转换层钢骨混凝土梁力学性能的试验研究.pdf

第9 期 2 0 o 5 年9 月 广 东土 木与建 筑 GUANGD0NG ARCHI TECTURE CI VI L ENGI NEERI NG N o 9 S E P 2 0 0 5 转换层钢骨混凝土梁力学性能的试验研究 崔秋 江 蔡 f 华 南理 工大 学 健 杨 春 广州 51 0 0 6 4) 摘 要 ： 本 文进行 了 3根 中空钢骨混凝土 梁的 力学性能试验 ， 采用不 同的配筋率和 配箍 率研 究钢骨混凝 土粱的 受力性能和各级荷载下的工作性状 ， 为钢骨混凝 土转换 粱的施工与设计提供 了试验参考数据。 关键 词： 钢骨混凝 土粱；力学性能 1 前言 梁 式转 换 层 由于 传力 直 接 明确 ， 便 于工 程设 计 和计 算 ， 且造价 相对 较低 ， 故成 为 目前应用 最广 的转 换层结 构形 式之一 ， 但作 为主要受力 构件 的转换 大梁 受力大 且应力状态复杂 ，通常需要 较大 的截 面尺寸 。 采用钢 骨( 型钢 ) 混凝土构 件作为 主要 受力构 件 ， 则可 有效减小构件截面和减轻结构 自重 ，同时降低材料 消耗 和提 高抗震 性能 ， 更好 地满 足建 筑功能 要求 。 但在现行的 钢骨混凝土结构设计规程 和 型 钢混凝 土组 合结 构技 术规 程 中 ， 对钢 骨混 凝土 梁承 载力 采用 不 同 的计算 方 法 ， 且 对 于它 用 作 转换 层 的 构造措施缺乏针对性 的规定 ， 故本文对中空钢骨混 凝土梁 采用 不 同的配筋 率 和配箍 率 ，对 钢骨混凝 土 转换 梁的受力性 能及 其机理进 行试验分 析 ， 研究 钢骨 混 凝土 梁 的受 力性 能 和 各级 荷 载 下 的工 作 性状 ， 为 钢 骨混凝土转 换梁施工 和设计 提供试验参 考数据 。 2试验 概况 2 1 试 件 本 次试 验对 象 为 3根 L = 3 5 m 的钢 骨 混 凝 土梁 试 件 ， 钢 骨形状 为翼缘 悬 挑箱形 ， 改 变底筋 的配 筋率 和配箍 率 ， 其截 面参 数见 表 1 。 表 1 钢 骨 混 凝 土 梁试 件 截 面 参 数 注)截面为3 0 0 x 6 5 0 ， 采用箱形 型钢 、 中空 ， 尺寸 为 2 0 0 x 4 5 0 x 6 0 ， 上下配筋 3 1 6 。 所 有 梁 试 件 的型 钢 部 分 均 在 船 厂 加 工 焊接 完 成 ， 绑扎好钢筋后使用商品混凝土一次浇注完成。 钢 材采用 Q 2 3 5钢 ， 混凝土采用 C 3 0 ， 型钢和钢筋 的力 学性能见表 2 ， 混凝土强度 = 2 8 8 N m m 。 2 2 加 载装 置及测 试 方法 钢 骨混 凝 土 梁试验加载装置 上 上 及 百 分表 安 装 位 置如图1 所示。 赶 试验中通过 5个 ! ! ! 一 冲 呈 = 量 梁 在 各 级 荷 载 7 7 万 77 万 7 7丌 7l万 下 的挠 度 ，并 在 部 分 型钢 和 钢筋 上 布 置一 定数 量 的 应变 片来 测 定 上下 纵 筋 、 箍 筋 及 型 钢 的应变值 。通过分 级加 载来 确定 梁 的开裂荷 载 和 极 限荷 载 ， 加荷 过 程 中描 绘 裂缝 开 展 曲线 并 量 测 各级 荷 载下 主要裂 缝宽 度 。 3试 验 结果及 分 析 3 1 试 件 的破坏 过程 及破坏 形 态 ( 1 )试件 K L l ： 为中空 3 0 0 x 6 5 0的梁 ， 配有 6 mm 厚 的箱形 型钢 ， 上下 纵筋 分 别 为 3 1 6 ， 4 2 2 。按 规 表 2型 钢 及 钢 筋试 件 力学 性 能 表 范 计 算 得 出 的 单 个 加 荷 点 屈 服承 载力 为 5 8 0 k Nf 试 验 中两 千斤 顶 加荷 值相 同 以 下 所 述 荷 载 值 均 为单 个 千 斤顶的加荷值 ) ，极限承载 力为 8 2 7 k N 试 验 实 际极 限 荷 载 为 9 4 9 k N， 比计 算 值 高 1 4 8 。试 验按 预估 极 限荷 1 1 维普资讯 http:/ 2 O o 5 年9 月 第9 期 崔秋江等： 转换层 钢骨混 凝土梁 力学 性能的 试验研究 S E P 2 O o 5 N o 9 载 的 5 开始分 级加 载 ， 当加 载至 1 2 4 k N( 1 3 1 破 坏 荷载) 时 ， 梁跨 中纯弯段 出现细微正裂缝 ； 当加载至 3 3 0 k N( 3 4 8 破 坏荷 载 ) 时 ， 梁剪 跨 区腹 部 出现 斜 裂 缝 ， 缝 宽 0 0 5 m m。 此 时正 裂缝 宽 0 0 8 mm； 随着荷 载 的增 大 ， 裂缝逐 步 开展 ， 当加载 至 4 5 4 k N( 4 7 8 破坏 荷载 ) 时， 可听到梁中有轻微 的开裂声 ， 此时正裂缝 宽 0 2 m m， 斜 裂 缝 宽 0 1 m m； 当加 载至 5 7 8 k N( 6 0 9 破坏荷载) 时 跨 中纯弯段梁顶出现纵向裂缝 ； 当加 载至 7 4 3 k N( 7 8 3 破坏 荷载 ) 时 ， 伴随着 梁 中劈 裂响 声 ， 裂缝宽 度开始逐 步增大 ， 此时正 裂缝 宽 0 3 mm， 斜 裂缝 宽 0 1 7 m m； 当加载至 9 4 9 k N时 ， 正 裂缝 宽 1 5 m m， 斜裂缝宽 0 2 m m。 梁纯弯段发生延性受弯破坏。 ( 2 )试件 K ： 设计参数 同 K L ， 按规范计算得出 的单个 加荷 点屈 服 承载 力为 5 8 0 k N极 限承 载力 为 8 2 7 k N， 试验实际极限荷载 为 8 0 6 k N， 比计算值低 2 。 试验按预估 极限荷 载 的 5 开始 分 级加 载 ， 当加 载至 1 2 4 k N( 1 5 4 破坏荷载 ) 时 ， 梁跨 中纯弯段出现细微 正 裂缝 ； 当加载 至 3 7 l k N( 4 6 破 坏荷 载 ) 时 ， 梁 剪 跨 区腹 部 出现 斜 裂缝 ， 此 时正 裂 缝 宽 0 1 5 m m； 当加 载 至 4 9 5 k N( 6 1 4 破 坏 荷 载 ) 时 ， 正 裂 缝 宽 0 2 mm， 斜 裂缝 宽 0 1 2 m m；当加 载至 5 3 6 k N ( 6 6 5 破 坏荷载 ) 时 。 正裂缝 宽 0 2 5 m m， 斜 裂缝 宽 0 1 5 m m。 随着荷 载的 增大 ， 裂缝 逐 步开展 ， 当加 载 至 6 1 9 k N( 7 6 8 破坏 荷 载 ) 时 ， 正裂缝 宽 0 4 5 m m， 斜裂缝 宽 0 2 m m； 当加 载 至 7 0 1 k N( 8 7 破 坏荷 载 ) 时 ， 正 裂缝 宽 0 7 5 m m， 斜 裂缝 宽 0 3 mm； 当加 载 至 7 4 3 k N( 9 2 2 破坏 荷 载 ) 时 ， 梁 顶受 压 区混 凝 土 出现 纵 向裂 缝 可 听 到梁 内有 钢骨 与混 凝土 部分 分离 的响声 ， 此 时正 裂缝 宽 0 9 m m； 当 加载 至 8 0 6 k N 时 ， 梁 顶 部 受 压 区 混 凝 土破 坏 ， 但 其 破 坏形 态仍 属延 性受 弯破坏 。 ( 3 )试件 K ： 为 中空 3 0 0 x 6 5 0的梁 ， 配有 6 mm 厚 的箱形 型钢 ， 上 下 纵筋 分别 为 3 1 6 ， 4 2 8 。按 规 范计算得出的单个加荷点屈服承载力为 7 4 5 k N， 极 限承载力为 1 0 4 6 k N，试验实际极限荷载为 8 0 0 k N， 比计算值低 3 0 8 。试验按预估极限荷载的 5 开始 分级加载 ， 当加载至 1 5 8 k N( 1 9 8 破坏荷载 ) 时 ， 梁 跨中纯弯段出现细微正裂缝 ； 当加载至 3 1 7 k N( 3 9 6 破坏荷 载 ) 时 ， 梁剪 跨 区腹部 出 现斜 裂缝 ， 此 时正 、 斜 裂 缝 宽 0 0 5 m m： 当加 载至 4 2 2 k N( 5 2 8 破 坏荷 载 ) 时 ， 正裂 缝宽 达 0 1 mm， 斜裂 缝 宽达 0 0 7 m m。 随着 荷 载 的增大 ， 裂 缝逐 步开 展 ， 当加载 至 6 3 3 k N( 7 9 1 破 坏 荷 载 ) 时可 听 到梁 内有 钢骨 与混 凝 土 部 分分 离 的 响声 ， 此 时正 裂缝 宽达 0 2 m m， 斜 裂缝 宽 达 0 1 2 m m； 1 2 当加 载 至 7 3 9 k N( 9 2 4 破 坏 荷 载 ) 时 ， 正 裂 缝 宽 达 0 5 mm， 斜裂缝 宽 达 0 1 5 mm； 当加 载 至 7 9 1 k N( 9 8 8 破坏 荷 载 ) ， 正 裂 缝宽 达 0 6 m m， 斜 裂缝 宽 达 0 2 m m； 当加 载至 8 0 0 k N时 ，梁 顶 部压 区混凝 土 受压 破 坏 。 属脆性受弯破坏。 3 2试 件 的对 比分析 以上对 每条 梁破 坏过 程 中的各 种现 象和最 终坏 形态作 了详细描述其中钢骨混凝土梁试件的屈服 荷 载计算 值 和极 限荷 载按 钢骨 混凝 土结 构设计 规 程 ( YB 9 0 8 2 9 7 ) 计算。 K 、 K L 3 为 一 组除 配筋 率 外 的所 有条 件 相 同 的 试件 ，试验结果表明 K 的破坏形态属延性受弯破 坏 ， K L 3 则属脆性受弯破坏 ， 因此片面增大配筋率是 不 可取 的 从试验过程及其结果对比分析可以看 出， 配箍 率 对协 同钢 骨和混 凝 土共 同工 作 以及延 缓斜 裂缝 出 现和发展起着一定作用 。 同时 由本次试验的 3根梁 试件 与文 献 7 试验 结果 的 比较可 知 ， 钢 骨翼 缘对 加 强混凝土与钢骨的共 同工作性能具有显著作用。 4结语 4 1 对 于箱 形 型钢 钢骨 混凝 土 梁 一 般 计算 钢 骨 混 凝土梁抗弯承载力时将混凝土与钢骨分别计算再叠 加 的算法基本适用 但应考虑钢筋作用效率。 4 2 中空箱形型钢钢骨混凝土梁其 中箱形型钢钢 骨构造 为翼 缘悬 挑箱 形 与混凝 土协 同工 作 比没有悬 挑 翼缘 的要 好 。 参考文献 1 YB 9 0 8 2 9 7钢 骨 混 凝 土结 构设 计 规 程 2 J G J 1 3 8 2 0 0 1 型钢混凝 土组合结构技术规程 3 周起敬 ， 姜维 山， 潘泰华钢与混凝 土组 合结构设计施 工 手册 北 京 ： 中 国建 筑 工 业 出 版 社 1 9 9 1 4叶列平钢骨混凝土梁的设计方法建筑结构 ， 1 9 9 7 ( 1 0 ) 5 叶列平 方鄂华等 钢骨混凝 土构件正截 面承载力 计算 建 筑结 构 1 9 9 9( 8 ) 6混 凝土结构研 究报 告选 集 3 北 京 ： 中国建筑 工业 出版 社 1 9 9 4 7郑宇钢骨混凝 土梁力学 性能 的基础试验 研究 ( 硕 士论 文) 华南理工大学 ， 2 0 0 2 维普资讯 http:/