钢筋混凝土梁受弯破坏机理尺寸效应试验研究

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1、文章编号:1005-0930(2012)06-1051-012doi:10．3969/j．issn．1005-0930．2012．06．011中图分类号:TU375．1文献标识码:A钢筋混凝土梁受弯破坏机理尺寸效应试验研究周宏宇，李振宝，杜修力，郭二伟(北京工业大学建筑工程学院，北京100124)摘要:针对尺寸效应特性对梁构件受弯破坏的影响机理，对不同截面尺寸简支梁相似试件开展单调加载试验，测试构件在不同加载阶段的承载力、挠度和截面应变等试验数据．按不同加载阶段分析其力学性能的影响因素，并阐述其破坏机理的尺寸效应．试验分析表明，混凝土材料抗压特性在受弯构件力学性能中

2、表现为负面尺寸效应，这种负面尺寸效应对构件整体力学行为的影响并不显著．相比之下，内力臂和钢筋等因素对试件承载力和延性均产生显著的正面影响．随截面尺寸增大，受弯承载力和延性均呈增长趋势．根据试件在不同尺度上表现出的显著破坏特征和实测数据，推导相关计算参数随试件尺寸的关系，建立考虑尺寸效应的极限承载力计算方程．同时也验证了现有极限承载力计算理论的安全性．关键词:钢筋混凝土梁;抗弯性能;尺寸效应;试验研究;破坏机理现阶段对钢筋混凝土结构的设计依据主要基于小尺寸构件试验结果，这与工程实际使用的大构件存在差异．目前，在实验室开展大体积的钢筋混凝土结构试验依然比较困难，相关试验

3、对加载设备性能、边界条件模拟等都不同于常规试验．就钢筋混凝土梁正截面承载性能而言，虽然部分结论认为梁受弯破坏由受拉纵筋屈服引起，尺寸效应对钢筋混凝土梁受弯承载性能影响不显著［1-5］．但相关结论大部分基于小尺寸试件试验结果，对大尺寸受弯构件承载性能尺寸效应的细致分析资料更为欠缺．此外，受弯构件正截面承载性能还受到构件层次尺寸效应的影响．就尺寸效应而言，无论是混凝土材料的影响还是构件因素发挥作用，在构件受力过程中，如何评价其影响程度，均需开展细致研究工作才能解决．因此，有必要开展对受弯构件正截面破坏机理尺寸效应的分析研究．试验概况依据钢筋混凝土结构设计原理［6-13］

4、，试验试件采用简支梁，如图1所示，纯弯段l是1m试验观察的主要区段，该区段只有弯矩M作用．结合相似关系，共设计5组不同尺寸的简收稿日期:2011-08-01;修订日期:2011-12-05基金项目:国家自然科学基金重点项目(50838001);北京工业大学青年科学研究创新平台项目(X1004012201001);北京市重点实验室开放基金项目作者简介:周宏宇(1976—)，男，博士后，助理研究员．E-mail:zhouhy@bjut．edu．cn支梁试件，最大截面尺寸400mm×1000mm，试件编号分别为JD1—JD5．受拉纵筋配筋率约等于1%，弯剪复合区段剪跨比约

5、为2，试件按适筋梁设计，混凝土设计强度C30．试件相关设计参数见表1．试验加载装置如图2所示，按力和位移混合控制的加载方案分级单调加载直至试件破坏．主要采集的试验数据包括:竖向集中荷载、跨中挠度、破坏截面应变、钢筋与混凝土应变及观察裂缝等．表1试件设计参数表Table1Specimendesignparameters编号数量b×h/mm2lm/mma/mml0/mm受拉钢筋受压钢筋lm段箍筋l/mma段箍筋混凝土强度8646JD1JD2JD3JD4JD53332280×200160×400240×600320×800400×1000152029404360578

6、07100500100015002000250036072010801440180015025035045050044@4048@75410@70412@85414@9044@6048@90410@100412@120414@130C30C30C30C30C3081048816410820412825414试验结果下文诸变量符号意义为:M代表相同尺寸试件截面弯矩平均值，对应跨中挠度fm，对应受压区边缘混凝土压应变εc，对应中和轴高度xn．不同破坏状态下诸变量右下角标含义:cr—混凝土初裂状态;y—纵筋初始屈服状态;u—按照规范界定

7、承载能力极限状态;us—实测承载能力极限状态;max—试件超越极限承载能力后实测的峰值承载状态．2荷载与挠度曲线荷载与跨中挠度关系如图3所示，本文将加载过程划分为4个受力阶段，即弹性阶段、带裂缝工作阶段、钢筋屈服阶段以及混凝土压碎阶段．4个受力阶段的界限特征分别为受拉区混凝土开裂、纵筋初始屈服、受压区边缘混凝土达到极限压应变以及峰值荷载，详见图3(a)—图3(b)中的数据标记．图3(c)是不同尺寸构件荷载与跨中挠度曲线的集成图．图3(d)是不同比例试件相对于屈服状态的无量纲图，其中，纵坐标为截面弯矩M2．1相对于截面屈服弯矩My的无量纲弯矩，横坐标为跨中挠度fm