钢桁架混凝土组合梁受弯承载力试验.pdf

7 6 低温建筑技术 2 0 1 0 年第6 期( 总第 1 4 4期) 钢桁架混凝土组合梁受弯承载 力试验 李风林 ， 刘海富 ， 计静 ( 1 大广工程建设监理有限责任公 司。 黑龙江大庆1 6 3 3 0 0； 2 大庆石油学院土木建筑工程学院， 黑龙江大庆1 6 3 3 1 8) 【 摘要】 通过对 3 根内置钢桁架 一 混凝土组合梁的试验， 研究腹杆间距对此种梁承载力、 刚度和裂缝的影 响， 为内置钢桁架 一混凝土组合梁的设计提供理论依据。实验结果表明： 内置钢桁架腹杆间距对试验梁承载力影 响不大。斜腹杆间距与平均裂缝宽度成正比， 与刚度成反比。此类梁的正截面受弯承载力计算公式可以沿用普 通钢筋混凝土梁的计算公式 ， 但需加以修正。 【 关键词】 内置钢桁架 一 混凝土组合梁； 正截面受弯承载力； 增大系数 【 中图分类号】 T U 3 7 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 7 6 0 2 内置钢桁架 一混凝土组合梁是指用角钢与斜腹板焊接 成钢桁架 ， 然后再将其浇筑混凝土而形成的组合梁_ 】 。以 往人们对型钢混凝土组合梁的研究多集中在内置 H型钢 一 混凝土组合梁和内置工字钢 混凝土组合梁 j 。以上两种 型钢混凝土梁由于在混凝土结构中增加型钢 ， 使得施工量大 为增加， 而且当混凝土浇筑质量得不到有效保证时， 往往降 低了此类构件的抗震性能， 因而其使用受到一定限制。内置 钢桁架 一混凝土组合梁预先焊接好的设置在梁内部 ， 将钢桁 架的下弦杆视为纵向受拉钢筋， 斜 向腹板则视为箍筋 ， 梁中 没有型钢， 便于浇筑混凝土， 且用钢量较一般型钢混凝土梁 更加节省， 与普通钢筋混凝土梁接近。本文通过 3根内置钢 桁架 一混凝土组合梁试验研究 ， 提出了此类梁正截面受弯承 载力计算方法， 为进行这类梁的设计提供依据。 1 试 验 1 1 试验梁设计与制作 3根试验梁截面均为 1 5 0 m m3 0 0 ra m， 计算跨度均为 2 8 m， 混凝土采用 C 2 0商 品混凝 土 ， 内置 下弦角钢 和斜 向钢 板箍采用 HP B 2 3 5级 ， 上 弦角钢采 用 HR B 3 3 5级。试验 梁采 用三分点加载， 其基本参数如表 1 所示。试验材料性能见表 2 、 表 3 。混凝土轴心抗压强度 =1 0 4 7 N ra m 。 表 1 试 验 梁 基 本 参 数 1 2 试验方案 试验在大庆石油学院结构工程试验室进行， 采用长春金 立试验技术有限公司生产的 5 0 0 T液压试验机。试验梁跨中 控制截面的角钢和腹板外倾 lj 分别布置了若干电阻应变片 ( 图 1 ) 。 1 3 试验现象 3根试验梁 中 C B E S T一 2属于延性 破坏 ， 其达 到 正截面 极限承载力的标志是纯弯区段混凝土被压碎。图2为裂缝 分布图， 图中裂缝的编号代表裂缝出现的先后顺序。 表 2 混凝土试 块立方体抗压强度 钢材种类 屈服强度 极限强度， =J 弹性模 型 E 图 1 应变片布置示意图 (a ) 正面 ( b ) 背面 图 2 C B E S T 一 2裂缝分布图 由实验现象可知： 因斜腹板间距设置不同， 三根试验 李风林等： 钢桁架混凝土组合梁受弯承载力试验 梁呈现不同的破坏形式。斜腹板间距对试验梁的裂缝有 影响， 包括裂缝的宽度、 间距、 位置及出现先后顺序。 当作 用荷载达到破坏荷载的4 0 6 0 试验梁纯弯段拉区混凝 土裂缝大量出现， 之后只增加少量裂缝， 但原有裂缝的宽度 及开展高度都随荷载的逐渐增加而增大， 钢桁架下弦角钢屈 服后， 纯弯段拉区混凝土裂缝宽度迅速增加， 直至压区混凝 土被压碎。应以混凝土被压碎或出现变形增大而荷载开 始减小的现象作为内置钢桁架 一混凝土组合梁达到极限承 载力的标志。试验梁荷载 一 跨 中挠度曲线见图3 。 8 0 Z 6 0 饕4 o 2 O O O 1 O 2 O 3 0 4 0 5 O 位移 ram 图 3 试验梁荷载 一跨中挠度曲线 从图3可知 ： 3根试验梁的极限弯矩值相差不大， 说明 内置钢桁架斜腹板间距对梁极限承载力影响不大， 但对梁裂 缝开展情况、 间距及位置却有明显影响， 各梁开裂弯矩 、 极 限弯矩 憾 与平均裂缝宽度 z 见表4 。钢筋混凝土适筋梁 纵筋屈服至梁破坏， 荷载增加很小， 而内置钢桁架 一混凝土组 合梁从角钢开始屈服到梁破坏， 中间经历了相对较大的荷载 范围。钢桁架下弦角钢屈服以前 ， 在相同荷载作用下梁 C B E S T一 3的挠度最小， 因其斜腹杆配置较多， 截面抗弯刚度 大。梁 C B E S T一 2与梁 C B E S T一 1相比， 挠度稍小。 表 4 各试验粱实测参数 2 正截面受弯承载力计算 2 1 基本计算假定及材料的本构关系 截面应变保持平面； 不考虑混凝土抗拉作用； 混 凝土单轴受压时应力 一应变关系按 混凝土结构设计规范 取用， 受压边缘混凝土极限压应变 s O 0 0 3 3 ； 纵向钢筋 应力等于钢筋应变与弹性模量的乘积， 但其绝对值不应大于 其相应 的强 度设 计值 。纵 向钢筋 的极限拉应变为 0 0 1 。 2 2 平截面假定的组合梁正截面受弯承载力计算 进行内置钢桁架 一 混凝土组合粱正截面受弯承载力计算 时， 若上下弦型钢考虑为纵向钢筋， 以此方法计算本文中的三 根试验梁的正截面受弯承载力 =4 3 1 6 k N m， 显然小于 表 4中极限弯矩 ， 原因是该计算方法未考虑角钢对混凝土 的约束作用， 内置钢桁架上下弦角钢在抵抗外荷载的同时， 也 在约束混凝土的变形， 同时焊接与上下弦角钢焊接成一体的 斜腹杆可以在一定程度上约束角钢的变形。上述原因， 使得 内置钢桁架 一混凝土组合梁正截面受弯承载力比相同截面、 材料、 含钢率的普通钢筋混凝土梁高。故可在普通钢筋混凝 土梁受弯承载力计算公式中引入受拉型钢面积增大系数来弥 补上述两种原因对内置钢桁架 一 混凝土组合梁正截面受弯承 载力的有利影响。， 设受拉型钢面积增大系数为 ， 则： = 肘： =1 3 4 2 ( 1 ) 取口=1 3 4 ， 图4为内置钢桁架 一混凝土组合梁极限状 态时界面应力状态， 由平衡条件得计算公式为： r a d o b x + 厂， = A 。 【 Mo t d o b x ( h 0 一 x 2 ) + ， A 。 ( h 0 一o 。 ) 图4 内置钢桁架 一混凝土组合梁 按照公式( 2 ) 对试验梁正截面受弯承载力进行计算得 =5 3 2 8 k N n l ， 计算结果偏于安全。这里我们 同时也要 指出， 受拉型钢面积增大系数为 是通过三根内置钢桁架 一 混凝土组合梁试验得到的， 取值可能会受到角钢型号、 试 件尺寸的影响， 如果要得到更具有代表性的数据， 还需进行 更加深人 的研究 。 3 结语 3根内置钢桁架 一混凝土组合梁试验表明： 此类梁的正 截面受弯承载力计算可沿用普通钢筋混凝土梁的计算公式， 但需加以修正。本文试验结果提出受拉型钢面积增大系数 口为 1 3 4 ， 修正了计算公式 ， 从而得到符合内置钢桁架 一混 凝土组合梁 自身特点的正截面受弯承载力计算公式。 参考文献 1 解恒燕 ， 郑文忠 内置 钢箱 一 混 凝土简支组 合梁受力性能试验 J 哈尔滨 ： 业大学学报 ， 2 0 0 9， 4 1 ( 2 ) ： 3 74 2 2 3 解恒燕 ， 郑鑫 内置 钢箱 混凝土 组合梁 正截面承载力计算方 法研究 J 黑龙江八一农垦大学学报 ， 2 0 0 9， 2 1 ( 2 ) ： 2 93 2 3 周小真， 石启印， 姜维山 混凝土内含角钢柱在低周反复荷载 作用下的抗震性能研究 J 哈尔滨建筑工程学院学报， 1 9 9 3， 2 6： 1 9 0 1 9 6 4 计静 套建增层 预应力钢 骨混凝 土框架 抗震性 能与设 计方法 研究 f D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 0 8 5 王振东 混凝土及砌体结构 M 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3。 8 O一8 8 收稿 日期 】 2 0 1 0 0 31 0 作者简介 李凤林 ( 1 9 7 6一) ， 男 ， 黑龙江大庆人， 助理工程 师 ， 从事建设工程监理工作 。