建筑结构试验论文..doc

高强钢筋混凝土梁疲劳刚度的试验研究 姓名： 王玉 科室：试验室 摘 要:通过对9根高强钢筋混凝土梁的疲劳试验,进行了疲劳荷载作用下平截面假定的验证,分析了其挠度随着疲劳荷载循环次数增加的变化规律,探讨了高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的刚度计算方法和计算公式,计算结果与试验结果符合良好。 关键词:高强钢筋混凝土梁;疲劳荷载;疲劳刚度 1引言 在结构的使用期限内,在各种荷载的作用下都要产生相应的变形,而混凝土结构由于总体的刚度大,绝对变形比较小,实际工程中很少因变形过大而发生问题。但随着建筑高度和跨度的不断增加,高强钢筋和高强混凝土已广泛地应用到实际工程中,钢筋和混凝土都处于高应力状态,特别是高强钢筋的使用,降低了构件的配筋率,使用阶段的应变增大,所以对高强钢筋混凝土梁的构件变形和截面刚度的研究也日益重要。目前,对于此方面的研究多集中在静载作用下,对高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的构件变形和截面刚度的研究较少,本文以疲劳试验为基础,分析研究了高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的受力变形特点,提出了高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的刚度计算方法和公式。计算结果与实测结果符合良好。 2试验概况 2.1试件设计 本文以受拉钢筋配筋率为参数,设计制作了9根混凝土强度等级为C70的高强钢筋混凝土梁(fc=60.2N/mm2,ft=6.68~7.16N/mm2,Ec=43000N/mm2),采用Ⅳ级钢筋(fy=660N/mm2,Es=201.1N/mm2),实际尺寸、配筋及试验类型见表1,试件构造及加载情况见图1。 2.2试验内容 2.2.1静载试验 从低、中配筋率两组梁中各抽出一片作静载试验,确定其极限承载力N。。作静载试验时,一般5次加载,估计开裂和破坏前适当加密,每一级均量测混凝土应变、钢筋应变、裂缝宽度及荷载数值。 2.2.2疲劳试验 采用固定最小应力和最大应力水平的等幅正弦波加载。施加疲劳荷载的最大值为0.3~0.4Mu,(Mu为梁的极限弯矩),循环特征值ρ=Mmin/Mmax分别为0.3、0.4、0.5三种,配筋率高的梁作疲劳试验的最大值为0.4Mu(Mu为配筋率为1.023%试件的破坏弯矩)。在施加疲劳荷载前,分6级施加静载至疲劳荷载上限,然后卸载,再逐级施加静载至疲劳荷载上限,每一级加载完毕后均量测混凝土应变、钢筋应变、挠度和裂缝宽度,重复加载2次后以5Hz的频率进行疲劳荷载试验。当荷载重复次数分别达到1万、5万、10万20万、…100万、…200万次时,停止疲劳试验,卸载至零。 3试验结果 3.1裂缝开展情况 由2片静载试验梁的结果可看出,高强钢筋混凝土梁在静载作用下,裂缝首先在跨中或荷载作用点附近出现,裂缝间距分布比较均匀,配筋率高的梁(HB3)的裂缝间距明显小于配筋率低的梁(HB22、HB23、HB24),同时在施加相同疲劳荷载上限时,配筋率高的梁的裂缝宽度也小于配筋率低的梁。加载到使用荷载附近时,裂缝已经出齐,继续加载后几乎没有新的裂缝出现,已产生的裂缝继续向梁顶发展,钢筋应力不断增大,直到最后钢筋屈服、混凝土压碎,并且造成梁破坏的主裂缝几乎全部集中在纯弯段。而做疲劳试验的梁,在疲劳试验前的二次静载作用下,梁的裂缝已经基本出齐,在进行疲劳试验后,在梁的纯弯段很少有新的裂缝出现,静载时产生的裂缝随着荷载循环次数的增加继续开展,在疲劳荷载作用初期(约在10万次以内),裂缝开展非常迅速,可明显地看到裂缝向以上开展,以后增长渐 缓。 3.2疲劳荷载作用下平截面假定的验证 如图2所示,由受压区边缘混凝土应变、受拉区钢筋应变和埋设于梁中量测混凝土应变的应变计读数的结果表明,在疲劳荷载作用一定次数后,高强钢筋混凝土梁正截面应变仍然符合平截面假定。 3.3循环次数一挠度曲线 部分试验梁随荷载循环次数的增加的挠度曲线如图3所示。可以看出,随着疲劳荷载循环次数及受压区混凝土和受拉区钢筋的应变不断增加,各试验梁挠度的上限值和下限值都在增加。挠度的发展可分为2个阶段,开始阶段(疲劳荷载循环10万次以内)增加幅度比较大,第2阶段指疲劳荷载作用10万次以后,挠度的增加逐渐趋于平缓。同时,在相同疲劳荷载上限作用时,配筋率较高的梁(HB3)挠度明显小于配筋率较低的梁(HB24),所以高强钢筋混凝土梁采用较高的配筋率不仅可以增大承载力,而且对减小裂缝宽度和提高截面刚度都是有利的。 4疲劳刚度的计算 在实际工程中,一般除抗震结构外,作用在结构上的荷载几乎不可能达到极限荷载,一般承受疲劳荷载的结构,疲劳荷载不超过60%的极限荷载,因此在使用荷载范围内,可使用短期刚度值计算变形。本次试验疲劳荷载上限如表1所示,最大为40%的极限荷载,而且试验结果表明,随着荷载循环次数的增加,混凝土和钢筋的应力都在弹性范围内,故本