铝合金配筋新型混凝土梁试验研究.pdf

第 3 2卷 第 1期 2 0 1 5年 1月 建筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l E n g i n e e r i n g Vol I 3 2 NO 1 J a n 2 o 1 5 文章 编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 3 5 0 7 铝合金 配筋新型 混凝 土梁试 验研究 邢 国华 ， 牛获 ( 1 长安大学建筑工程学院 ， 陕西西安7 1 0 0 6 1 涛 ， 何 志兵 ， 刘伯权 ； 2 西安建筑科技大学 土木工程学 院， 陕西 西 安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要 ： 对 6根铝合金配筋新型混凝土梁试件进行 了单调静载试验 ， 研究该类新型混凝土梁的破坏机 理 ， 分析 铝合 金 配 筋混凝 土 梁的破 坏 过 程 、 荷 栽一 跨 中挠 度 曲线 以及 纵 筋应 变和 弯 曲裂 缝 等 的 变化 规律 。研 究结 果表 明 ： 铝 合金 配筋新 型 混凝 土 梁发 生弯 曲破 坏 和粘 结破 坏 2种典 型模 式 ， 其 中受 弯 破 坏模 式表 现 为铝 合金 纵 筋拉 断失 效或 受压 区混凝 土 压 溃 失效 ， 粘 结破 坏 模 式 主要 由“ 拱 机 理 ” 导 致 ， 表 现 为试件 在 支座 处锚 固破 坏或 斜 截 面混凝 土剪 压破 坏 ； 该 类 新型 混凝 土 梁的极 限荷 载和 名 义 屈 服荷 载 非 常接 近 ， 二 者之 比均 小 于 1 1 5 ； 发 生 弯曲破 坏 的铝 合 金 配 筋混 凝 土 梁试 件 的荷 载一 跨 中 挠 度 曲 线可分 为 弹性 阶段 、 带 裂缝 工作 阶段和 破 坏 失效 阶段 。 关 键词 ： 混凝 土梁 ； 铝合金 ； 受 弯性 能 ； 承 载 力 ； 拱 机理 ； 破 坏模 式 ； 静 载试 验 中图分 类 号 ： TU3 7 5 4 文献标 志 码 ： A Ex p e r i m e nt S t u d y o n Ne w Ty pe Co n c r e t e Be a m s Re i nf o r c e d wi t h Al u mi nu m Al l o y Ba r s XI NG Gu o hua ，NI U Di t a o ，H E Zh i b i ng ，LI U Bo q ua n ( 1 Sc ho ol of Ci v i l Eng i n e e r i ng，Cha ng a n Uni v e r s i t y，Xi a n 71 0 061，Sha a nx i ，Chi na； 2 Sc h oo l of Ci vi l Engi ne er i ng。Xi 3 n Uni v e r s i t y o f Ar c hi t e c t ur e a nd Te c hn ol o gy，Xi a n 71 0 05 5，Sha a nx i ，Chi n a) Abs t r a c t ：Ac c or d i ng t o t h e e xp e r i me nt i n ve s t i g a t i on o n s i x ne w t y pe c o nc r e t e be a m s r e i nf or c e d wi t h a l umi nu m a l l o y ba r s u nd e r m o n ot oni c s t a t i c l o a di n g， t h e f a i l ur e me c h a ni s m o f n e w t y pe c o n c r e t e b e a ms wa s r e s e a r c h e d Th e f a i l u r e p r o c e s s ，l o a d d e f l e c t i o n c u r v e ，1 o n g i t u d i n a l s t r a i n di s t r i bu t i o n a nd f l e xur a l c r a c k de v e l o p m e n t we r e a n al yz e d The s t u dy r e s u l t s i nd i c a t e t ha t t he r e a r e t wo t y pi c a l f a i l ur e p a t t e r n s of ne w t y p e c o nc r e t e be a m s r e i nf or c e d wi t h al u m i nu m a l l oy ba r s： f l e xu r a l f a i l u r e a nd bo n d f a i l u r e The f l e x ur a l f a i l ur e p a t t e r n a l wa y s Oc c u r s wi t h t e n s i l e r u p t ur e o f a l u mi nu m a l l oy b a r s o r c r u s h i ng f a i l ur e o f c on c r e t e Owi ng t o t h e“ a r c h a c t i o n”，t he b on d f a i l ur e pa t t e r n a l wa y s oc c u r s wi t h a nc ho r f a i l u r e o f a l u m i num a l l o y ba r s a t t he s up po r t s o r s h e a r c o m p r e s s i o n f a i l u r e o f c o nc r e t e i n s he a r c o m pr e s s i on z one M or e ov e r ，t he u l t i ma t e l oa d i s qu i t e ne a r wi t h t he no mi na l y i e l d i ng l oa d o f ne w t y pe c on c r e t e be a m s r e i n f or c e d wi t h a l u mi nu m a l l o y b a r s，t he a v e r a g e r a t i o be t we e n t h e u l t i mat e l o a d s a nd t he n omi na l yi e l di ng l oa d s i s l e s s t h a n 1 1 5 I n a d di t i on，t he l o a d de f l e c t i o n c u r v e s o f f l e xu r a l f a i l u r e s p e c i m e n c a n be d i v i de d i n t o t hr e e s t a ge s ：e l a s t i c s t a g e，c r a c k s t a ge a nd f a i l u r e s t a ge Ke y wo r ds ： c on c r e t e be a m ； a l u m i n um a l l oy； f l e x ur a l b e ha v i o r ； be a r i ng c a p a c i t y； a r c h a c t i on； f a i l ur e p a t t e r n；s t a t i c e x pe r i m e nt 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 1 6 基金项 目： 国家杰 出青年科学基金项 目( 5 0 7 2 5 8 2 4 ) ； 陕西省 自然科学基础研究计划项 目( 2 0 1 3 J Q7 O 2 3 ) ； 中国博 士后科学基金项 目( 2 0 1 1 0 4 9 1 6 5 1 ) 作者简 介： 邢 国华 ( 1 9 8 3 一 ) ， 男 ， 内蒙古呼和浩特人 ， 副教授 ， 工学博士 ， E ma i l ： g u o h u a c h d y a h o o c o i n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 建筑科 学与 工程 学报 2 0 1 5生 2 l 。 越 - 秘 吕 宣 扣 匡 旧 衽 起 应 变 1 0 ( a ) 试件AC1 应 变 1 0 ( b 1 试件AC4 图 l 1 梁跨中截面应变分布 Fi g 1 1 S t r a i n Di s t r i b u t i o n s o f Be a m S e c t i o n a t M i d 。 s p an 图 l 2 荷 载一 铝 合 金 配 筋 应 变 曲线 Fi g 1 2 Lo a d - a l u m i n um Al l o y Ba r S t r ai n Cur v e s 宽 度 1 0 。mm 图 l 3 受弯裂缝宽度随荷载变化 曲线 Fi g 1 3 Va r i a t i o n Cu r v e s o f Fl e xu r al Cr a c k W i dt h s wi t h Lo a d 数 函数 形式 表示 。从 图 1 1 可 以看 出 ： 0 4 P 荷 载 作 用 下 ， 该 类新 型混 凝 土 梁 的 受 弯裂 缝 宽 度 已达 到 0 2 mm； 0 5 P 荷 载作 用 下 ， 该类 新 型 混 凝 土 梁 的 受弯 裂缝 宽 度 已 达 到 0 3 mm。究 其 原 因在 于 ： 铝 合金 的弹性 模 量 约 为传 统 钢 材 的 1 3左 右 ， 该 类 构 件 与 传统 钢筋 混凝 土 构 件 相 比， 相 同荷 载作 用 下 铝 合金 配筋 构件 变形 较大 ， 裂缝 较宽 。此外 ， 光 圆纵筋 与混凝 土界面 粘结 性 能 较 差 ， 对 此也 产 生 一 定 的影 响 。综上 所述 ， 铝合 金 配 筋 混 凝 土梁 尚未 达 到 名 义 屈 服荷载 时 ， 裂 缝宽 度早 已超 过现行 混凝 土结 构设 计规 范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ) E 1 7 3 中对最 大裂缝 宽 度 限 值 的规定 ， 该类 新 型混 凝 土 梁 的 配筋 设 计 应 由 正 常 使 用极 限状态 控制 。 4 结语 ( 1 ) 铝合金配筋新 型混凝土梁的受力性能受配 筋 率 、 纵 筋 表 面 形 式 、 混 凝 土强 度 等 级 等 因素 的 影 响 ， 会 出现 弯 曲破 坏 和粘结破 坏 2种模 式 ， 其 中受 弯 破 坏模 式可 进一 步分 为铝合 金纵 筋拉 断失效 和受 压 区混凝 土压 溃失效 2 种 类型 。 ( 2 ) 铝 合金配 筋 新 型混 凝 土 梁 的极 限荷 载 和 名 义屈服 荷载 非 常 接 近 ， 二 者 之 比均 小 于 1 1 5 ， 即该 类 新 型混凝 土梁 受 拉 纵筋 一 旦 达 到 名义 屈 服 应 变 ， 试 件很 快达 到峰 值荷 载 ， 其 强 度 方 面 的安 全 储 备 有 限 ， 设计 时应 予 以重 视 。与传 统 钢 筋 混凝 土 构 件 相 比， 由于铝 合金 的弹性 模量 较小 ， 该类 新 型混凝 土梁 的跨 中挠度 较 大 ， 应 用 于 大跨 度 混 凝 土 梁桥 结 构 时 应 提 出可靠 方案 。 ( 3 ) 发 生弯 曲破 坏 的铝 合金 配 筋 混 凝 土梁 试 件 的荷 载一 跨 中 挠 度 曲线 可 以 分 为 3个 阶段 ： 弹 性 阶 段 、 带裂缝 工作 阶段 和 破 坏失 效 阶 段 。 由于 加 载后 期 ， 光 圆纵 筋 与混凝 土界 面发 生滑移 ， 平 截面假 定不 再成 立 。 ( 4 ) 铝合金 配 筋混 凝 土 梁 尚未 达 到名 义 屈 服荷 载 时 ， 裂缝 宽 度 早 已超 过 现 行 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 ( GB 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ) 中对 最 大 裂缝 宽 度 限值 的 规 定 ， 该类 新型 混凝 土 梁 的 配筋 设 计 应 由正常 使 用 极 限状态 控制 。 参考 文献 ： Re f e r e nc e s： 1 牛荻涛 混凝土结构耐久性与寿命预测 M 北 京 ： 科 学 出版 社 ， 2 0 0 3 NI U Di t a oDu r ab i l i t y a nd Li f e Fo r e c a s t of Re i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r e E M2 B e ij i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 2 O O3 2 范颖 芳 ， 周 晶 受腐蚀 钢筋混 凝土 构件受 力性能 研 究现状 J 土木工程学报 ， 2 0 0 4 ， 3 7 ( 7 ) ： 2 3 2 8 ZHOU Yi n g f a n g， Z HOU i n g S t a t e o f t h e Ar t o n Lo a d Be ar i ng Pr op e r t y of Cor r od e d Re i nf o r c e d ( ： o n c r e t e Me mb e r s E J C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 邢 国华 ， 等 ： 铝 合金 配筋新 型 混凝 土梁试 验研 究 4 1 2 004， 37( 7)： 2 3 2 8 3 VA I D V De t e r i o r a t i o n o f S t r e n g t h o f R C B e a ms 4 5 6 7 8 9 1 0 DHe t o Cor r os i on a nd I t s I n f l ue n c e o n Bc a m Re l i a bi t i t y J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 7 ， 1 3 3 ( 9 )： 1 2 97 13 06 AI 一 HAM M 0UD R SOUDKI K ， T0PPER T HFa t i gue Fl e x ur a l Be ha v i or o f Co r r od e d Re i nf o r c e d Con c r e t e B e a ms R e p a i r e d wi t h C F R P S h e e t s J J o u r n a l of Comp os i t e s f or Co ns t r uc t i on， 2 011， 15( 1 )： 42 51 邢 明亮 ， 王伯 禹， 李华 平 ， 等 腐蚀 疲 劳作用 下混 凝土 膨胀 内应 力 分 析 J 长 安 大 学 学 报 ： 自然科 学 版 ， 2 01 3， 3 3( 2)： 2 2 2 7 XI NG M i n g l i a n g， W ANG Bo y u， LI Hua p i n g， e t a 1 An a l y s i s o f Exp a ns i on I nt e r na l St r e s s of Co nc r et e Un d e r C o u p l i n g Ac t i o n o f C o r r o s i o n a n d F a t i g u e J J o u r n a l o f Ch a n ga n Un i v e r s i t y： Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n， 201 3， 3 3( 2)： 2 2 2 7 李世秋 ， 汪厚植 ， 胡新 民 桥梁预应力钢筋混 凝土结构 耐久性影响因素及对策 J 筑 路机械 与施工机 械化 ， 2 0 07， 2 4(6)： 41 - 43， 52 I 1 Sh i qi u。 W ANG Hou z hi ， HU Xi n rai n I n f l ue nc i ng Fa c t o r s o n Dur a bi l i t y a nd Cou nt e r M e a s u r e of Br i dg e P r e s t r e s s e d C o n c r e t e S t r u c t u r e J R o a d Ma c h i n e r y& Con s t r uc t i o n M e c ha n i z a t i o n， 20 07， 2 4( 6)： 4 1 - 4 3， 52 张建仁 ， 刘彬 ， 王 磊 ， 等 箍 筋锈 蚀 的配 斜筋 混凝 土梁抗剪 试验 J 中 国公 路 学 报 ， 2 0 1 3 ， 2 6 ( 6 ) ： 7 3 7 9 Z HANG J i a n r e n， I AU B i n， W ANG L e i ， e t a 1 Te s t o n S he a r Be ha v i or o f Di a g ona l Re i nf o r c e me nt RC Be a m s w i t h C o r r o d e d S ti r r u p J C h i n a J o u r n a l o f Hi g h wa y an d Tr an s po r t ， 201 3， 2 6( 6)： 7 3 7 9 张建 仁 ， 张克波 ， 彭 晖 ， 等 锈蚀 钢 筋混凝 土矩 形梁 正截 面抗 弯 承 载 力 计 算 方 法 J 中 国公 路 学 报 ， 2 0 09， 2 2( 3)： 4 5 51 Z HANG J i a n r e n， ZHANG Ke b o， P ENG Hu i 。 e t a 1 Ca l c u l a t i on M e t h od o f Nor ma l Se c t i on Fl e xu r a l Ca pa c i t y of Cor r o de d Re i nf o r c e d Con c r e t e Re c t a ngu l a r B e a ms E J C h i n a J o u r n a l o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t ， 20 09， 2 2( 3)： 4 5 51 MCGEARY F I Per f o r ma nc e o f Al u mi nu m i n Con c r e t e C o n t a i n i n g C h l o r i d e s J AC I Ma t e r i a l J o u r n a l ， 1 9 66， 6 3( 9)： 2 47 - 26 5 张 正 飞 行 器 用 铝 合 金 大气 腐蚀 的 电 化 学 检 测 研 究 D 天津 ： 天津大学 ， 2 0 0 7 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 2 1 7 ZHANG Zh e ngRe s e a r c h on El e c t r o c he mi c a l De t e c t i o n f or At mo s phe r i c Cor r o s i on of Ai r c r a f t Al u m i nu m Al l o y E D Ti a n j i n ： Ti a n j i n Un i v e r s i t y ， 2 0 0 7 钱 鹏 ， 叶列平 铝合金及 F R P 一 铝合金组合结 构在结 构工 程 中 的 应 用 J 建 筑 科 学 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 5 ) ： 1 0 0 1 05 QI AN P e n g， YE Li e p i n g Al u mi n u m Al l o y S t r u c t u r e s a nd FRP al umi nu m Al l o y Comp os i t e St r uc t u r e s i n C i v i l E n g i n e e r i n g J B u i l d i n g S c i e n c e ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 5 ) ： 1 O O 一 1 O 5 王誉瑾 ， 范 峰 ， 钱宏亮 ， 等 6 0 8 2 一 T6高强 铝合 金材 料本构 模 型 试 验 研 究 J 建 筑 结 构 学 报 ， 2 0 1 3 ， 3 4 ( 6 ) ： l 1 3 1 2 0 W ANG Yu j i n， FAN F e n g ， QI AN Ho n g l i a n g ， e t a 1 Ex pe r i me nt a l St u dy on Con s t i t u t i v e M od e l of Hi gh s t r e n g t h A l u mi n u m Al l o y 6 0 8 2 T 6 J J o u r n a l o f Bui l di ng S t r uc t u r e s， 2 01 3， 34( 6)： 11 3 1 2 0 柳红 滨 铝合金加 固钢筋混凝 土梁破坏模式 的理论 与 试验 研究 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 1 1 LI U Hon g bi nThe o r e t i c a l a nd Exp e r i me nt a l St u dy on Fa i l u r e M o de s o f Re i n f o r c e d Co nc r e t e Be ams wi t h A l u mi n u m Al l o y D Ha r b i n ： Ha r b i n I n s t i t u t e o f Te c hno l o gy， 2 01 1 郭小农 ， 沈祖炎 ， 李元 齐 ， 等 国产结 构用 铝合金 材料 本构 关系及 物 理力 学性 能 研究 J 建 筑 结构 学 报 ， 2 0 07， 2 8( 6)： 11 0 1 1 7 GUO Xi a o n on g，SH EN Zu ya n。I l Yua n qi ，et a1 St r e s s s t r a i n Re l at i o ns hi p a nd Phy s i c a l me c ha ni c a l Pr op e r t i e s of Dome s t i c St r u c t ur a l Al umi nu m Al l oy J J o u r n a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 6 ) ： 1 1 o 1 1 7 帕克 R， 波利 T 钢筋混凝土结构 M 秦文钺 ， 译 重 庆 ： 重庆大学 出版社 ， 1 9 8 5 PARK RPAUI AY TRe i nf or c e d Co nc r e t e St r u c t u r e s M T r a n s l a t e d b y Q I N We n - y u e C h o n g q i n g ： Cho ng qi ng Uni v e r s i t y Pr e s s， 1 98 5 KASSEM C， A HM ED SABRY F BRAHI M BEv a l ua t i on of Fl e xu r a l Be ha v i or a nd Se r vi c e a bi l i t y Pe r f o r ma n c e of Co nc r e t e Be a rns Re i nf o r c e d wi t h FRP B a r s J J o u r n a l o f C o mp o s i t e s f o r C o n s t r u c t i o n ， 20 11， 1 5( 5)： 68 2 6 95 GB 5 【 ) ( ) 1 O 2 O l O ， 混凝土结构设计规范 s GB 5 001 O 2 O1 0 Code f o r De s i gn of Con c r e t e St r uc t u r e s S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m