冷轧变形钢筋混凝土板受力性能的试验研究.pdf

冷轧变形钢筋混凝土板受力性能的试验研究 蓝宗建江红军魏琏 ( 东南大学土木 工程 学院) 【 关键词】冷轧变形钢 筋 裂缝挠度 冷轧变形钢筋是 以 HP B 2 3 5级钢筋为母材，经 过专 门的生产工艺，将母材轧成矩形截面，同时在 截面的短边轧 出凹槽形成双翼 ，然后再进行冷扭， 形成螺旋状的直条化钢筋 ，如图 1所示。冷轧变形 钢筋的抗拉强度平均值可达 6 7 O N ram ， 其延性也 较一般冷加工钢筋好 ( 6 5 8 )，与混凝土的粘 结性能也较好 ，因此，是否可适 当提高钢筋强度设 计值是值得研究 的。由于冷轧变形钢筋主要应用于 板类构件 中，所以本次试验 以单 向板作为研 究对象。 潮 】 精髓 疆髯韭彩锕麓 1试件的设计与制作 本次试验共设计和制作 了 5块单 向板试件 ，板 厚分别为 6 0 ram( 2块 ) 、 7 5 ram( 2块) 和 1 0 0 ram( 1 块 ) ，板 厚 与板 跨 比值 约为1 3 3，配 筋 率 为 0 2 0 S ，其 中，有 4块板配置 了冷轧变形钢筋 ( 用于对 比)。试件采用 C 3 0细石混凝土浇筑，实 测混凝土立方体抗压强度厂 0 c m=3 1 7 mm 蓝宗建 ( 1 9 3 8 )，东南大学土木工程学院，教授 ，博士生导师 地址：江苏省南京市四牌楼 2号东南大学土木工程学院 电话 ： ( 0 2 5 )3 7 9 2 1 5 2 ，E ma i l ：ws 2 0 0 1 6 2 2 1 6 3 c o rn 2试验方案 为方便观测裂缝， 试验采用反位加载， 中间 1 1 2 区段为纯弯区段，如 图 2所示。在板的两端采用杠 杆装置加载 。 在板 的两端、中点和支座处都设计 了位移计， 以量测板在各级荷载下的位移。裂缝宽度用 1 0 0倍 刻度放大镜量测 ，并在每级荷载下记录裂缝的发展 情 。 辩2 如_ 奠 示嚣强 3试验结果与分析 3 。 1破坏形态和破坏荷载 当单向板达到极限承载力时，板在支座处发生 破坏。此时板的挠度 已经很大，达 3 0 ram以上 ( 达 跨度的 1 5 0 1 9 0 )，说明板在破坏前有明显 的预 兆。当钢筋强度设计值取为 3 6 0 N mm 时，承载力 检验系数平均值为 1 8 9 ，远大于( G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ) 的规定值 1 5 ， 当钢筋强度设计值取为 4 0 0 N mm 时， 承载力检验 系数平均值可达 1 7 ，仍可满足( G B 5 0 2 0 4 - 2 0 0 2 ) 的规定值 。 由 此可见，适当提高钢筋强度设计值，构件仍然具有 足够的安全储备。 3 2短期荷载下的裂缝分布和开展宽度 3 2 1开裂荷载 随着荷载 的增加 ，所有试件 都首先在支座处 ( 弯矩最大出处 )开裂 。表 1中列出了开裂弯矩实 测值M和开裂弯矩计算值M。由表中可见，实测值 比计算大 2 0 左右 。 囊I | _ l 向板开疆麓 | N 椭 健忭峙 髓 Bl 3 9 B 3 4 1 B 鳃 2 坤 2 ， l竹S 1 2 4 l 2 0 B 6 O I 1 l 4 2 腓 l 。 1 4 3 2 2平均裂缝间距 根据 混凝土结构设计规范( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 以下简称 规范的规定，平均裂缝间距可按下列 公式计算 ( 有关符号的定义 同 规范，下同)： I t + 0 1 讯 ( 口 ) ( 1 ) 根据本文 的试验资料 ，且考虑到冷轧变形钢筋 与混凝土的粘结性能略优于带肋钢筋， 故在公式 ( 1 ) 中可取v =1 1 。 表 2中列出了平均裂缝间距计算值和平均裂缝 间距实测值的比值 。计算时，采用了两中方法 。方 法 一 ： 完 全 按 公 式 计 算 ， 当 0 o l 时， 取 o l 计算； 方法二 ：按规范公式 计算，但取实际值。由表 2可见 ，方法一的计算值 比实测值要小很多：方法二的计算值与实测值符合 较好，其 比值的平均值接近于 1 。由此可见，在计 算低配筋率 的冷 轧变形钢筋混凝 土板的平均裂缝 间距时， 取实际值进行计算更合理 。 囊 簟阳挂平均曩麓一盟 方壕 陪= 试悴蛳| ， l ， - 岬 f 删m l ： l Bl 0 O 2 0 3 讯 1 0 9 O 3 耳7 船 】 I 1 6 0 ， l 1 I 9 I m 1 1 啦 n 脯 l 赫 嘻 1 R6 0 1 8 9 7 冉 0 S 9 ， 1 3 2 - 3最大裂缝 宽度 根据 规范的规定，短期荷载作用下最大裂 缝宽度可按下列公式计算： 帆一 l J 4 I - r 倡 1 1 e l 一 0 lq ( ) 1 ( 2 ) ( 3 ) 当 分 别 取 冷 轧 变 形 钢 筋 强 度 设 计 值 为 3 6 0 N mm2 、 4 0 0 N mm 和 4 4 0 N mm 时， 按上述 公式计算了单 向板在使用阶段弯矩Mk 1 J f N 应的最 大裂缝宽度 ，表 3列出了两块板 ( 另外两块板在使 用荷载下未开裂 )的最大裂缝宽度实测值 。由表 中 可见： ( 1 )单向板在使用阶段弯矩下的裂缝宽度 很小，即使钢筋强度设计值取 4 4 0 N mm2 ，裂缝 宽度 也远小于 规范的规定值 ； ( 2 )按 规范 的裂缝 宽度 公式 的计算值都 比实测值偏大 ，表明 规范的裂缝宽度设计算公式不能很好地适用于 冷轧变形钢筋混凝土板。 考虑 到冷 轧变 形钢 筋与混凝土 的粘结性能较 好 ，且板的配筋率一般较低 ，受拉区混凝土参加工 作较多，可将值取 J 咝 。将公式 ( 3 )右端的系数 1 1 取为 0 8 ，且计算时取实际值，则计算的最大裂 缝度 ( 简称为修正方法 )与实测值的比值的平均值 接近于 1 0 5 ，说 明计算结果 比较准确 。 寰 3 肼 5 2秘 1 1 t l 在蠲 期待敏 下的太囊蟪寓磨 鹱舳母 勤 5 2 B 6 0 l ( 睫 粤 6 O 毒 O 0 4 4 0 狮 雌 4 l o - A m 1 S 2瑚 2靠I 1 1懈 2 儡 2_2 1 A O nO 嗍 4 耨瓶蕾蕊 执I n 靠 0 _ i 扮 1 4 9 。 - 1 0 喧 凯l 2 1 9 _r ， r 目 蟹藏 娥 瓴O B 谯 O酣 n 肿口 O 的 n J0 a 饥 0 1 啦 期 朋 柏孵糟 置度键 补 娃 一 渣 槎l幕_歼嗣 根据上述分析，在实际工程设计 中，建议将公 式 ( 3 ) 右端的系数 1 1取为 1 0 ， 这是偏于安全的。 此外 ，由配置光面钢筋和冷 轧变 形钢 筋的板 ( 其他条件均相同)的实测裂缝宽度对 比可知，相 同弯距下后者 的裂缝宽度 比前者小得多 ( 约为前者 的 4 0 左右 )。 3 _ 3短期荷载下的挠度 根据 规范的规定，短期荷载作用下受弯构 件 的刚度可按下列公式计算 ： 耻 砸 砸 嚣( 1 + 3 4 ) 当钢 筋 强度设 计值 分别 去 为 3 6 0 N mm 、 4 0 O N ram 和 4 4 0 N mm 时， 按上述公式计算板在 使用阶段 的弯距M 和相应 的挠度( 板开裂前按弹性 刚度计算)。挠度计算值和实测值 比值的平均值列 于表 4( 仅列出在使用荷载下开裂的板)。从试验 结果可知： ( 1 ) 当钢筋强度设计值取 4 4 O N ram 时， 47 冷轧变形钢筋混凝土楼板工程案例调查 王森魏琏高称亭郭满 良黄孚浩董重光 ( 深圳泛华工程集团有限公司) 自从广东省标准 冷轧变形钢筋混凝土结构设 计 与施工规程( D B J T 1 5 7 9 2 )颁布实施 以来 ， 冷轧带翼钢筋在广东地 区，特别是深圳地 区得到 了 大量的推广应用。为 了在工程 中更好地应用冷轧变 王森，深圳泛华工程集 团有限公司，高级工程师 地址：深圳市福田区景 田北七街 民华大厦五楼 E- ma i h ws 2 00 1 6 2 2 1 6 3c o rn 形钢筋 ，广东省建设厅下达了修编 冷轧变形钢筋 混凝土结构设计与施工规程的通知 。 冷轧混凝土钢筋混凝土结构技术规程 编制 组在编制规程 中，对采用冷轧变形钢筋混凝土楼板 的工程案例进行了调查 ，主要对建筑物的使用功能、 使用时间、楼板厚度 、楼板的配筋量、配筋率 以及 在使用过程 中楼板是否开裂、挠度大小等 内容进行 了调查，并作 了详细记录。附表为调查得到的深圳 各块单向板的实测挠度，在考虑长期作用影响后，4结论 都没有超过规范限值；构件可以满足正常使用荷载 ( 1 )配置冷轧变形钢筋的混凝土单 向板承载 下挠度限值与实测值符合较好；( 3 ) 在板开裂后， 力较高，即使钢筋强度设计值取为 4 0 0 N mm2 ，承 按规范公式计算 的挠度值较实测值大很多，如表 4 载力校验系数也可满足有关规范规定的限值 ，构件 所示 。由此可见，按规范的公式计算板的挠度是保 有足够的安全储备 。同时，构件破坏时有明显的预 寰_ I 扳在翘麓麓下的拽鹰 ， c ， 删 黼 4 0 0 粕0 栩藏方基 2 7 精 4 6 k 謦 膏基 I 。9 瞎 U I a 3 l 8 接 I l t 4 1 O 8 1 ：1 考虑 到冷轧变形钢 筋与混凝 土粘结性能较好 ， 受拉区混凝土参加工作较多，受压区混凝土塑性变 形小，可将 公式 ( 4 )的分母中各项乘 以系数 0 8 ， 即将按公式 ( 4 )计算的刚度乘 以系数 1 2 5 ，且计 算时取实际值 ( 简称为修正方法 )，则计算的挠度 值与实测值的差异有较明显 的减小。 按美国规范 A C 1 3 1 8建议 ，在构件开裂后 ，使 用瞬时刚度来计算不 同荷载下的挠度 ，截面的有效 惯性矩按下列公式计算： ， ( 一 I I - ( ， 矾 5 ) 式中t 广一 考 j 羲 钢筋 l 奄 混凝 土 毛黻随耐露心的惯 性矩 ； 一 裂 缝 攘 耐 的 换 算 箴 渐 惯 性 矩 ： 0 -9 ， 此处 为内山镡 磊壹 l( Mr担 面的抗爱辑舔 ； 使用衙斌作用下构件舶般 太姆艇 按美国规范 AC 1 3 1 8方法计算挠度值与实测值 的比值也列于表 4 ( 厂 y 为采用 的钢筋强度设计值 ) ， 由表 中可见，其计算结果与实测值基本接近。 48 ( 2 )在使用荷载作用下板的裂缝宽度较小， 即使钢筋强度设计值取为 4 0 O N ram2 时， 板的裂缝 宽度 ( 考虑长期作用影响后 )仍能满足规范的限值 ( 有的板尚未开裂 )。 ( 3 )采用规 范公式计算裂缝 宽度 ，计算值 比 实测值偏大；采用修正后的公式计算裂缝宽度，计 算值与实测值符合较好 。 ( 4 ) 当钢筋强度设计值不超过 4 0 O N ram2 时， 在使用荷载作用下，板的挠度 ( 考虑长期作用影响 后 )小于规范的限值。 ( 5 )采用规范公式计算挠度，计算值 比实测 值偏大很多；采用修正后的公式计算挠度，计算值 与实测值的差异 明显减小，但仍偏于保守；采用美 国规范 A C 1 3 1 8的公式计算 ，计算值与实测值符合 较好 。 综上所述 ，对于冷轧变形钢筋，其抗拉强度设 计值可取 4 0 O N ram ，必要时 ，可按本文建议的公 式验算其裂缝宽度和挠度 。 参考文献： 1 丁大钧，蒋永生，蓝宗建。钢筋混凝土构件抗裂度裂缝和刚度 ，南 京：南京工学院出版社，1 9 8 6 2 G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2混凝土结构设计规范 3 蓝宗建 ，梁书亭，孟少平，混凝土结构设计原理，东南大学出版社 nn