梁正截面【型钢轻骨料混凝土梁正截面受弯裂缝的试验分析】

来源:高等教育 发布时间:2019-03-12 05:39:21 点击:

  本文主要详细描述和分析了全部2根型钢轻骨料混凝土梁构件的试验现象,并对试件梁内混凝土应变、型钢应变、荷载裂缝宽度、梁裂缝开展状况,为后续进一步分析提供理论基础。   
  1 试验过程
  
  本次试验的型钢轻骨料混凝土梁共2根,我们对试验前、试验中及试验后进行对比,变化参数包括型钢保护层厚度及箍筋间距等。试验研究的重点就是观测裂缝的产生和发展以及裂缝长度和宽度随外荷载发展的变化情况。在荷载作用下,当梁内某一点主拉应力达到并超过混凝土抗拉强度时,混凝土就会开裂,通过观察裂缝出现的荷载、位置、顺序以及开展形态和速度分析构件的受力状况。
  (1)试件SRLC-1:
  加载至18.0kN(极限荷载的19.8%)时,在梁受拉纵筋处,位于加载点下方出现第一条竖向裂缝,宽度约为0.02mm;当荷载达到33.5kN时,梁中下方出现第1条贯通裂缝,裂缝宽度为0.03mm;荷载达到40.0kN、52.5kN时分别出现第2条贯通裂缝和第3条贯通裂缝;当荷载加至70.3kN(极限荷载的77.3%)时,梁内混凝土出现啪啪的开裂声,跨中竖向裂缝开始向上大幅度延伸,逼近型钢上翼缘,竖向裂缝的最大宽度为0.30mm,斜裂缝的最大宽度为0.25mm;荷载88.3kN(极限荷载的97.1%)时,靠近加载点处的受压区混凝土出现大面积外鼓,并且伴有剥落现象,试件呈现出明显的弯曲破坏状态,竖向裂缝的最大宽度为0.8mm,斜裂缝的最大宽度为0.9mm。当加载到95.3kN时,这时受力最大截面处的型钢上下翼缘已经完全屈服,试件梁的承载力已不能再继续增加,但是挠度在逐渐增加并且裂缝宽度逐渐加大,这时梁已经产生了塑性铰,通过型钢的变形协调把剩余的荷载传递到梁的其余结构部分,通过这种的内力重分配之后,会达到新的平衡,因此可以得知型钢轻骨料混凝土结构具有非常良好的延性,对减小结构的地震作用具有非常好的效果。
  (2)试件SRLC-2:
  加载至19.0kN(极限荷载的20.7%)时,加载点正下方出现第一条竖向裂缝,宽度约为0.03mm;当荷载达到37.1kN时,梁中下方出现第1条贯通裂缝,裂缝最大宽度约为0.06mm;荷载达到47.8kN、55.8kN时分别出现第2条贯通裂缝和第3条贯通裂缝,当荷载加至64.2kN(极限荷载的69.8%)时,梁内开始出现混凝土开裂及与型钢剥离的声音,已出裂缝发展缓慢,但跨中出现新的竖向裂缝,竖向裂缝的最大宽度为0.2mm,斜裂缝的最大宽度为0.1mm;当荷载加至81.6kN(极限荷载的88.7%)时,靠近加载点处的受压区混凝土出现大面积外鼓,并且伴有剥落现象,试件呈现出明显的弯曲破坏状态,竖向裂缝的最大宽度为0.6mm。斜裂缝的最大宽度为0.9mm;当荷载达到90kN极限荷载的97.8%)时,在荷载保载的时候,在加载点受压区混凝土出现大面积压碎,有大块混凝土掉落下来,裂缝发杂迅速,跨中梁底处及其两侧约300mm左右,有七条大裂缝出现,很快裂缝达到1.3mm;荷载加到92kN(极限荷载)时,裂缝最大处已经达到1.5mm,受压区混凝土大面积剥落,裂缝贯通。当荷载达到96kN时,这时加压已经加不上荷载了,但是挠度在逐渐加大并且裂缝宽度逐渐加大。梁已经完全屈服,呈现出完全的弯曲破坏。
  
  2 荷载-裂缝宽度曲线关系
  
  实测试件梁裂缝宽度ω随荷载P的发展曲线,从试件SRLC-1的荷载-裂缝宽度曲线可知,混凝土开裂后,荷载-裂缝宽度曲线发展比较平缓,裂缝宽度随荷载的增长增幅比较稳定。在荷载接近81.2kN(极限荷载的89.3%)时曲线有突变,其原因主要时因为试件截面荷载逐步增长过程中,截面受拉筋、型钢承受的拉力也逐渐增大并逐渐进入屈服;在荷载达到88.3kN(极限荷载的97.8%)时,曲线出现拐点,表明裂缝宽度增幅加大,试件截面刚度退化,导致裂缝宽度增幅加大,主裂缝宽度逐渐加宽。
  试件梁SRLC-2开裂后,裂缝宽度缓慢增到0.1mm。在荷载增大到接近64.2kN(极限荷载的78.8%)时,试件梁的混凝土最大裂缝宽度ωmax达到0.2mm,显示了较好的抗裂性能;在荷载达到72.5kN(极限荷载的78.8%),曲线出现拐点,裂缝增长趋势变强,可知此时截面受拉筋开始屈服。总的说来,在使用荷载下,试件梁SRLC-2的裂缝宽度随荷载变化的增长趋势比较稳定,抗裂性能较好。
  
  3 结论
  
  (1)由以上对比分析,可近似认为:在加载过程中,型钢和轻骨料混凝土能够变形协调、共同工作
  (2)试验表明,型钢轻骨料混凝土梁在荷载作用下具有与型钢普通混凝土梁类似的受力过程,同样有弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。

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