水下不分散混凝土配筋梁抗剪性能试验研究.pdf

仲伟秋等 ： 水 下不分散混凝土配筋梁抗剪性能试验研究 水下不分散 混凝 土配筋梁抗 剪性 能试验研究 仲伟秋 ， 张庆亮 ， 江明姝 ， 车轶 ( 1 大连理工大学 海 岸和近海工程 国家重点实验室结构分室 ， 辽宁 大连1 1 6 0 2 4 ； 2 中国核 电工程有限公司河北分公 司 。 石家庄0 5 0 0 2 1 ) 【 摘要】 水下不分散混凝土在跨江、 跨海工程中广泛被应用 ， 因此研究水下不分散混凝土结构的性能非常 必要。本文进行了水下不分散混凝土配筋梁与普通钢筋混凝土梁的抗剪性能对 比试验。试验结果表明， 水下不 分散t 昆 凝土配筋梁的抗剪性能与普通钢筋混凝土梁的抗剪性能接近。因此 ， 可以用计算普通钢筋混凝土梁受剪 的理论计算水下不分散混凝土配筋梁的受剪。 【 关键词】 水下不分散混凝土； 配筋梁 ； 抗剪性能 【 中图分类号】 T U 3 7 5 1 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 mo ) o 2 0 0 0 1 0 3 阿 眦 ON S 肌ARD PE 瑚讧AN 0F NON- D m LE I DE R W A TE R C0NC砌 TE B巳 M S Z H O N G We i q i u ， Z H A N G Q i n g 1 i a n g 2 ， G A N G M i n g s h u ， C H E Y i ( 1 D i v i s i o n o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， S t a t e K e y l a b o r a t o r y o f C o a s t a l a n d O ff s h o r e E n g i n e e r i n g ， Da l i a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，L i a o n i n g Da l i a n 1 1 6 02 4，Ch i n a ； 2 C h i n a N u c l e a r P o w e r E n g i n e e r i n g C o ，L t d ， H e b e i B r a n c h ， S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 2 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： No n di s p e r s i b l e u n d e r w a t e r c o n c r e t e i S e x t e n s i v e l y u s e d i n wo r k s w hi c h s p a n o v e r r i v e rs a n d s e a ， s o i t i s i m p o r t a n t t o s t u d y t h e per f o r m a n c e o f n o n d i s per s i b l e u n d e rwa t e r c o n c r e t e s t r u c t u r e s e c o n p a r i s o n e x pe r i me n t s o f s h e a r i n g p e rfo r ma nc e b e t we e n n o n d i s pe r s i b l e u n de r wa t e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e b e a ms a n d t h e c o m mo n r e i n f o r c e d c o n c r e t e o n e s w e r e c a r r i e d o u t i n t h i s p a per e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w e d tha t t h e s h e a r i ng pe rfo r ma n c e o f r e i n f o r c e d n o n - d i s p e rsi b l e u n d e rw a t e r c o n c r e t e me mb e r s a n d the c o mmo n r e i n - f o r c e d c o n c r e t e o n e s R r e s i mi l a r He n c e t h e s h e a r i n g o f r e i n f o r c e d n o n - d i s p e rsi b l e u n d e r w a t e r c o n c r e t e b e a ms c a n b e c a l c u l a t ed b y t he s h e a r i n g the o r y o f o r d i n a r y r e i n f o me d c o n c r e t e be a ms Ke y wo r d s： n o n d i s pe r s i b l e un d e r w a t e r c o n c r e t e；r e i n f o r c e d be a m ；s h e a r pe r f o r ma n c e 2 0 世纪 8 0年代 以来， 随着近海开发及大量水下 结构工程的建设 ， 尤其是在海洋深水区的开发利用 ， 对混凝土水下浇筑、 施工的质量要求越来越高 ， 而普 通混凝土在 水下施 工 时存 在许 多不 能 彻底 克服 的性 能缺陷， 因此水下不分散混凝土的研究和应用就成为 适应现代水下混凝土制备和施工技术的关键_ l J 。水 下不分散混 凝土本 身 在很 多性 质 上 与普通 混凝 土 有 很大 区别 ， 必须对其在混凝 土结 构 中的性能 进行 大量 试验研究， 不断发现和解决存在的问题才能逐渐将其 应用于实际工程 中。对 于 水下 不 分 散 钢筋 混 凝土 结 构 的性 能 ， 国内的研究还是空 白。国际上 ， 只有几位 日 本学者进行过水下不分散混凝土配筋梁的抗弯性能 试验研究l- 7 I 1 。因而本文对水下不分散混凝土配筋 梁 的抗 剪性 能 与普 通 钢筋 混凝 土 梁 的抗 剪性 能 进行 了比较 ， 通过试验观察试验梁的极 限承载力、 挠度以 及裂缝开展情况， 并进行数据分析 ， 得到相应结论。 1 试 验设计 对 5 根水下 不分散混凝 土的钢筋混凝土 梁和 3根 普 通钢筋混凝土梁进行 了抗剪性 能试 验研究 。 梁的截面尺寸： 斜拉破坏梁、 剪压和斜压破坏梁 均为 1 2 0 ra m X 2 0 0 ra m X 2 0 0 0 l n l n 。试 验梁列 表及混 凝 土 配 比见表 1 和表 2 。 2试验结 果分析 2 1 承载 力分析 试验梁的实际承载力与计算值的比较见表 3 。从 表 3可 以看 出 ， 水下 不分散 混凝 土配筋 梁 正截 面试 验 实测破坏压力均大于计算值 ， 计算值 由取钢筋和混凝 土实测强度按照现行 混凝土结构设计规范规定计 基金项 目】 国家 自然科 学基 金资助项 目( 5 0 7 0 8 0 1 1 ； 5 0 7 7 8 0 3 4 ) ； 国家重点 实验 室资助项 目 2 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 2期 ( 总第 1 4 0期 ) 表 1 试验梁列表 注： 水下不分散混凝土的钢筋混凝 土梁 的浇筑养护方式为水 中自 由落差 4 0 0 ram 水中养护 9 0 d 。 普通钢筋混凝土梁的浇筑养护 方式为陆上浇筑 自密实 ， 自然养护 9 0 ( 1 。 表 2 混凝土配 比 算普通 混凝 土配筋 梁 正截 面受 弯 破 坏 的公 式 得 出。 其比值均值为大 都大 于普 通混 凝 土梁 的。可见 按 照 现行 混凝 土结构设 计规 范 规 定 的受剪 承载 力计算 1 2 0 1 0 0 虿8 0 囊6 0 4 0 2 0 0 O 2 4 6 8 l O l 2 l 4 跨中挠度 ram 图 1斜拉梁跨中挠度比较 2 o o z 1 6 0 暴1 2 0 耀8 0 40 0 公式的计算结果 与试验结果符 合 良好 ， 并且具 有足够 的安全储备 。 表 3 试验梁实际承载力与计算值比较 由此可见 ， 水下不 分散混凝 土受剪 构件仍 可按 现 行 混凝土结构设计规范 公式进行计算， 并且具有足 够的安全储备 。 2 2 荷载 一挠度 曲线 水下不分散混凝土配筋梁的抗剪性能与普通钢 筋混凝 土梁的抗剪性 能相似 ， 得 到的斜 拉破 坏梁 的荷 载 一挠度 曲线 比较见 图 1 ， 斜压破坏梁 、 剪 压破坏 梁 的 荷载 一挠度曲线 比较 图类似 。 0 4 0 0 8 0 0 1 2 0 0 1 6 0 0 纵筋微应变 I V , 8 图 2斜压粱纵筋荷载 一应变曲线比较 从图 1 可以看 出， 水 下不分 散混凝 土配筋梁 的荷 载 一 跨中挠度曲线和普通混凝土配筋梁的荷载 一跨 中挠度 曲 线相 似 ， 一 般 曲线 上会 出现 明 显 的 刚度 下 降 ， 这与试验过程时出现临界 斜裂缝 的试 验现象是 吻 合一致的 。临界斜裂 缝 的 出现导 致 钢筋 混凝 土梁 刚 度迅速下降， 是梁受剪破坏的前兆。由于受剪破坏梁 的承载力更取决于混凝 土强 度 ， 所 以梁 受剪破坏 时承 载力的离散 型就大一些 。对 于水下不 分散混凝 土梁 ， 由于水下不分散混凝土的强度低 ， 其刚度就小， 在相 同的荷载下 ， 其挠度就 大一些 。从 图也可以看出 ， 水下 不分散混凝 土梁的延 性要 比普通混凝土梁好一些。 2 3 纵筋荷载 一 应变 曲线 只列举其 中一组试 验 梁 的纵 筋 荷载 一挠 度 曲线 1 2 O 1 0 0 蚕8 0 6 0 稼 4 0 2 O O 0 5 o 0 1 0 o o 1 5 0 o 2 O 0 o 2 5 0 0 箍筋微应变 ， 8 图 3斜拉梁 N D C X L 1 箍筋荷载 一 应变曲线 见图2 ， 其余试验梁的曲线相似。 在加载过程 中， 各试验梁纵 筋应 变的变 化趋势 较 为一致。 由图 2 可见 ， 纵筋的应 变在斜压梁 破坏 时 ， 都 还 没有达到屈服应变 ， 但 是斜拉梁纵筋 的应 变要 大很 多 ， 已经接近屈服应变 。这说 明当剪跨 比过大时 ， 钢筋 混凝土梁 的破坏形式 可能会发生 变化 ， 即破 坏形 式从 斜 截面剪切破坏转变为正截面弯曲破坏 。 2 4 箍筋荷载 一应变 曲线 水下不分散混凝土配筋梁的箍筋荷载 一应 变曲 线 与普通钢筋混凝 土梁 的相 似 ， 只列举两 个试验 梁 的 箍 筋荷载 一挠度 曲线见 图 3和图 4 。 图 3和图 4反 映 的是 水 下不 分散 混 凝 土配 筋 梁 N D C X L I 和普通 钢筋混凝 土梁 P CX L 1 箍筋 的荷 载 仲伟秋 等： 水下不分散混凝土配筋梁抗剪性能试验研究 3 一 应变曲线。可以看出， 水下不分散混凝土梁箍筋的 荷载 一应变 曲线 和普 通 钢筋混 凝 土梁 箍筋 的荷 载 一 应变 曲线 没有 明显 的 区别 ， 都 大 致 可 以分 为 三 个 阶 段： 第一阶段 ， 箍筋在梁 出现弯剪斜裂缝之前应变很 小 ； 第二阶段 ， 梁 的弯剪斜裂缝出现后 ， 箍筋开始受力 ， 应变稳步增长； 第三阶段 ， 梁的临界斜裂缝出现， 箍筋 应变进入激增阶段。 应该指出的是， 同一荷载水平下， 在梁剪弯 区段 Z 铽 据 2 O O 1 5 0 Z 释 1 0 0 枢 5 0 -5 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 00 0 4 0 0 0 0 箍筋微应变 8 图 4斜拉梁 P C X L 1箍筋荷载 一应变曲线 内不同位置箍 筋 的应变 或者 同一 箍 筋 上不 同位 置 的 应 变都是 不 同 的， 处在 主裂 缝上 的箍筋 应 变值 最 大 ， 当斜裂缝发育到一定程度 时 ， 处在 该斜裂 缝 上的箍 筋 就会进入屈服阶段。 2 5 混凝土荷载 一 应 变曲线 图 5和图 6给出了两根试验梁 的混凝 土应变 随荷 载变化的曲线， 其它梁的混凝土应变 一荷载曲线与给 出 的这两根梁的 曲线大致 相同。 0 1 0 0 02 O 0 o 3 o ( ) 04 0 0 0 5 0 ( ) o6 0 ( ) 0 混凝土微应变 ， 肛8 图 5斜压梁 N D C X Y 2混凝土应变 从 以上各图和下 面的裂缝分 布图可 以看 出， 混 凝 土的荷载 一应 变 曲线 与裂缝 的产 生 和发展 有 着重 要 的关系 ， 裂缝 经过的地方应 变值 大。 2 6 裂缝分布和破坏特征 试验梁发生剪压破坏、 斜压破坏、 斜拉破坏三种 破坏形态 。水下 不 分 散混凝 土 试验 梁 的裂 缝 分布 和 破坏特征与普通混凝土试验梁没有明显 区别。 3 结语 ( 1 ) 与普通混凝土梁相似， 水下不分散混凝土配 筋梁斜截面的剪切失效形式主要有剪压破坏、 斜压破 坏 、 斜拉破坏三种 。 ( 2 ) 同级荷 载作用下 ， 水下不分散混凝土配筋梁 的纵筋应变小于普通混凝土配筋梁的纵筋应变。 ( 3 ) 水下不分散混凝土梁箍筋的荷载 一应变曲 线和普通钢筋 混凝 土 梁箍 筋 的荷载 一应 变 曲线 没有 明显的区别 ， 都大致可以分为三个阶段。 ( 4 ) 水下不分散混凝土梁和普通混凝土梁一样 ， 剪跨 区混凝 土在斜裂 缝未 出现时应变较为一致 。 ( 5 ) 水 下不分散混凝 土受剪 构件仍可按现行 混 凝土结构设计规范 公式进行计算 ， 并且具有足够的 安全储备 。 综合上述分析 ， 水下不分 散混凝 土配筋 梁 的抗 剪 性能与普通钢筋混凝土配筋梁抗剪性能接近， 可以用 计算普通钢 筋混 凝 土配 筋梁 受剪 的理 论计 算 水下 不 分散混凝土配筋梁 的受剪。 l 6 O z 1 2 0 霾8 0 4 0 O 0 1 o0 o2 0 0 0 3 0 0 040 00 5 0 0 0 6 0 o 0 混凝土微应变 I S s 图 6斜压梁 P C X Y1 混凝土应变 参考文献 1 刘红飞 水下不分散混凝土的性能及应用 J 建筑技术 ， 1 9 9 6 ， ( 1 ) ： 2 o 一2 1 2 刘军 ， 方惠琪 ， 贺鸿珠 水下不分散混凝土的应用研究 J 建筑 材 料学 报 ， 2 O 0 0 ， ( 4 ) ： 3 6 03 6 5 3 2 0 0 1 年学术论坛论文集 R 中国石油集团工程技术研究院内 部 资料 ， 2 0 0 1 4 唐立 ， 周文军 混凝土 一钢套箱组合 围堰在 承台施 工中的应用 J 湖南交通科技， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 1 ) ： 6 3 6 _4 5 周文军， 唐立 水下不分散混凝土在围堰封底中的应用 J 湖 南交通科技 ， 2 0 0 5 ， ( 3 ) ： 8 5 8 6 6 杨国强， 杨树军 水下不分散混凝土的性能及施工要点 J 河 北水利 ， 2 0 0 6 ， ( 5 ) ： 1 5 1 6 7 弘中义昭， 泷泽正实， 等 特殊水下混凝土的开发( S k e r e t e ) J 佐藤工业 ( 株 ) 技术研究所年 报 ， 1 9 8 7 ， 1 4 8 小谷一 二 ， 大 友忠典 ， 本桥 工艺 ， 等 新 型混 凝 土 的开 发研 究 ( 之二 ) J 鹿岛建设技术 研究所 年报 ， 1 9 8 2 ， 3 0 9 中原康 ， 小谷一二 ， 大友忠典 ， 等 新 型混凝 土 的开发研 究 J 鹿 岛建设技术研究所年报 ， 1 9 8 1 ， 2 9 1 0 高桥秀树， 松井健一， 前川一行 ， 等 有荚应用特殊外加剂 的新型 混凝土形状的研究( 之二) J 西松建设技术报 ， 1 9 8 6 ， 1 5 1 1 3 小崛光宪 ， 会 我晋也 ， 冈本浩 ， 等 新 型水下 不 分散混 凝土 的 研究 开发 J 飞鸟技 术报告 ， 1 9 8 6 ， 3 6 收稿 日期 2 O 0 91 1 1 1 作者简介 仲伟秋( 1 9 7 4一) ， 男 ， 吉林长春 人 ， 讲师 ， 博 士 ， 研 究方向： 混凝土 耐久性 和水下 不分 散混凝 土结 构 性能。