细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析.pdf

第 3 5卷 第 2期 2 0 1 3年 4月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo l J 3 5 NO 2 A pr 2O1 3 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 3 0 2 0 0 7 细品粒 高强钢 筋混凝 土梁受弯性 能试 验与参数分析 葛文杰 ， 张继文 ( 1 扬 州大学 建筑科 学与工程 学院， 江苏 扬 州 ，曹大富 ， 戴 2 2 5 1 2 7 ； 2 东 南大 学 航 土木 工程 学院 ， 南京 2 1 0 0 9 6 ) 摘 要 ： 为研 究配置 了细 晶粒 高 强钢 筋 混凝 土 梁 的 受弯 性 能 ， 制 作 了 HRBF 4 0 0、 HRBF5 0 0级 钢 筋 混凝 土矩 形截 面 梁各 4根进 行静 力抗 弯试验 。研 究表 明 HR B F筋混凝 土 梁在 短期荷 载作 用 下的最 大裂 缝 宽度 实测值 满足 规 范要 求 ， 但 计算值 不 满足 。HRB F 4 0 0级钢 筋 混凝 土 梁在 正 常使 用条件 下 的挠 度 能满足规 范要 求 ， HRB F S 0 0级钢 筋混 凝 土 梁 不 能够 满 足规 范要 求。推 导 了 HR B F筋 混凝 土 梁在 裂缝 挠 度控 制条 件 下的承 载 力计 算公 式 ， 提 出 了构 件 承载 力利 用 系数 的概 念 ， 分 析 了钢 筋 强度 、 钢 筋直径 、 混凝土 强度 、 配筋 率 、 混 凝 土保 护 层厚 度 、 高跨 比 对构 件 承 载 力利 用 系数 的影 响 。 在 经济 配筋 率范 围 内， HR B F筋 混凝 土 梁 的延 性基 本 满足 要 求 。HR B F筋混 凝 土 梁的耗 能 能力在 较低 配 筋率 时与普 通钢 筋混凝 土 梁相近 ， 但 随着配 筋率 的提 高 ， 其耗 能 能 力较普 通 钢 筋混 凝 土 梁降 低 的快 。 同配筋 率下 ， HRB F筋混凝 土 梁在 弹性 阶段 的耗 能能 力较普 通钢 筋 混凝 土 梁要 高 ， 且 随着 配筋 率的增 大 而提 高。 关 键词 ： 混凝 土 梁 ； 细 晶粒 高强钢 筋 ； 受弯 ； 挠 度 ； 裂缝 ； 延 性 中图分 类号 ： T U3 7 5 1 文献标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 3 8 0 8 Ex pe r i me n t a l a n d Pa r a m e t r i c An a l y s i s o f t h e Fl e x u r a l Be ha v i o r o f HRBF RC Be a ms Ge We n j i e ，Z h a n g J i we n 。 ，C a o Da f u ，Da i H a n g ( 1 Co l l e g e o f Ci v i l S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ，Ya n g z h o u Un i v e r s i t y ，Ya n g z h o u 2 2 5 1 2 7 ，J i a n g s u ，P RCh i n a 2 Co l l e g e o f Ci v i l En g i n e e r i n g，S o u t h e a s t Un i v e r s i t y，Na n j i n g 2 1 0 0 9 6 ，PRCh i n a ) Ab s t r a c t ： I n or d e r t o i nv e s t i g a t e t he f l e xu r a l be ha v i o r o f c o nc r e t e b e a m s r e i n f o r c e d wi t h h i gh s t r e ng t h h ot r o l l e d ba r s o f f i ne g r a i n s， s t a t i c be nd i ng t e s t on f o ur r e c t a n gl e c r o s s s e c t i on HRBF4 0 0， H RBF5 0 0 RC be a ms wa s c o n du c t e dTh e r e s ul t s s ho w t ha t t he e x pe r i me nt a l ma x i m u m c r a c k wi dt h u n de r s ho r t t e r m l oa d me e t s t he r e q ui r e m e nt of c u r r e nt c od e whi l e c a l c ul a t e d v a l ue d oe s no t me e t ； mi d s pa n de f l e c t i on o f RC be a ms wi t h H RBF4 00 un de r s ho r t t e r m l oa d s t i l l m e e t s t he r e qu i r e me n t of c u r r e nt c o de whi l e RC be a m s wi t h H RBF5 00 do e s n o t me e t Be a r i ng c a pa c i t y c a l c u l a t i n g f o r mul a un de r c o n di t i o ns o f c r a c k d e f l e c t i o n c o nt r ol wa s p r op os e d a nd c o nc e p t i o n o f c o mpo ne nt 8 be a r i ng c a pa c i t y ut i l i z a t i o n c oe f f i c i e nt ( BCUC) wa s pu t f o r wa r dThe i n f l ue nc e s of r e i nf o r c e m e n t s t r e ng t h， r e i n f o r c e m e nt d i a m e t e r ， c o nc r e t e g r a d e， r e i n f o r c e m e n t r a t i o， c o nc r e t e c o ve r t hi c kn e s s a n d h i gh s pa n r a t i o o n BCUC we r e a n a l y z e d W i t h i n t he r a ng e of e c o no mi c r e i n f o r c e me n t r a t i o， du c t i l i t y o f H RBF RC b e a ms me e t s t h e r e qu i r e me n t Ene r g y di s s i pa t i o n c a p a c i t y o f HRBF RC be a m s i s s i m i l a r t o t ha t of no r ma l RC b e a m s a t l o w r e i n f o r c e me nt r a t i o bu t i t d e c r e a s e s f a s t e r t h a n n or ma l RC be a m s wi t h t he i nc r e a s i ng o f r e i nf o r c e me nt r a t i o Ene r g y d i s s i p a t i on c a p a c i t y o f H RBF RC b e a ms i s hi g he r t h a n t h a t o f no r m a l RC c o nc r e t e be a m s i n e l a s t i c s t a ge a n d i t 收 稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 3 o 基金项 目： 国家 8 6 3高技术研究发展计划( 2 0 0 7 AA0 3 Z 5 5 0 、 2 0 0 8 AA 0 3 0 7 0 4 ) ； 国家 自然科学基金 ( 5 1 2 7 8 4 4 5 ) 作者简介 ： 葛文杰 ( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 博士 ， 主要从事混凝土结构研究 ， ( E r n a i l ) j s h a g w j y a h o o c n 。 张继 文( 通信作者) ， 男 ， 教授 ， 博 士生导师 ， ( E ma i l ) j w z h a n g v i p 1 6 3 c o r n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 期 葛文杰， 等 ： 细晶粒 高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析 3 9 e n ha nc e s wi t h t he i nc r e a s i ng o f r e i nf or c e me nt r a t i o Ke y wo r ds ： c o n c r e t e b e a ms ；hi g h s t r e n g t h h o t r ol l e d b a r s o f f i ne gr a i ns ；f l e x u r a l ；d e f l e c t i o n；c r a c k；du c t i l i t y 随着 经 济 的发 展 ， 高强 度 钢 筋 在 混 凝 土 结 构 中 得到广泛使用 。 目前在 国际 上使用 的是 4 0 0 MP a 等级 以 上 建 筑 钢 筋 ， 中 国 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 已将 HR B F 4 0 0级 、 HRB F 5 0 0级 钢 筋列 为现 行混 凝土 结构 的主导 钢筋 。高 强度 钢 筋虽 然提高了钢筋 的强度和结构的承载力 ， 降低 了用钢 量 ， 但 是 ， 使用 高强 度钢 筋 可能会 造 成 钢筋 混 凝 土构 件 出现较大裂缝或挠度而无法满足正常使用极 限状 态的要求 。配置高强度钢筋 的混凝土结构在正常使 用 阶段 能 否满 足 结 构 适 用性 和耐 久性 的要 求 ， 是 高 强 度 钢筋 应用 于 实 际 工 程 应解 决 的 重 要 问题 之 一 。 因此 ， 研 究 高强 度 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 受 力 性 能 具 有 重 要 的理论 和工 程 实际 意义 。 其 他 国家学 者对 高强 度 钢筋 混凝 土 梁 的研 究 较 早 ， Gu r a l n i c k 口 对 高强钢筋 T形截 面混凝土梁 受 弯性 能进 行 了研 究 ， Ho g n e s t a d等 、 Ka a r等 、 Ti mms _ 4 对 高 强 钢 筋 混 凝 土梁 受 弯 、 裂 缝性 能 进 行 了研究 ， Ky o t o等 对单 向和反复加载下高强 钢筋 混凝 土梁 在正 常 使用极 限状态 和承 载 力极 限状 态 下 的结 构性 能 进 行 了研 究 ， Ma t s u mo t o等 对 配 置 了 1 1 种 钢筋类 型 的 T形 截 面 高 强 钢 筋 混 凝 土 梁 进 行 了研 究 ， L o r r a i n等 对高 强钢 筋 混凝 土 梁 进行 了数 值模拟分析 ， Ma s t 等 提出了一种适用于高强钢筋 混凝 土梁 承载力 的计算 方法 。中 国对 于高 强 钢筋 混 凝 土 梁 的研究 基本 处 于起 步 阶段 。天 津大 学 的 王铁 成 等 、 李 艳艳 等l_ 】 。 。 对 配 置 5 0 0 MP a钢筋 的混 凝 土 梁和配有蒙皮钢筋 的梁受弯、 受剪性能进行 了试验 研 究 。青 岛 理 工 大 学 的王 命 平 等_ 】 通 过 对 比 试 验 研 究 ， 建议 5 0 0 MP a 级 带 肋碳 素 钢 筋 混凝 土简 支 梁 的挠度 、 裂缝均按现行规范进行计算 ， 但挠度值应乘 以扩大 系数 f y 3 0 o ( 建议 取 f y 一4 2 0 MP a ) 。华 侨 大 学 的王 全凤 等口 分 析 了 HR B 5 0 0级 钢 筋 和 高 强 混 凝 土匹 配下 的梁 的破 坏形 态 、 变形 特 点 和承 载 性 能 。 同济大学的苏小卒等【 1 、 李志华等u 、 赵勇等 阳对 高强 钢 筋混凝 土 梁和 配表 层钢 筋 的高 强 钢筋 混 凝 土 梁 的短 期裂缝 、 刚 度 进 行 了研 究 。江 苏 大 学 的 陆 春 华等口 建议从 降低最大裂缝宽度保 证率和调整计 算 钢 筋应 力 2个方 面对 配置 HR B 5 0 0高强 钢筋 的受 弯构件裂缝宽度计算方法进行适 当的修正。 目前 中 国大部 分研 究者 根据 试 验研 究 对 钢筋 混 凝 土 结构 设计 理 论 中 的某 些 参 数 ( 如 构 件 受 力 特 征 系数 a 平均 裂 缝 间距 计 算 公 式 中 的系 数 ， 长 期 荷 载 作用 下 的裂 缝 宽 度 扩 大 系 数 钢 筋 应 变 不 均 匀 系数 等 ) 进 行 了修 正 ， 或将计 算 公式 乘 以修 正 系数 ( 如 挠度 乘 以 f y 3 0 0 、 1 2 5 ， 最大 裂缝 宽 度 乘 以 0 9 ， 相 对承 载力 刚度 修 正 系 数 。 ) 。本 文 从 正 常 使 用 极 限状态 出发 ， 推 导 了裂 缝 挠度 控 制条 件 下 的承 载力 计算 公式 并 进行 了参 数 分 析 ， 并 对 梁 的 延性 及耗 能 性 能也进 行 了分 析 。 1 试验概 况 设计 制作 了 HRB F 4 0 0级 钢 筋 、 HR B F 5 0 0级 钢 筋混 凝土 梁 弯 曲破 坏 构 件 各 4根 ， 构 件 的截 面尺 寸 及 配 筋见 表 1 。钢筋 的力 学性 能见 表 2 。 表 1构 件 尺 寸 及 配筋 试件号l 2 裂缝性 能 2 1 最 大 裂缝 宽度 计算 试验 测得 试验 梁 在短期 荷 载作 用 下最 大 裂缝 宽 一 一 一 一 一 一 一 一一一 一一 一姚髓一一 m 蕊翥 一 一 一 一 一 一一一 一一 一一一一一一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一一一一 耙一腓龋一一 l l 一 一 H H 一 H H H H H H H 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 5卷 度 随荷载 的变 化 曲线如 图 1 所 示 。 图 1 各试验梁荷载一 裂缝宽度 曲线 从 图 1可 以看 出 ， 细 晶粒 高 强钢 筋混 凝 土 梁 开 裂 时初 始裂 缝宽度 很小 ， 从 开裂荷 载 到屈 服荷 载 ， 裂 缝 宽度 近似 按 线性 增 大 ， 达 到 屈 服荷 载后 裂 缝 宽 度 急剧 增大 ； 混凝 土结 构设计 规范 GB 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 在 计算 最大 裂缝 宽 度 时取 荷 载 效 应 的标 准组 合 ， 一 般 情况 下荷 载效 应标 准组 合 约 为极 限荷 载 的 8 0 ， 试 验梁 在达 到短 期 荷 载最 大 裂 缝 宽 度控 制 值 叫 一 0 2 mm 时 ， M M 的值 基本 大 于 0 8 。? 昆凝 土结 构 设计 规范 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0在 计算 最 大 裂缝 宽 度 时 取荷 载 效应 的准 永 久 组合 ， 一 般情 况 下 荷 载 效 应 准 永久值为标准值的 8 o ， 试验梁在达到短期荷载最 大裂缝宽度控制值 一0 2 mm时 ， M M 的值 全部 大 于 0 6 4 。表 明在正 常使 用 条件 下 ， HR B F筋 混 凝 土梁在 荷载 效应 的标 准组合 下 和准 永 久组合 下 裂缝 宽度都 满 足规 范要求 。 矩形 截面 钢筋混 凝 土受弯 构件 在短 期 荷载 作用 下 的最大 裂缝 宽度 ( ram) 可按 下列 公式计算 ： 训 一 a c t z ( 1 ) 一 1 1 0 6 5 且 ( 2 ) J 0t e Z 一 口 ( 1 9c+ 0 08( A e_ _ qq ) ( 3) 一 堕 ( 4 ) e 。 一 _ a n i79 id i 4 l0 t 一 ( 5) 式 中 ： 为 构件 受力特 征 系 数 ， 对 受 弯 构件 ， 2 0 0 2版 规范 与 2 0 1 0版 规 范规 定 短 期 荷 载 作 用 下 的取 值 分 别 为 1 4和 1 2 7 ； 为裂 缝 问纵 向受拉 钢 筋 应 变 不 均 匀系数 ， 当 1时 ， 取 一 1 ； 为纵 向受 拉 钢筋 的应 力 ； E 为 钢 筋 弹 性 模 量 。p为构件受力特征系数， 对于受弯构件 ， 卢 一1 0 ； c 为 最外层 纵 向受 拉钢 筋 外边 缘 至 受 拉 区底 边 的距 离 ， mi i 1 。当 c 2 0时 ， 取 c 一2 0 。 当 f 6 5时 ， 取 c 一 6 5 ； d 。 为受 拉 区纵 向 钢筋 的等 效 直径 ， i i l m； d 为 受 拉 区第 i 种纵 向钢筋 的公 称 直 径 ， mm； 为受 拉 区 第 i 种 纵 向钢筋 的根 数 m 为 受拉 区第 i 种 纵 向钢筋 的相 对粘结 特性 系数 。 为按有 效 受拉 混凝 土 截 面 面 积计算 的纵 向受 拉钢 筋 配 筋 率 ， 在 最 大 裂 缝 宽度 计算 中 ， 当 0 0 0 1时 ， 取 = = = 0 0 1 ； A 为 有效 受 拉混 凝 土截面 面积 ； A 为受 拉 区纵 向非 预应 力 钢筋 截 面 面积 。 钢筋 昆 凝 土 受弯构 件受 拉 区纵 向钢筋 的应力 可 按 式 ( 6 ) 试算 。 O s一 ( 6) 一 。 。 短期荷 载作 用下 的最 大裂缝 宽 度 的理论 计算 值 与与 试验 实测值 对 比见表 3 。 表 3短期荷载作 用下最大 裂缝 宽度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 葛文杰 ， 等 ： 细 晶粒 高强钢 筋 混凝 土 梁受 弯性 能试验 与 参数 分析4 1 0 2 1 0 4 2 0 6 3 0 8 2 0 9 2 1 0 0 0 03 0 0 7 0 1 2 0 1 5 0 1 7 0 1 9 由表 3 并结合图 1可以看 出， 当 M Mu的值 达 到 0 8时 ， 短 期 荷 载作 用下 的最 大 裂 缝 宽 度 实 测 值 叫 一 均小 于 0 2 mm， 表 明 HR B F筋 混凝 土梁 在 正 常使用条件下裂缝 宽度满足规范要求 ， 但 当 M M 的值 还未 达 到 0 8时 ， 根 据 规 范 计 算 出 的短 期 荷 载 作 用 下 的最大 裂缝 宽度 值 硼一 基本 大 于 0 2 mm； 2 0 0 2版 规范 关 于 短 期 荷 载 作 用 下 最 大 裂缝 宽 度 的 计算值与实 测值 比值 的均值 为 1 1 9 ， 变 异系 数为 0 2 1 ， 2 0 1 0版 规 范关 于短 期 荷 载作 用 下 最 大 裂 缝 宽 度的计算值与实测值 比值 的均值为 1 O 7 ， 变异系数 为 0 2 1 ， 理论值普遍大于实测值 。 2 2裂 缝控 制下 承载 力计 算 短 期荷 载作 用 下最 大裂 缝宽 度应 满 足 t 叫m m 。 ( 7 ) 将 式 ( 1 ) ( 6 ) 代 人可 得 由最 大裂 缝 宽度 控 制 的 承 载力 计算 公式 为 ： 当 M 3 1 t f b h 。 。 时 ， 一 。 ； ； 6 5 3 4 6 M 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 5 卷 将计 算所 得 的 由最 大裂 缝宽度 控 制 的承 载力 除 以构 件 的极 限 承 载力 得 M Mu ， 称 为 构 件承 载 力 利 用 系数 。 由式 ( 8 ) ( 1 0 ) 可计 算得 到 不 同钢筋 直 径 、 混 凝土保 护 层厚 度下 不 同配 筋率 构件 的承载 力利 用 系数 。其 中 ， 图 2为 HB R F 4 0 0 、 HB R F 5 0 0级钢 筋混 凝 土 梁 ， 钢 筋直 径分 别 取 1 6 、 2 0 mm， 混 凝 土 保 护 层 厚度 分别 取 2 0 、 3 0 mm， 混凝 土强度 分别 取 C 4 0 、 C 5 0 时构 件 承载力 利 用 系数 随配 筋 率 变 化 曲线 ， 图 中第 1个数值代表钢筋 强度 ， 第 2个代表钢筋直径 ， 第 3 个 代表 混凝 土保 护 层 厚 度 ， 第 4个 代 表混 凝 土 强 度 等 级 。 从 图 2可 以看 出 ， 随着 配筋 率 的增 大 ， 承载 力利 用 系数 逐渐 提 高 ， 构 件 由裂 缝 控 制 逐 渐 转 变 为 由承 载力 控制 ； 随着 钢筋 直径 的增大 ， 承 载力 利 用 系数逐 渐降 低 ； 随着混 凝土保 护 层厚度 的增 大 ， 承 载力 利用 系数 逐渐 降低 ； 混 凝 土 强 度 等级 对 构 件 承 载 力 利 用 系数 的影 响不 大 ；HRB F 5 0 0级 钢 筋 承 载 力 利 用 系 数要较 HRB F 4 0 0级钢筋低 ， 即随着 钢筋强度等级 的提 高 ， 承 载力 利用 系数有 所降 低 。 l 6 1 2 O 8 综 上 所 述 ， 设 计 HR B F筋? 昆凝 土 梁 时 ， 在 满 足 承 载力 和耐 久性 条 件 下 可选 用 小 直 径 钢 筋 、 较 小 混 凝 土保 护层厚 度来 提高 构件 的承 载力利 用 系数 。 3 挠度性能 3 1 挠 度计 算 各 试验 梁在 不 同等级 荷载作 用 下 的挠度 与跨 度 的 比值 如 图 3 所 示 。 钢筋 混凝 土梁在 长期 荷载 作用 下 的 的挠 度 控制 值 ， 、 1 2 0 0 ， 试 验 为 短期 加 载 ， 无 法 考 虑 荷 载 的 长期 作用 ， 取 荷 载 效 应 准 永 久 值 为 标 准 值 的 8 0 、 准 永久组 合 系数 为 0 8 ， 2 0 0 2版 规 范在 计 算 变 形 时 取 荷载 效应 标 准组 合 ， 可 得 在 短 期 荷 载作 用 下 的挠 度 控 制 值 为 f l 。 1 3 6 0 。 从 图 3 可 以 看 出 ， HRB F 4 0 0筋 混凝 土梁 M M 在 达 到 0 8时f l 。 未 超 过 限值 ， 而 HRB F 5 o 0筋 混 凝 土 梁 M M 在 未 达 到 0 8时 f l 。已经 超 过 限 值 ； 新 修 订 的 2 0 1 0版 规 范 为推 广细 晶粒 高 强 钢 筋在 工 程 中 的应 用 ， 在 计 算 变 形 时取荷 载效 应 准 永 久 组合 ， 可 得在 短 期 荷 载 作 用下 的挠 度 控 制 值 为 f l 1 4 o o ， 从 图 3可 以看 出 ， HR B F 4 0 0筋 混 凝 土 梁 M M 在 达 到 0 6 4时 ， z 。 未超 过限值 ， 而 HR B F S 0 0筋 混凝 土梁 M M 在 未 达 到 0 6 4 时 f l 。 已 经 超 过 限 值 。 说 明 HR B F 4 0 0筋t 昆 凝土梁 的挠度能够满足规范要求， 而 HRB F S 0 0级混 凝土 梁不 能够满 足规 范要 求 ， 在设 计 时要加 强对 挠度进 行验 算 。 图 3各试 验 梁 荷载 一 跨 中挠 度 宽度 曲线 在荷 载作用 下 ， 简支梁 跨 中挠度 计算公 式 为 ： 厂一M l o e a ( 1 1 ) r一 _ 1 1 其 中 ： n为 系数 ， 与荷 载 的作 用 形 式有 关 ； M 为 跨 中 最 大弯 矩 ； z 。 为 计 算 跨 度 ； B 为 短 期荷 载 作 用 下 构 件 最大 弯矩 处 的截 面 刚度 ， 混 凝 土结 构 设 计 规 范 规 定其计 算公 式如 式 ( 1 2 ) 。 B 一 垒! 垒 ： ( 1 2 ) 1 1 5 + 0 2+ 1 T 0 0 ， f 式 中 ： p 为 纵 向受 拉钢 筋配筋 率 ； 7 r 为受 压翼 缘 截 面 面积与腹 板有 效截 面面积 的比值 。 各试 验梁 在短 期荷载 作用 下挠 度 实测值 与根 据 规范计算的理论值对比见图 4 ( 以试件 B 4 D、 B 5 D为 例) ， 其中， E表示试 验实测值 ， T表示规范计算值。 从 图 4可 以看 出 ， 理论 计 算 值 与 试 验 实测 值 吻合 较 好 ， 且 规范 计算值 基本 大 于试验 实测值 ， 偏 于安 全 。 3 2 挠 度控 制下承 载力计 算 为满足正常使用条件下的适用性的要求 ， 对结 构 构件其 最 大挠度 进行 控制 _厂 Z 。 ( 1 3 ) 式 中 ： 厂为荷载 作用 下 的最 大挠 度 ； z 。为构 件 的计 算 跨 度 ， 为 系数 ， 对 于 不 同 结 构 形 式 、 不 同跨 度 取 相 应 的值 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 期 葛文杰 ， 等： 细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析4 3 由式( 1 1 ) 与式( 1 3 ) 可得 ， 由挠度控制 的荷载设 计 值 为 ： M 。 C I , o 图 4挠度实测值 与计 算值比较 ( 1 4) 将式 ( 1 2 ) 代 入并 整理 得 ： 当 M 3 1 1 厂 。 时 ， Mf 一 。 ( 1 8 ) 同裂 缝控 制 条 件 下 构 件 的 承 载 力 利 用 系 数 ， 可 得挠 度 控 制 条 件 下 构 件 的 承 载 力 利 用 系数 。 由 式 ( 1 5 ) ( 1 8 ) 可 计算 得 到不 同高 跨 比 、 混凝 土 强 度 等 级下 随着 配筋 率 的变化 构件 的承载 力利 用 系数 。 图 5为 HB R F 4 0 0级 钢 筋 、 HB R F S 0 0级 钢 筋 昆 凝 土梁 ， 高跨 比分 别 取 1 8 、 1 1 0 ， 混 凝 土 强 度 分 别 取 C 4 0 、 C 5 0时 ， 构件 的承载力利用系数随着配筋率 变 化 曲线 。 由图 5可 以看 出 ， 随着 配 筋 率 的提 高 ， 构 件的承载力利用系数逐渐降低并趋 于稳定 ， 构件 由 承 载力 控制 转变 为 由挠度 控 制 ； 随着 高 跨 比的减 小 ， 构件 的承载 力 利用 系数 逐 渐 降低 ； 混 凝 土 强 度 对 构 件 的承 载 力 利 用 系 数 影 响不 大 ；HR B F 5 0 0级 构 件 的承 载 力 利 用 系 数 较 HR B F 4 0 0级 构 件 低 ， 即 随 着 钢筋 强 度等 级 的提 高 ， 构 件 的 承 载力 利 用 系数 有 所 降低 。 4 延性及耗 能性能 延性是指截面或构件在承载能力没有显著下降 的情 况 下承 受 变 形 有 能力 ， 或 者 说 延 性 的 含 义 是 破 坏 以前截 面 或者 构件 能承 受很 大 的后 期 变形 。常 用 来 、 ， 或 者 0 o 表 示 延 性 比， 延 性 比 大 说 明截 面或 构件 的延 性 好 ， 反 之 延 性 就 较 差 。脆 性 破坏 是 到达最 大 承载 能力 后 ， 突然 破 坏 ， 后 期 变 形 能 力很 小 。 - -4 0 0 l 8 4 0 一 一4 0 0 l 8 5 0 - ,a 一 4 0 0 l 1 0 4 O呻 4 0 0 l 1 O 5 O 图 5各 参 数 对 构 件 承 载 力利 用 系 数 的 影 响 “ 一 ( 1 9 ) 借助计算机计算程序 ， 可求 出弯矩一 曲率关 系。 将求得的数值 代人式( 1 9 ) 求得构件 的延性 随配 筋率 】0 的变化如图 6所示 ， 其 中， C 4 0 3 3 5表示混凝 土强度 等级 为 C 4 0 、 钢筋 强度 为 HR B 3 3 5 ， 其 它类 似 。构件 截面 尺 寸 采 用 本 次 试 验 设 计 尺 寸 ， 材 料 强 度均采用本次试验实测值。 图 6构件延性随配筋率变化 曲线 普 通 钢 筋 混 凝 土 结 构 设 计 中要 求 延 性 在 3以 上 ， 根 据 图 6可 以 看 出 ， 在 经 济 配 筋 率 范 围 内 ， HR B F筋混 凝 土梁 的延 性基 本能 满 足要求 。 M 曲线 下 面 所 包 含 的 面 积 代 表 “ 吸 收 的 能 量 ” ， 如近 似 地取 屈 服 弯 矩 等 于 极 限 弯 矩 ， 并 且 忽 略 屈 服 前裂 缝 的影 响 ， 这 样 M 曲线下 吸收 的 能量可 用 下 式计 算 叫。一 My ( 一 2 ) ( 2 0 ) 钢筋 屈服 前 吸收 的能量 可 用下 式计 算 叫 一 M y 2 ( 2 1 ) 式 中 ： 、 、 分 别为 钢筋 屈服 时变形 、 曲率 、 转 角 ； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 4 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 5 卷 A 、 、 0 分 别为破 坏 时的变形 、 曲率 、 转 角 ； 为钢 筋 屈 服时 的弯矩 。 计算得 到 的构件 吸 收的 能量 W 、 屈 服前 吸 收 的 能量 随配 筋率 p变 化 的曲线 如图 7所示 。 8 注： 一C 4 0 3 3 5 W - A - C 4 0 4 0 0 W - e -C 5 0 3 3 5 w 一 C 5 0 5 0 0 W C 4 0 3 3 5 W e - z m C 4 0 4 0 0 W e -o C 5 0 3 3 5 W e 一 一 C 5 0 5 0 0 W 图 7构 件 wp 曲线 从 图 7 可 以看 出 ， HR B F筋 混 凝 土 梁 的 耗 能 能 力在 较低 配筋 率 时 与普 通 钢 筋 混凝 土 梁相 近 ， 但 随 着 配筋率 的提 高 ， 其 耗 能 能 力较 普 通 钢 筋 混 凝 土 梁 降低 的快 。HRB F筋混凝土粱在 同等配筋率下其弹 性 阶段 的耗能 能力 要较 普通 钢筋混 凝 土梁 的耗能 能 力要 高 ， 且 随着配 筋率 的增 大而提 高 。 5 结 论 1 ) HR B F筋混 凝土 梁在 短期荷 载作 用下 的最大 裂 缝 宽度 实 测 值 满 足 规 范 要 求 ， 但 计 算 值 不 满 足 。 推导 了 HR B F筋 混 凝 土 梁 在 裂 缝 控 制 条 件 下 的承 载力 计算 公式 ， 提 出了构 件承 载力 利用 系数 的概念 。 分析 表 明随着 配 筋 率 的增 大 ， 承载 力 利 用 系 数逐 渐 提高 ， 构 件 由裂 缝控 制逐 渐转 变为 由承载力 控 制 ； 随 着钢 筋直 径 、 混 凝 土保护 层厚 度 的增大 ， 承 载力 利 用 系数逐渐降低 ； 混凝 土强度等级对构件承载力利用 系数 的影 响不 大 ； HRB F 5 0 0级钢 筋 承载力 利 用 系数 要较 HR B F 4 0 0级钢筋低。 2 ) HR B F 4 0 0 级 钢 筋 混 凝 土 梁在 正 常使 用 条 件 下 的挠 度 能 满 足 规 范 要 求 ， 但 HRB F 5 0 0级 钢 筋 混 凝土梁 不 能够满 足规 范要 求 。推 导 了挠 度控 制 条件 下 的承 载 力 计 算 公 式 。分 析 表 明 随 着 配 筋 率 的提 高 ， 构 件 的承载 力利 用系 数逐渐 降低 并 趋 于稳 定 ， 构 件由承载力控制转变为由挠度控制； 随着高跨 比的 减小 ， 构件的承载力利用系数逐渐降低 ； 混凝 土强度 对构 件 的承载 力 利 用 系数 影 响 不 大 ； 随 着 钢 筋 强 度 等级 的提高 ， 构件 的承 载力利 用 系数有所 降低 。 3 ) 建 议在 满足 承载力 和 耐久性 的条件 下 可使 用 较小 直径 的钢 筋 、 较 小 的 昆 凝 土保 护 层 厚 度 以提 高 构 件的 承载力 利用 系数 。 4 ) 在经 济配 筋 率 范 围 内 ， HR B F筋 混 凝 土 梁 的 延 性基 本能 满足要 求 。HR B F筋混凝 土 梁 的耗能 能 力在 较低配 筋 率 时与 普 通 钢筋 混 凝 土梁 相 近 ， 随 着 配筋 率 的提 高 ， 其 耗 能 能力 较 普 通 钢 筋 昆凝 土 梁 降 低 的快 ， 但 同配 筋率 下 ， HR B F筋 混凝土 梁在 弹性 阶 段 的耗能 能力 较普 通 钢 筋 混凝 土梁 要 高 ， 且 随着 配 筋 率 的提 高而 增大 。 参 考 文献 ： 1 Gu r a l n i c k S A Hi g h s t r e n g t h d e f o r me d s t e e l b a r s f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e me n t J Ame r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e J o u r n a l ， 1 9 6 0，3 2 ( 9 ) ： 2 4 1 2 8 2 2Ho g n e s t a d E，Ga s t o n J R Hi g h s t r e n g t h b a r s a s c o n c r e t e r e i n f o r c e me n t J P o r t l a n d C e me n t As s o c i a t i on Re s e a r c h a nd De ve l o pme nt Lab or a t o r i e s， 1 96 2， 9( 3)： 2 1 2 3 Ka a r P H， Ma t t o c k A H Hi g h s t r e n g t h b a r s a s c o n c r e t e r e i n f o r c e me n t 一 4 C o n t r o l o f c r a c k i n g J P o r t l a n d Ce me n t As s o c i a t i o n - Re s e a r c h a n d De v e l op me n t La b o r a t o r i e s， 1 9 6 3， 5 ( 1 )： 1 5 3 8 4 T i mms A GHi g h s t r e n g t h s t e e l b a r s a s c o n c r e t e r e i n f o r c e me n t J Mo d