是为了研究钢筋混凝土的强度和刚度，主要测定其强度、安全度、抗裂
　　度及各级荷载作用下的挠度和裂缝情况，另外就是测量控制区段的应变大小和变化，
　　找出刚度随外荷载变化的规律。
　　关键词：钢筋混凝土；简支梁；试验；强度；挠度；裂缝
　　
　　一、钢筋混凝土概述
　　a . 钢筋混凝土共同作用
　　钢筋混凝土（英文：Reinforced Concrete或Ferroconcrete或简写为rc），工程上常被简称为钢筋砼。是指通过在混凝土中加入钢筋与之共同工作来改善混凝土性质的一种组合材料，为加劲混凝土最常见的一种形式。钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是指用配有钢筋增强的混凝土制成的结构。承重的主要构件是用钢筋混凝土建造的。包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构的建筑物。用钢筋和混凝土制成的一种结构。钢筋承受拉力，混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。用在工厂或施工现场预先制成的钢筋混凝土构件，在现场拼装而成。素混凝土简支梁在外加集中力和梁的自身重力作用下，梁截面的上部受压，下部受拉。由于混凝土的抗拉性能差，只要梁的附近截面的受拉边缘混凝土一开裂，梁就会突然断裂；破坏前变形很小，没有预兆，属于脆性破坏。为了改变这种情况，在截面受拉区域的外侧配置适量的钢筋构成钢筋混凝土梁。钢筋主要承受梁中和轴以下受拉区的拉力，混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力。由于钢筋的抗拉能力和混凝土的抗压能力都很大，即使受拉区的混凝土开裂后梁还可能继续承受相当大破坏。破坏前，变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。可见，与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁的承载能力和变形能力都有很大提高，并且钢筋与混凝土两种材料的强度都能得到较充分的利用。为了使钢筋和混凝土能够协同工作，需要混凝土在硬化后与钢筋之问有良好的黏结力，从而可靠地结合在一起，共同变形、共同受力。由于钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时钢筋与混凝土之间不会产生由温度变化引起的较大的相对变形造成的黏结破坏。在设计和施工中，钢筋的端部要留有一定的锚固长度，有的还要做弯钩，以保证可靠地锚固，防止钢筋受力后被拔出或产生较大的滑移；钢筋的布置和数量应由计算和构造要求确定。
　　b. 结构功能的极限状态
　　极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。
　　(1)承载能力极限状态。结构或构件到达最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。当结构或构件由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定，结构转变为机动体系时，结构或构件就超过了承载能力极限状态。超过承载力极限状态后，结构或构件就不能满足安全性的要求。(2)正常使用极限状态。结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。例如，当结构或构件出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动时，可认为结构或构件超过了正常使用极限状态，结构或构件
　　就不能保证适用性和耐久性的功能要求。
　　二、试验方案
　　 为了研究钢筋混凝土的强度和刚度，主要测定其强度安全度、抗裂度及各级荷载作用下的挠度和裂缝发展情况，另外就是测量控制区段的应变大小和变化，找出刚度随外荷载变化的规律。梁的实验荷载一般比较大，多点加载常采用同步液压加载方法。构建试验荷载的布置应符合设计规定，当不能符合时，应采用等效荷载的原则进行代换，使构件试验的内力图与设计的内力图相近似，并使两者的最大受力部位的内力值相等。试验一般采用分级加载，在标准荷载以前分5级。作用在试件上的试验设备质量及试件自重等应作为第一级荷载的一部分。裂缝的发生和发展用眼睛观察， 裂缝宽度用刻度放大镜测量，在标准荷载下的最大裂缝宽度测量应包括正截面裂缝和斜截面裂缝。正截面裂缝宽度应取受拉钢筋处的最大裂缝宽度(包括底面和侧面)，测量斜裂缝时，应取斜裂缝最大处测量。每级荷载下的裂缝发展情况应随试验的进行在构件上绘出，并注明荷载级别和裂缝宽度值。为准确测定开裂荷载值，试验过程中应注意观察第一条裂缝的出现。在此之前应把荷载级取为标准荷载Pk 的5％ 。依据“钢筋混凝土预制构件质量检验评定标准”的规定：当发现下列情况之一时，即认为该构件已经达到破坏，并以此时的荷载作为试件的破坏荷载值。
　　a 正截面强度破坏，其中包括：1.是受压混凝土破损；2.是纵向受拉钢筋被拉断；3.是纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的1／50，或构件纵向受拉钢筋处的最大裂缝宽带达到1．5 mm。
　　b 斜截面强度破坏，其中包括：1.是受压区混凝土剪压或斜拉破坏2.是箍筋达到或超过屈服强度后致使斜裂缝宽度达到1．5 mm；3.是混凝土斜压破坏。
　　c 受力筋在端部滑脱或其他锚固被破坏。
　　三、试验设备和仪器
　　a 试验构件为一普通钢筋混凝土简支梁，截面尺寸为120mmx200 mm。混凝土等级为C20；钢筋：HPB235，主筋为2 φ14。
　　b 加荷设备可用“同步液压操控台”配置JS一5O型液压缸，或采用手动油泵配置JS一50型液压缸(或千斤顶)。
　　c 静态电阻应变仪。
　　d 百分表、曲率计及表架。
　　e 刻度放大镜、钢卷尺等。
　　f 压力传感器。
　　四、试验步骤
　　a 按标准荷载的20％分级算出加载值。自重和分配梁作为初级荷载计人。
　　b 在开裂荷载前和接近破坏荷载前，加载值按分级数值的1／2或1／4取用，以准确测出开裂荷载值和破坏荷载值。
　　c按电子应变片的粘贴技术要求贴好应变片，做好防潮处理，引出接线；同时粘贴好手持式引伸仪脚标插座和装好挠度计或百分表。
　　d 进行1 -3次预载，预载取开裂弯矩M的30％，M=1．55 其中：h为梁截面高度，当截面高度h>2 000mm或h<400 mm时，分别取h=400 mm或h=2 000 mm进行计算, 为混凝土抗拉强度标准值；W。为换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩。测度数据，观察试件、装置和仪表工作是否正常并及时排除故障。预载值的大小，必须小于构件的开裂荷载值。
　　e正式试验。自重及分配梁等应作为第一级荷载值，不足20％Pk或40％Pk时，则用外加荷载补足。每级停歇5 min，并在前后2次加载的中间时间内读数，试验数据见表1。
　　
　　五、结语
　　钢筋混凝土或预应力混凝土简支梁在中小跨径桥梁中应用最为广泛。通过对钢筋混凝土梁的强度、刚度及抗裂度的试验测定，使我们进一步熟悉了钢筋混凝土受弯构件试验的一般过程。希望此文，桥梁建筑能有所帮助。
　　
　　参考文献
　　[1] 王铁成．混凝土结构设计原理[M]北京：中国建筑工业出版社，2005．
　　[2] 周明华．土木工程结构试验与检测[M]．南京：东南大学出版社，2002．
　　[3] 朱伯龙．结构抗震试验[M]．北京：地震出版社，1989
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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