箍筋对钢筋混凝土受弯构件裂缝的影响分析.pdf
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1、第 2 9卷第 6期 2 0 0 7年 1 2月 重 庆 建 筑 大 学 学 报 J o u r n a l o f Ch o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y Vo1 2 9 NO 6 De c 2 00 7 箍筋对钢筋混凝土受弯构件裂缝 的影响分析 李志华 , 苏小卒 , 赵 勇 ( 同济大学土木 工程学 院, 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 : 收 集整 理 了国 内外大量 配置横 向箍 筋的钢 筋混 凝土 梁受 弯性 能试验 的裂缝 结果 , 研 究 了箍 筋的设 置 对 钢 筋 混 凝 土 受 弯 构 件 裂 缝 位 置
2、 及 裂 缝 间 距 的 影 响 。 分 析 结 果 表 明 , 箍 筋 对 裂 缝 的 位 置 具 有 导 向 作 用 , 箍 筋 间距 对 裂 缝 间距 有 一 定 的 影 响 。根 据 试 验 资 料 , 提 出 了 考 虑 箍 筋 影 响 的 平 均 裂 缝 间 距 公 式 , 并 在 我 国规 范 GB5 0 0 1 0 2 0 0 2裂 缝 宽 度 计 算 模 式 得 基 础 上 , 提 出 了 考 虑 箍 筋 影 响 的 平 均 裂 缝 宽 度 计 算 公 式 。 建议 公 式 的 计 算 结 果 与 试 验 结 果 符 合 较 好 。 关 键 词 : 受 弯 裂 缝 ; 箍 筋
3、 ; 裂 缝 位 置 ; 平 均 裂 缝 间 距 ; 平 均 裂 缝 宽 度 中图分 类号 : TU3 7 5 文献标 志码 : A 文章 编号 : 1 0 0 6 7 3 2 9 ( 2 0 0 7 ) 0 6 0 5 3 0 4 Ef f e c t o f S t i r r u ps o n Fl e x u r a l Cr a c k s i n Re i n f o r c e d Co n c r e t e Be a ms LI Z hi h ua,SU Xi a o - z u, ZHAO Yo n g ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i
4、n e e r i n g , To n g j i Un i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ) Ab s t r a c t : The e f f e c t s o f s t i r r u ps on t he l oc a t i o n a nd s pa c i n g of f l e xu r a l c r a c k s we s t u di e d ba s e d On t h e e xi s t i ng t e s t r e s ul t s o f r e i nf or c e d c on c
5、r e t e b e a m s Ou r r e s e a r c h s ho ws t h a t t h e f l e xu r a l c r a c ks t e n d t o de v e l o p ne a r s t i r r u p l o c a t i o n s S t i r r u p s p a c i n g a l s o h a s s o me i n f l u e n c e o n t h e c r a c k s p a c i n g Th e t e s t r e s u l t s s u g g e s t t h a t
6、 t h e a v e r a ge c r a c k s p a c i ng f or mul a a d o p t e d i n t he de s i g n c od e GB5 0 01 0 2 0 02 s ho ul d b e r e vi s e d b y c o n s i d e r i n g t he s t i r r up s i n t h e c o ns t a nt mome n t r e g i on A n a v e r a ge c r a c k wi dt h f or mul a c o nc e r n i ng t h e
7、s t i r r up s p a c i n g i s p ut f or wa r d t h a t t a ke s i n t o a c c o un t t h e s t a nd a r d c r a c k wi d t h f o r m u l a The p r op o s e d c a l c u l a t i o n f or mul a s a g r e e wi t h t h e e x pe r i m e nt a l r e s ul t s Ke y wo r ds : f l e xu r a l c r a c ks;s t i r
8、 r up;c r a c k i ng l o c a t i o n;a v e r a g e c r a c k s p a c i ng;av e r a ge c r a c k wi d t h 当混凝土受拉区边缘的应变超过混凝土极限拉伸 值时 , 钢筋混凝土受弯构件就会 出现裂缝 。过往研究 表明 1 , 未配置箍筋的混凝土粱受弯裂缝在剪弯 区内 分布比较均匀 , 裂缝间距大致相等( 一S 。 ) ; 在纯弯 区 内 , 裂缝 间距则 是 随 机 的 ( S 。 Z 2 S 。 ) , 裂 缝 位 置 几 乎不能预测( 其 中 S 。 为钢筋一混凝土粘结滑移传递长 度) 。有研
9、究者指出 2 , 3 , 5 - 1 1 , 对于配置箍筋的钢筋混 凝土受弯构件, 在箍筋处混凝土截 面减小 , 应力集 中, 容易出现裂缝 , 即箍筋对裂缝有一定的导向作用。也 有研究者认为 4 , 箍筋的设置改善 了混凝土试件受力 的非均匀性, 使得裂缝分布比较均匀。因此箍筋对钢 筋混凝土受弯构件的裂缝有何影响 , 是一个值得研究 的问题 。 1 箍筋对裂缝位置和裂缝 间距的影响 1 1 箍筋对 剪弯 区裂缝 位置 和裂缝 间距 的影响 有研究者指出口 。 , 剪弯区的受弯裂缝分布 比较均 匀 , 裂缝间距与箍筋 间距基本一致。而且他们认为这 种现象与箍筋有关 , 因为箍筋削弱了截面 ,
10、使得箍筋处 容易出现裂缝。Ha n n a和 F a r i s_ 2 进行 了两 组共 2 4 根梁的试验研究 , 所有试件在剪弯区均配有箍筋, 试验 结 果表 明 , 裂 缝均 出现在 箍筋 位置 附近 , 即箍筋 间距 控 制了裂缝间距 。束继华和韩书香 通过 2 8根悬臂梁 的试验研究了钢筋混凝土受弯构件剪弯区的裂缝和刚 度 , 研究表明 , 构件开裂后 , 箍筋的存在使得 S 。 减小, 对 裂缝开 展有 利 。 收稿 日期 : 2 0 0 7 -0 7 1 5 作者简介 : 李 志华 ( 1 9 8 2 一) , 女 , 博士研究生 , 主要从事混凝土结构研究。 维普资讯 http
11、:/ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 重 庆 建 筑 太 学 学 报 第 2 9卷 1 2 箍筋对 纯弯 区裂缝位 置和 裂缝 间距 的影响 1 2 1 理论分析讨论在纯弯区, 由于开裂前构件各 受拉截 面 的混 凝 土应 力 是 相 同 的 , 所 有 的 裂缝 均 会 出 现在薄 弱截 面 。如 果 箍 筋确 实 削 弱 了截 面 , 则 箍 筋 位 置处容易出现裂缝 , 从而使得裂缝间距较为均匀。如 果 箍筋未 能 削弱截 面 , 则裂缝 位置 是很 随机 的 , 裂缝 间 距是很离散的, 满足 2 S 。 l 2 S 。的关系【 1 5 。 1
12、2 2 试验研 究结果 文献 6 。 ” 在研究 中均发 现, 受弯构件在纯弯段 内的裂缝发生位置与构件箍筋 位 置基本 一致 , 平 均裂 缝 间距 与构 件 箍 筋 间距 基 本一 致 ; 构件 的裂缝 间距 明 显受 箍 筋 位 置影 响 。通 过 观察 文 献 9 。 ” 给 出 的详 尽 裂 缝 图 , 可 发 现 大 多 数 裂 缝 出 现在箍筋位置处 , 但由于混凝土材性 的非均匀性 , 箍筋 之 间 的截 面有 时也会 出现裂缝 。 1 2 3 箍筋 对裂缝位 置影 响 的统计分 析文 献 E 6 , 9 , 1 0 , 1 2 , 1 4 给出了详尽的构件钢筋布置图和裂缝图,
13、 根 据这 5篇文献收集到了 2 5根梁 2 8 0多条裂缝 的位置 数据 。以裂缝到构件纯弯段内最左边箍筋的距离 X与 箍筋间距 s 的比值 作为统计量 , 对统计量 以 0 2的 5口 间隔划分 , 经统计计算绘出了裂缝位置直方图( 图 1 ) , 横坐标表示 , 纵坐标表示相应 位置处 的裂缝数量。 5 口 其中横坐标 0表示纯弯段 内最左边箍筋的位置 , “ 1 ” 表 示从左边起 的第二个箍筋的位置, 依次类推, 整数均代 表 箍筋 的位 置 。 由图 1可 知 , 裂缝 多发 生在 箍 筋 位置 处 , 其概率为 5 3。因此可以认为 , 箍筋对裂缝具有 导 向作用 , 箍筋位 置
14、 附近容易 出现裂 缝 。 图 1 裂 缝 位 置 直 方 图 1 2 4 箍筋对裂缝 间距的影响 根据文献 1 提出的 经验公式及文献 6 , 9 , 1 0 , 1 4 中各试验梁的截面尺寸 和配筋情况, 计算出了上述文献 中部分梁 的钢筋 一混 凝土粘结滑移长度。依据上述各梁纯弯段内所有裂缝 的裂缝间距 、 箍筋间距和粘结滑移传递长度, 绘制 了图 2 , 分别对每个梁的各裂缝 间距与其箍筋间距和粘结滑 移传递长度进行 了对 比。图 2中, 每个竖柱代表一个 裂 缝 间距 , 不 同 的梁用竖 直虚 线隔 开 , 纵 坐标表 示裂 缝 间距 的数值 , 横坐标给出了相应试验梁的梁号。 童
15、 晷 童 晷 - , 4 AE l - S T M S TM H S 1 砸一 M 图 2 裂缝间距与箍筋间距 和粘结滑移长度 的比较 由图 2可知 , 对于配置箍筋 的梁 , 其纯弯区段内的 裂缝 间距 是 不 满足 S 。 2 S 。 这 个 关 系 , 而是 趋 于 均匀 。由此可知, 在纯弯区段内, 箍筋对裂缝间距有明 显的影响。通过观察可知, 当箍筋 间距 与钢筋 一混 凝土粘结滑移长度 S 。 相差不多时( AC I I 1 。 。 , S T M一 一 I, 匡勰j匿 维普资讯 http:/ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 李志华, 等
16、: 箍筋对钢筋混凝土受弯构件裂缝的影响分析 5 5 I 1 引 , STM H 1 引 , STM M , B一 9 0 引 , B一 11 0 引 , B S T 。 ) 或当箍筋 间距远 大于传 递长度 但又不接近 2 倍传递长度 时( B一1 5 0 ) , 裂缝 间距 约为箍筋 间距 ; 当箍筋间距 S 远小于传递长度 S o时( B 一5 0 ) , 尽管 裂缝 间距 比较离散 , 但是其均值是相当小的; 而当箍筋 间距约等于或略大 于 2倍传递长度 时 ( C 2 1 1 1 , B一 2 0 0 ) , 裂缝 间距约 为箍 筋 间距 的一 半 , 这是 因为在 箍 筋 之 间出现
17、 了新 的裂缝 。这 与粘结 滑移 原理 在某 种 程 度上是 吻合 的 , 同时 也说 明箍 筋 位 置 处 确实 形 成 了薄 弱面 。但是 , 由于混凝 土材性 的不 均匀性 , 箍 筋 之 间 的 截面有时也会出现裂缝 , 因而裂缝 间距并不等于箍筋 间距 。 2 箍筋对 纯弯 区段 平均裂 缝 间距和 平均 裂缝 宽度 的影 响 2 1 箍筋对 纯弯 区段 平均 裂缝 间距的影 响 根据文献 7 的 1 7根配置箍筋的混凝土梁的试验 数据, 考虑箍筋间距对裂缝 间距的影 响, 在 混凝土结 构设计 规范 GB 5 0 0 1 0 2 0 0 2裂 缝 间距 公式 的基 础 上, 得到
18、配置箍筋的受弯构件的平均裂缝 间距公式为 : Z 一 p Z ( 1 ) 其 中 z 一 1 9 c + 0 0 8 ( 2 ) ID d c、 0 8 5 p 一( J ( 3 ) 依据文献 7 中的试验数据, 对式 ( 1 ) 及 混凝土结 构设计规范) G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2中的裂缝间距计算公式 进 行 了 比较 , 结果见 表 1 。 由表 1可 知 , 规 范公 式 的 计 算值与试验值偏差较大 , 公式( 1 ) 的计算值与试验值符 合较好 。 表 1 配置箍筋的混凝土梁平均裂缝间距统计参数值 注 : 其中 表示平均裂缝 间距实测 值 , 表示平 均裂 缝 间距
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