细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析

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1、细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析摘要：为研究配置了细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能,制作了HRBF400.HRBF500级钢筋混凝土矩形截面梁各4根进行静力抗弯试验。研究表明HRBF筋混凝土梁在短期荷载作用下的最大裂缝宽度实测值满足规范要求，但计算值不满足。HRBF400级钢筋混凝土梁在正常使用条件下的挠度能满足规范要求，HRBF500级钢筋混凝土梁不能够满足规范要求。推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式，提出了构件承载力利用系数的概念，分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度、高跨比对构件承载力利用系数的影响。在经济

2、配筋率范围内，HRBF筋混凝土梁的延性基本满足要求。HRBF筋混凝土梁的耗能能力在较低配筋率时与普通钢筋混凝土梁相近，但随着配筋率的提高，其耗能能力较普通钢筋混凝土梁降低的快。同配筋率下，HRBF筋混凝土梁在弹性阶段的耗能能力较普通钢筋混凝土梁要高，且随着配筋率的增大而提高。关键词：混凝土梁；细晶粒高强钢筋；受弯；挠度；裂缝；延性中图分类号：TU375.1文献标志码：A文章编号:16744764(2013)02003808随着经济的发展，高强度钢筋在混凝土结构中得到广泛使用。目前在国际上使用的是400MPa等级以上建筑钢筋，中国混凝土结构设计规范GB50010-2010已将HR

3、BF400级、HRBF500级钢筋列为现行混凝土结构的主导钢筋。高强度钢筋虽然提高了钢筋的强度和结构的承载力，降低了用钢量，但是，使用髙强度钢筋可能会造成钢筋混凝土构件出现较大裂缝或挠度而无法满足正常使用极限状态的要求。配置高强度钢筋的混凝土结构在正常使用阶段能否满足结构适用性和耐久性的要求，是高强度钢筋应用于实际工程应解决的重要问题之一。因此，研究高强度钢筋混凝土结构的受力性能具有重要的理论和工程实际意义。葛文杰，等:细晶粒髙强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析其他国家学者对高强度钢筋混凝土梁的研究较早，GuralnickEl］对高强钢筋T形截面混凝土梁受弯性能进行了研究，H

4、ognestad等［2］、Kaar等［3］、Timms［4］对高强钢筋混凝土梁受弯、裂缝性能进行了研究，Kyoto等［5］对单向和反复加载下高强钢筋混凝土梁在正常使用极限状态和承载力极限状态下的结构性能进行了研究，Matsumoto等［6］对配置了11种钢筋类型的T形截面髙强钢筋混凝土梁进行了研究，Lorrain等［7］对高强钢筋混凝土梁进行了数值模拟分析，Mast等［8］提出了一种适用于高强钢筋混凝土梁承载力的计算方法。中国对于高强钢筋混凝土梁的研究基本处于起步阶段。天津大学的王铁成等［9］、李艳艳等［10］对配置500MPa钢筋的混凝土梁和配有蒙皮钢筋的梁受弯、受剪性能进行

5、了试验研究。青岛理工大学的王命平等［11］通过对比试验研究，建议500MPa级带肋碳素钢筋混凝土简支梁的挠度、裂缝均按现行规范进行计算，但挠度值应乘以扩大系数fy/300（建议取fy=420MPa）。华侨大学的王全凤等［12］分析了HRB500级钢筋和高强混凝土匹配下的梁的破坏形态、变形特点和承载性能。同济大学的苏小卒等［13］、李志华等［14］、赵勇等［15］对高强钢筋混凝土梁和配表层钢筋的高强钢筋混凝土梁的短期裂缝、刚度进行了研究。江苏大学的陆春华等［16］建议从降低最大裂缝宽度保证率和调整计算钢筋应力2个方面对配置HRB500高强钢筋的受弯构件裂缝宽度计算方法进行适当的修

6、正。目前中国大部分研究者根据试验研究对钢筋混凝土结构设计理论中的某些参数（如构件受力特征系数acr,平均裂缝间距计算公式中的系数，长期荷载作用下的裂缝宽度扩大系数t1,钢筋应变不均匀系数2等）进行了修正，或将计算公式乘以修正系数（如挠度乘以fy/300、1.25,最大裂缝宽度乘以0.9,相对承载力刚度修正系数aB）o本文从正常使用极限状态出发，推导了裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式并进行了参数分析，并对梁的延性及耗能性能也进行了分析。1试验概况设计制作了HRBF400级钢筋、HRBF500级钢筋混凝土梁弯曲破坏构件各4根，构件的截面尺寸及配筋见表1。钢筋的力学性能见表2O2

7、裂缝性能2.1最大裂缝宽度计算试验测得试验梁在短期荷载作用下最大裂缝宽度随荷载的变化曲线如图1所示。从图1可以看出，细晶粒高强钢筋混凝土梁开裂时初始裂缝宽度很小，从开裂荷载到屈服荷载，裂缝宽度近似按线性增大，达到屈服荷载后裂缝宽度急剧增大；混凝土结构设计规范GB50010-2002在计算最大裂缝宽度时取荷载效应的标准组合，一般情况下荷载效应标准组合约为极限荷载的80%,试验梁在达到短期荷载最大裂缝宽度控制值ws,max=0.2mm时，M/Mu的值基本大于0.8。混凝土结构设计规范GB5001