剪弯段开双孔钢筋混凝土梁受力性能的试验研究.pdf
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1、2 0 1 5 年 第 5期 (总 第 3 0 7 期 ) N u mb e r 5 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 7) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RET I CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 5 0 0 8 剪弯段开双孔钢筋混凝土梁受 力性 能 的试验研 究 李志奇 , 袁广林 , 邱辉。 ( 1 中国矿业大学 力学与建筑工程学院,江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ; 2 中南控股集团, 北京 1 0 0 1 4 2 )
2、摘要: 基于剪弯段开双孔钢筋混凝土梁受力的特点 , 考虑了孔洞数量 、 间距和位置的因素 , 对剪弯段开双孔梁在集 中荷载作用 下的受力性能进行 了试验研究。 研究结果表明 , 与未开孔钢筋混凝土梁相 比, 未加固开孔梁的承载力随着孔洞数量、 间距和位置 的变化有不同程度的降低。 当孑 L 洞位置靠近支座时 , 单孔梁 、 孔间距小于 1 倍孑 L 径的双孑 L 梁和孔间距大于 1 倍孔径 的双孔梁的承 载力分别降低了 1 2 7 、 2 3 3 、 1 6 8 , 破坏时梁底部钢筋均未发生屈服 , 呈剪压破坏状态。 当孔洞位置靠近纯弯段时 , 孔间距小 于 1 倍孔径的双孔梁承载力降低了6
3、6 , 破坏时呈弯曲破坏状态; 开孔梁孔周钢筋加固后 的承载力与未开孔梁相比仅下降 3 1 , 加固效果明显 , 呈弯曲破坏状态。 关键词 : 混凝土; 开孔梁 ; 双孔; 钢筋加固; 受力性能 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 2 9 0 5 S t u d y o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms wi t h d ou b l e h
4、 o l e s o n s h e a r b e n d i n g r e gi o n L J Z , YU AN Gu a n g l i n , Q t U Hu ( 1 S c h o o l o f Me c h a n i c s a n d C i v i l En g i n e e r i n g, C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y , Xu z h o u 2 2 1 1 1 6, C h i n a ; 2 Z h o n g n a n G r o u p ,
5、 B e i j i n g 1 0 0 1 4 2 , C h i n a ) Abs t r ac t : I t h a d f o c u s e d o n the me c ha n i c a l p r o p e r t i e s o f be a ms do u b l e 。 ho l e s o n s he a r - be n di n g r e gi o n u n d e r the a c t i o n o f c o n c e n t r a t e d l o a d, c o n s i d e r i n g t h e n u mbe r o
6、 f ho l e s , dis t a nc e an d p o s i t i o n f a c t o r s, a na l y z i n g t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s of b e a ms d o u bl eho l e s o n s h e a rb e n d i n g r e g i o n u n d e r the a c tio n o f c o n c e n t r a t e d l o a d Th e r e s ul t s s ho w tha t c o mpare d wi
7、 th RC b e a m wi th n o o p e n i ng, wi th the d i f f e r e n t n u mb e r o f h o l e s , d i s t a n c e a n d p o s i tio n, t he b e a tin g c a pa c i t y o f t h e b e a ms wi th ho l e s a n d n o r e i n f o r c e d ha v e d i f f e r e n t d e g r e e s o f de c fin e W h e n t h e p os
8、i t i o n o f the h o l e s n e ar the s u p p o rt, the b e a m h o l e, t h e h o l e s s p a c i n g o f l e s s tha n o n e time s t he d i a me t e r o f the b e a m a n d th e h ol e s s p a c i n g o f m o r e tha n o n e t i me s the diam e t e r o f the b e a m b e a tin g c a p a c i t y d
9、 e c r e a s e d 1 2 7 , 23 3 , 1 6 8 Th e bo t t o m s t e e l o f be a ms do e s n o t y i e l d and p e rfo r man c e o f s h e a r c o mp r e s s i o n f a i l u r e s t a t e, wh e n t h e p os i ti o n o f the h ol e n e ar the p u r e be n di n g s e c t i o n the h o l e s s p a c i n g o f
10、l e s s tha n o n e t i me s the d i am e t e r o f the b e a m be a r i n g c a p a c i t y d e c r e a s e d 6 6 pe r f o r ma n c e o f Be n d i n g f a i l u r e s t a t e Co mpare d wi th RC b e a m wi th n o o p e n i n g, the b e a r i n g c a p a c i ty o f the b e a ms d o ub l eh o l e s w
11、i th s t e e l r e i n f o r c e me ri t d e c r e a s e d 3 1 。 the r e i n f o r c e me n t e f f e c t i s o b v i o us p e rfo rm an c e o f b e n d i ng f a i l u r e s t a t e K e y wo r d s: s e n g th c o n c r e t e ; b e am wi th o p e n i n g ; d o u b l e h o l e s ; s t e e l r e i n f
12、o r c e me n t ; me c h a n i c a l p r o p e rt i e s 0 引 言 在梁上开洞 , 可使结构高度和管道 高度合二 为一 , 既 可以大 幅度地 降低 层高 , 减 少管道对建筑空 间的 占用 , 又 不影响合理结构形式的采用, 并且降低了工程成本 , 是一 举多得 的好 方 法。 但 开 孔会 影 响梁 的受力 性 能 。目前 , 国内外对开孔梁已经有了不少的研究 , 但主要是对腹 部开单一孔洞梁受力性能的研究 , 对腹部开双孔梁的研究 较少 。 为研究腹部开 双孔梁的受力性 能 , 本试验设计 了 6 根剪弯段开孔的钢筋混凝土梁 , 进行
13、静力 加载试验 , 选取 了孔洞数量 、 间距 和位置三个重要 的影 响因素 , 分析开孔 梁承载力 、 挠度 、 钢筋应 变、 裂缝的开展及破坏形态 等受力 性能的变化规律 , 为今后混凝 土开孔梁的进一步研究提供 参考 1试 验 概 况 1 1 试件 方案 混凝土试块的设计抗压强度为 C 2 5 , 2 8 d实测抗压强 度为 2 8 6 MP a , 水泥采用 中联牌 P C 3 2 5级复合硅酸盐 水泥 , 石子采用碎石 , 最大粒径 D 一 = 2 0 m l T l , 砂子采用 中 砂。 梁 纵 筋 为 H R B 4 0 0 , 架 立 筋 为 H R B 3 3 5 , 箍
14、筋 为 H P B 3 0 0 。 钢筋力学性能见表 1 。 表 1 钢筋的力学性能 收稿 日期: 2 0 1 4 1 0 1 8 基金项 目: 国家自然科学基金资助项 目( 5 1 2 0 8 5 0 4 ) ; 教育部博士点基金资助项目( 2 0 1 2 0 0 9 5 1 1 0 0 2 7 ) ; 江苏省优势学科建设工程项目 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( C ) 、 图3 ( d ) 和图 3 ( e ) 所示。 当荷载分别为 3 6 3 、 3 8 6 、 3 8 、 3 8
15、6 k N时 , 梁跨 中底部 出现第一条裂缝 ; 当荷载分别 为 1 4 6 、 1 3 8 、 1 5 0 6 、 1 6 0 6 k N 时, 纯弯段最大裂缝 宽度达 到 0 3 n l l n , 当荷 载分别 为 1 4 8 2 、 1 6 8 6 、 1 6 0 6 、 1 8 0 4 k N 时, 梁破坏 。 图 3 梁 L A1 、 L BI 、 L B 2 、 1 _ 1 3 ;3 、 1_ 1 3 4、 L C1裂缝 2 2 主要试验结果及分析 ( 1 ) 梁 的破坏形态 试验研究说明, 剪弯段开双孔梁 的破坏形态取决 于孔 洞 的数量 、 间距和位置 。 梁 L A 1由
16、于未受 到开孔 的削弱 , 发生正截面弯 曲破坏 ; 梁 L B 1 、 L B 2和 L B 3由于孔洞 的存 在 , 孔间混凝土受到一定损伤 , 造成孔 间混凝 土抗 剪能力 不足, 梁发生剪压破坏; 梁 L B 4因两孔的位置距离跨中都 较近 , 孔洞对梁的抗 剪承载力有一定 的削弱 , 但不 影响梁 的最终破坏形态 , 梁发生弯曲破坏 ; 梁 L C 1 孔 洞周边采取 钢筋加 固, 钢筋 的抗 剪承载力充分发挥作用 , 使得 开孑 L 梁 剪弯段抗剪承载力与开孔前相近, 破坏形态与未开孔梁 L A 1 相同 , 为弯曲破坏 。 ( 2 ) 承载力 由试验结 果可知 , 梁 L A 1
17、 、 L B 1 、 L B 2 、 L B 3 、 L B 4 、 L C 1 的承 载 力 分 别 为 1 9 3 1 、 1 4 8 2 、 1 6 8 6 、 1 6 0 6 、 1 8 0 4 、 1 8 7 2 k N。 剪弯段开孔梁 L B I 、 L B 2 、 L B 3 、 L B 4与未开孔梁 L A 1比较, 承载力依次降低了2 3 3 、 1 2 7 、 1 6 8 、 6 6 , 可以看出开孔梁的承载力 随着孑 L 洞数量 、 间距和位置的变 化有不同程度的下降 , 原 因在于剪弯段开 孔后 , 开孔 区域 成为梁的薄 弱 区, 梁 的抗剪承 载力瞬 间有 了大 幅
18、度 的降 低 , 导致梁提前破坏, 而孔洞数量、 间距和位置的不同对梁 抗剪承载力的降低程度也是不同的。 梁 L B 1 与梁 L B 2 、 L B 3 、 L B 4比较 , 承载力依次降低了 1 3 8 、 7 7 、 1 8 , 原 因是随着孔洞数量 的增加 , 孔洞对梁 抗剪承载力 的削弱更 加 明显 ; 当孔洞 间距小 于一倍 孔径 时 , 孔洞间应力集 中现象更加严重 , 孔洞 间的混 凝土 由于 变形过大提前退出工作 , 这样便对开孔区构成了更大的削 弱 ; 当开孔位置越靠 近支 座 , 孔 洞左侧会产生较 多腹剪斜 裂缝 , 且孔洞离加载点较远 , 孔洞左上方的弯拉裂缝较大
19、, 从而导致梁的承载力下降明显 。 梁 L C 1 与梁 L Al 相比, 承 载力仅降低了 3 1 , 与梁 L B 1 相 比, 承 载力提高 了 2 6 , 原因是对开孑 L 梁孔洞周边 采取钢筋加 固约束 了孔 间混凝 土的变形 , 延缓 了孔周裂缝 的出现 , 提 高了梁的抗剪 承载 力 , 梁 的承载力也显著提高。 ( 3 ) 荷载 一 挠度 曲线 图4是各试验梁的荷载 一挠度 曲线。 250 2 0 0 至1 5 0 旃 挺 1 0 0 50 O 2 0 0 1 8 0 l 6 0 1 4 0 z 1 2 0 藕1 0 0 挺8 O 6 0 4 0 2 0 0 5 1 0 1 5
20、 20 跨中挠度 mm ( a ) 5 1 0 1 5 2 0 跨 中挠 度 mm ( b ) 图4 试验梁的荷载 一 挠度曲线图 从 图 4中可以看 出 , 梁 L A 1 、 L C 1的荷载 一挠度 曲线 均 出现了两个拐点 , 分别对应梁跨 中混凝土的开裂和底部 受拉纵筋 的屈服。 这表 明梁正截面受弯经历了三个工作 阶 段, 分别是开裂前的弹性工作阶段、 带缝工作阶段、 下部受 拉钢筋屈服阶段 。 这说 明未开孑 L 梁与开孔后经孔周钢筋加 固的梁破坏时有较大的变形 , 延性较好 。 与梁 L A1 、 L C 1相 比, 梁 L B 1 只经历 了前半个 阶段 , 曲线上只有一个
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