角钢桁架型钢混凝土梁纯扭性能试验研究.pdf
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1、1 4 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 第 3 8卷第 4期 2 0 1 2年 8月 角钢桁架型钢混凝土梁纯扭性能试验研究 成 健 , 邵永健 , 陈宗平 , 刘 峰 ( 1 苏州科技学院, 江苏 苏州2 1 5 0 1 1 ; 2 广西大学, 广西 南宁5 3 0 0 0 4) 摘 要: 为了研究角钢桁架型钢混凝土梁在扭矩作用下的受力性能, 进行了6根角钢桁架型钢混凝土梁和 1 根钢 筋混凝土对照梁纯扭试验。通过试验研究, 揭示了角钢桁架型钢混凝土梁在纯扭作用下的受力机理与破坏形态 , 分析了角钢桁架型钢混凝土梁受扭性能
2、的影响因素。试验结果表明, 角钢桁架型钢混凝土梁比普通钢筋混凝土梁 的抗扭性能有很大的提高, 大体上随着腹杆体积配钢率的提高而增大 , 其中增加斜腹杆试件的抗扭性能最好。 关键词: 角钢桁架 ; 型钢混凝土( S R C ); 受扭性能 中图分类 号: T U 3 7 5 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 1 4 0 5 Ex p e r i me n t s t ud y o n p ur e t o r s i o n a l b e ha v i o r o f a n g l e s t e e l t r u s
3、s r e i n f o r c e d c o n c r e t e be a m C HE N G J i a n , S HA O Y o n g j i a n , C H E N Z h o n g p i n g 2 , L I U F e n g z ( 1 U n i v e r s i t y o f Sci e n c e a n d T e c h n o l o g y o f S u z h o u , S u z h o u 2 1 5 0 1 1 , C h i n a ; 2 G u ang x i U n i v e rs i t y , N a n n
4、i n g 5 3 0 0 0 4 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n o r d e r t o s t u d y t h e c a p a c i t y o f a n g l e s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m ( A S R C B)u n d e r t o r q u e , 6 a n g l e s t e e l r e i nfo rce d c o n c r e t e be am s a n d 1 r e i n f o r c e d c o n c
5、 ret e be am w e re c a r r i ed o u t T h r o u g h t h e e x p e ri me n t r e s e a r c h rev e a l s t h e w o r k i n g me c h a n i s m a n d f a i l u r e mo d e s o f A S RC B u n d e r p u re t o r s i o n , t h e f a c t o r s o f e ff ec t o n t h e c a p a c i t y w e re a l s o an a l y
6、 z e d Ex p e r i me n t res u l t s t h e t o r s i o n p r o p e rti e s o f AS R CB t h an R CB h a s b e e n g r e a tl y i mp r o v e d, a n d as t h e s t e e l r e i n f o r c e me n t r a t i o p e r u n i t v o l u me i n c rea s ed w i t h t h e i n c rea s e , a mo n g t h e m t h e t o r
7、si o n p r o p e r t i e s o f me c h a n i s m wit h i n c r e asi n g i n c l i n ed a b d o me n p o l e i s b e s t Ke y w o r d s : angle s t e e l t r u $ s ; s t e e l r e i nfo r c e d c o n c r e t e ; me c h a n i c al b e h a o r o f t o rs i o n 0 引 言 型钢混凝土结构具有 良好 的受力及抗震性能 , 被广泛应用于各种工程结构
8、中, 如高层、 大跨结构。 目前对型钢 昆 凝土构件在轴力、 弯矩、 剪力或者二者 共同作用下的受力性能的研究很深人, 但对其受扭 性能 的研究较少 , 相关规范规程对型钢混凝 土构 件的受扭计算公式也没有规定。因此 , 对型钢混凝 土梁进行抗扭试验研究和理论分析有着重要的现实 意义和广阔的工程前景。 为了解角钢桁架型钢混凝土梁( A n g le S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m, 简称 A S R C B) 的受扭性 能, 完成 了 6根 A S R C梁和 1根 R C梁在纯扭作用下 的 受扭性能的试验。本文通过试
9、验揭示了角钢桁架型 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 8 - 0 9 作者简介 : 成健 ( 1 9 8 7一) , 男 , 江苏盐城人 , 硕 士 , 研 究方 向为混 凝 土结构与组合结构。 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 1 0 7 8 2 4 9 ) Ema i l : c j 8 8 5 1 6 2 4 0 1 2 6 c o m 钢混凝土梁在纯扭下的破坏形态和工作机理 ; 分析 了影响 A S R C梁的受扭性能的因素 ; 提 出了纯扭作 用下 A S R C梁的强度计算公式 , 研究成果可为型钢 混凝土梁受扭的力学性能的进一步研究提供参考 。 1 试件设计与加
10、载装置 1 1 试件设计 本次试验共设计了 6根角钢桁架型钢混凝土梁 和 1 根普通混凝土对照梁。本次试验型钢的配筋采 用角钢代替纵筋, 用短扁钢代替箍筋的设计方法, 角 钢型号为等边角钢 5 0 5 , 腹杆为2 5 X 4扁钢。试 件尺寸和截面含钢率为定值( 不包括腹杆面积) , 截 面含钢率约为 2 7 8 , 试件 尺寸为 2 3 0 m m x 3 0 0 m l T I 2 0 0 0 I n n l 。主要变化参数有截面配钢形式( 增 加的斜腹杆采用前后面、 上下面对称配置) 、 混凝土 保护层厚度、 混凝土强度等级。试件设计参数见表 1 , 试件截面形式如图 1 所示。混凝土设
11、计强度等级 分别为C 3 0和C 5 0 , 按 G B T S 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝 土力学性能试验方法标准 测得立方体抗压强度 成健 , 等: 角钢桁架型钢混凝土梁纯扭性能试验研究 1 5 平均值分别 为 3 O 2 6 MP a和 4 8 9 6 MP a , 换算得轴 心抗压强度分别为2 3 M P a 和 3 7 2 M P a , 轴心抗拉 加 强度分别为 2 5 8 MP a和3 3 6 M P a 。型钢采用 Q 2 3 5 钢材, 按 G B T 2 2 8 -2 0 0 2 金属材料室温拉伸试验 方法 进行材性试验 , 结果见表 2 。 表 1 试
12、件设计参数列表 Ta b l e 1 D g n e d p a r a me t e r s o f s a m p l e s 一一 ( a ) AS RC B 2 ( b ) AS RC B - 3 图 1 试件截面形式 F i g 1 S e c t i o n t y p e s o f s a mp l e s 表 2 型钢的材性试验结果 T a b l e 2 Th e r e s u l t of t h e s t e e l S ma t e r i a l p r o p e r t i e s 1 2 试验加载制度及加载装置 本次试验设计采用 2 5 0 k N伺服作动
13、器按位移 控制单次加载, 每下降5 m m为一级。加载、 调整过 程约为 3 0 S , 每级的持续时间约为 51 0 mi n 。试验 停机时间设为当荷载下 降为极 限荷 载的 8 5 或承 载力突然出现大幅度下降时停止。每根试件 的加载 时间约为2 h 。加载装置如图2 所示: 试件两端的上 下面层铺设沙垫层后分别用反力架夹紧 , 试件 的固 定端固定在反力架的中部 , 加载端固定 于反力架 的 左端 , 反力架右端上部安装伺服作动器 , 作动器施加 竖向荷载给反力架, 从而实现试件的纯扭受力。 2试验结果与分析 2 1 试验过程及结果分析 角钢桁架型钢混凝土梁的破坏过程与混凝土梁 基本相
14、 同。刚开始加载时, 型钢混凝土梁处于弹性 ( a ) 试验加载装置正面 固定端 ( b )固定端 ( c ) 加载端 圈2 试验加载装置 Fi g 2 Loa di n g s ys t e m of t e s t 阶段 , 扭转角相对 较小。当荷载达 到开裂扭矩 时 , 第一条斜裂缝一般 出现在试件长边表 面靠近固 定端处 , 斜裂缝 与试件水平轴线约成 4 5 。 。随着扭 矩的增大, A S R C梁的扭转角增大略加快, 抗扭刚度 下降, 旧的斜裂缝逐渐向两端延伸, 新的斜裂缝不断 向加载端发展 , 同时 , 试件的短边表面也开始出现斜 裂缝 , 并逐渐与长边表面的斜裂缝形成环绕整个
15、试 件的螺旋形裂缝 。随着贯通裂缝的增 多, 试件被划 分为一个带斜裂缝工作的空间桁架结构。部分试件 最终破坏形态如图 3所示。 ( a ) R C B最终破坏形态 ( b AS R CB 一 2 最终破坏形态 图 3 部分试件破坏形态 F i g 3 Fa i l u r e mo d e s o f p a r t i a l s a mp l e s 当荷载接近极限扭矩 时, 混凝土表面形成多 条通长的受拉斜裂缝。此时 , 主裂缝的数 目不再增 l 6 四川建筑科学研究 第 3 8卷 加 , 但裂缝宽度急剧增加。破坏时 , R C梁的裂缝主 要分布在靠近加载端 , 裂缝分布不均匀 , 且
16、达到极限 扭矩后混凝土迅速压溃脱落 , 持续时间较短 , 从形态 上可判别为脆 性破坏 。对于 A S R C梁 , 裂缝沿整个 梁身分布 , 出现一条或几条宽度较大的主斜裂缝 , 且 此时尽管有相当大的扭转角和裂缝宽度 , 但仍能持 续受力相当长的一段时 间, 最终试件加载端和跨 中 处出现混凝土被压碎而试件破坏 , 属于延性破坏。 主要试验结果见表 3 。 表3 试件的特征荷载及相应的扭转角实测值 Ta b l e 3 Ty p i c al l o a d i n g t o r q u e s a n d c o r r e s p o n d i n g t o r s i o na
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