高强钢筋混凝土梁短期裂缝计算方法评析

收集和整理近年来国内完成的114根配置400MPa或500MPa级热轧带肋钢筋混凝土梁受弯试验短期裂缝结果,对GB 50010-2002《混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行评估分析。分析结果表明：规范的短期裂缝计算方法仍可适用于配置高强带肋钢筋的混凝土受弯试件,但平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度试验值与按规范公式计算的结果相比总体上偏低,二者之比的均值分别为0.930、0.711和0.739,因此建议对部分参数进行修正。利用试验数据进行参数回归分析,得到裂缝间距和裂缝宽度计算模式的修正公式,修正后的计算值和试验值符合较好,但对配置多层钢筋的情况有待进一步研究。图6表7参14     

基于试验数据的高强混凝土梁抗剪承载力计算方法Ⅱ.有腹筋梁

收集了国内外学者所做的281根高强混凝土有腹筋梁剪切破坏的试验数据,建立了高强混凝土有腹筋梁剪切破坏的数据库。将数据库中所有梁的试验结果与中国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、美国混凝土结构设计规范ACI 318 14中的公式以及Zsutty公式所预测的结果进行比较,研究各公式对于高强混凝土梁的适用性,再将GB 50010—2010公式中的系数进行修正,得到一个新的公式。结果表明:Zsutty公式的预测结果最精确,美国ACI 318 14规范中公式的预测结果最为保守;新公式较原规范公式更加适用于高强混凝土有腹筋梁。     

石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁受弯性能研究

为研究石墨烯/环氧涂层钢筋应用于混凝土构件时的性能,对3根石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁进行正截面受弯性能试验,对比分析各试验梁的承载力、挠度、裂缝和破坏形态,并将试验值与规范公式的计算值进行对比.结果 表明:石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁的受弯性能与普通钢筋混凝土梁基本相同,环氧涂层中石墨烯的掺量对...     

高强不锈钢钢筋混凝土梁短期受弯裂缝宽度和刚度计算方法研究

部分国产500 MPa不锈钢热轧带肋钢筋具有高延性、低弹性模量的特点,为研究配置此类不锈钢钢筋混凝土梁的短期裂缝与刚度特征,进行了6根配置不锈钢钢筋和2根配置普通钢筋的混凝土梁受弯性能试验,并分析不同混凝土强度和纵筋配筋率对短期裂缝和刚度的影响。试验结果表明：其他条件相同下,不锈钢钢筋梁与普通钢筋梁的裂缝形态基本相同,但不锈钢钢筋梁侧纵筋中心位置和梁底处的裂缝宽度均大于普通钢筋梁的;钢筋屈服前,不锈钢钢筋梁纯弯段的弯矩-平均曲率曲线呈双折线,但其开裂后刚度较普通试件的偏低,二者刚度之比平均为0.63;增加纵筋配筋率可减小裂缝宽度并提高受弯刚度。进一步收集相关文献中9根配置同类型国产不锈钢钢筋梁的试验数据,并对GB 50010—2010中短期裂缝与刚度计算公式的适用性进行评估。分析结果表明,按GB 50010—2010中的短期裂缝宽度公式计算得到的梁侧面纵筋位置处的平均裂缝宽度与最大裂缝宽度较试验值偏大,计算值与试验值之比平均分别为1.348和1.588;短期受弯刚度计算值较试验值偏小,二者之比平均为0.890,有必要对相关公式进行修正。建议将不锈钢钢筋梁的裂缝宽度控制位置调整至受拉边缘,且将裂缝宽度限值取为0.4 mm。通过统计分析,提出短期受弯裂缝宽度和刚度计算公式的修正建议。建议公式计算值与试验值吻合较好。     

最小配箍率下钢筋混凝土简支梁受剪性能试验研究

为研究配置最小配箍率有腹筋梁的受剪性能,以配箍率、剪跨比和混凝土强度为变量,完成了集中荷载作用下36根钢筋混凝土简支梁(12根无腹筋梁和24根有腹筋梁)的受剪性能试验,对其裂缝发展、破坏形态、临界斜裂缝倾角、主斜裂缝荷载、受剪承载力及跨中挠度等进行了分析.结果 表明,最小配箍梁与无腹筋梁的裂缝发展、破坏形态差异较大,剪...     

GFRP筋钢纤维高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

完成了9根配GFRP筋和1根配钢筋的高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验,观察其破坏过程与破坏形态,分析了纤维掺量、纵筋类型、配筋率及纵筋直径等参数对试件承载能力、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响,采用美国ACI 440.1R-15、中国GB 50608—2010和加拿大CSA S806-12、ISIS-M03-07等规范中的建议模型,通过开裂弯矩、承载力、挠度和裂缝宽度等参数评估了各国规范对该类构件的适用性。结果表明：随配筋率的增大,试件破坏模式依次表现为受拉破坏、平衡破坏和受压破坏,受压区破坏面贯穿骨料内部,较为光滑;掺入钢纤维能够有效抑制混凝土裂缝开展,延缓构件刚度退化,使开裂弯矩平均提高51.71%,承载力平均提高22.10%;增大GFRP筋配筋率能够提高构件刚度,但GFRP筋直径变化对试件变形及裂缝宽度无显著影响;GFRP筋梁开裂后刚度退化较配钢筋的对比试件迅速。各国规范计算结果表明：受拉破坏试件承载力计算结果较离散,且均偏于不安全;对于平衡破坏和受压破坏的试件预测结果均偏于保守,有足够安全储备。考虑轻骨料和钢纤维对构件刚度退化规律的影响,修正有效惯性矩并给出建议挠度计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢纤维高强混凝土牛腿受剪性能试验研究

通过集中竖向荷载作用下9根剪跨比为0.2~0.4、钢纤维体积掺量为0~1.5%钢纤维高强混凝土双面支撑牛腿的受剪性能试验,研究剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量对牛腿试件开裂荷载、极限荷载及破坏形态的影响。采用我国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中牛腿承载力计算方法对9根试件进行计算,并与采用拉压杆模型的规范ACI 318-14、EN 1992-1-1:2004和CSA A23.3-04的计算结果进行对比分析。研究结果表明：小剪跨比混凝土牛腿主要发生斜压破坏和斜剪破坏两种典型破坏形态,随剪跨比增大,牛腿承载力显著减小;提高钢纤维体积掺量,有助于提高牛腿开裂荷载和延性;随着纵向配筋率的提高,牛腿承载力显著提高;提高箍筋配筋率有利于提高牛腿开裂荷载和受剪承载力。由于牛腿同时承受正应力和剪应力的作用,属于复杂受力状态,采用拉压杆模型计算牛腿承载力具有清晰的力学概念,但计算结果较为保守,各参数取值尚需进一步研究;而GB 50010—2010中采用经验公式计算牛腿的受剪承载力,与试验结果较为接近。     

HRB500级钢筋混凝土梁裂缝宽度试验研究

对15根配置HRB500级钢筋的混凝土梁进行裂缝宽度试验,研究试验梁中裂缝特性,分析GB50010—2002《混凝土结构设计规范》的裂缝宽度计算方法。分析结果表明:对于配置HRB500级钢筋的混凝土梁,钢筋应变εsm-εs平行性关系仍然成立;截面内力臂系数取0.87,与试验结果符合良好;裂缝间距及裂缝宽度试验值较规范公式计算值小,调整钢筋粘结特征系数为1.2,可提高规范公式计算精度;规范的裂缝计算模式能够反映实际裂缝规律,但最大裂缝宽度计算结果偏于保守。     

配置高强钢筋的混凝土梁裂缝试验研究

采用两点对称集中的同步分级加载方式,对8根配置500 MPa钢筋和4根配置400 MPa细晶钢筋的混凝土梁进行静力加载试验,观测试件的裂缝发展过程,了解此类构件的裂缝特点,为工程中推广应用500 MPa钢筋和400 MPa细晶钢筋提供试验依据。试验结果表明,配置500 MPa钢筋和400 MPa细晶钢筋的受弯构件裂缝发展规律与普通钢筋混凝土受弯构件基本相同,但在正常使用状态下,按照现行混凝土结构设计规范对此类构件进行裂缝宽度验算,计算值均大于试验值。同时,结合其它67根配置高强钢筋的混凝土梁试验数据,评估了现行混凝土结构设计规范裂缝宽度公式的适用性,并在该规范的计算模式基础上,提出平均裂缝间距及短期最大裂缝宽度计算的修正公式,修正公式的计算结果与试验结果符合较好。     

高强钢筋高强混凝土梁静力和疲劳性能试验研究

通过9根配有新Ⅲ级钢的高强混凝土梁和4根配有Ⅱ级钢的混凝土梁的静载和等幅疲劳荷载试验,分析研究了高 强混凝土梁的变形性能和疲劳特性。试验结果表明,在高强混凝土梁中应用高强钢筋,可以使两者的性能得以充分发挥, 不仅承载力大幅度提高,而且能较好的满足正常使用极限状态的要求。高强混凝土受弯构件在疲劳荷载作用下刚度降低, 裂缝宽度增大,其变化规律和受压区混凝土应变的增加规律基本一致。疲劳荷载作用N次后构件的裂缝宽度,可根据初 始裂缝宽度和受压区混凝土应变增长系数来计算。根据试验分析,得到了高强混凝土梁在疲劳荷载作用下的截面应力、裂 缝宽度及高强钢筋S-N曲线试验回归公式,可为高强混凝土梁设计提供一定的参考。     

配置高强钢筋的后张有黏结预应力梁短期裂缝试验研究

进行了29根配置500MPa级钢筋的后张有黏结预应力混凝土梁的受弯性能试验,获得了29组裂缝间距和96组短期裂缝宽度数据;收集了国内外29根后张有黏结预应力梁的裂缝试验数据。采用以上试验数据,分析了后张有黏结预应力混凝土梁的短期裂缝特征,并评估了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中裂缝计算公式的适用性。研究结果表明：规范GB 50010—2010的短期裂缝计算方法仍适用于配置高强钢筋的后张有黏结预应力梁,按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度较试验值普遍偏大,二者之比的均值分别为1.086、1.313和1.263。因此,建议对GB 50010—2010规范公式部分参数进行修正,并建议将计算裂缝宽度明确为梁侧面最外排受拉钢筋中心处、钢筋应力取为最外排受拉钢筋的应力。通过参数回归分析,得到裂缝宽度的修正计算公式,并提出梁侧面最外排受拉钢筋中心处与受拉边缘、预应力筋中心处的裂缝宽度的换算关系式,建议公式的计算值和试验值符合较好。     

大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受力性能

为探讨大直径高强钢绞线预应力混凝土梁的受力性能,进行了6根以直径17.8 mm的1860级钢绞线作为预应力钢筋和HRB400级钢筋作为非预应力钢筋的后张预应力混凝土梁在竖向荷载作用下的受力性能试验。对预应力混凝土梁中钢绞线和非预应力钢筋应力、混凝土应变以及短期最大裂缝宽度和跨中挠度等试验数据进行分析。结果表明:采用大直径高强钢绞线作为预应力钢筋的预应力混凝土梁工作性能良好,大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受弯破坏形式和挠曲模式与普通预应力混凝土梁基本相同;试验梁跨中控制截面符合平截面假定,极限承载力可按照现行规范的正截面抗弯理论计算,按照现行规范计算的试验梁裂缝宽度和挠度与实测值吻合较好。     

新混凝土规范不同材料的受弯构件配筋比较

根据新的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的裂缝计算公式,对受裂缝控制的普通受弯构件分别按不同强度等级的混凝土和钢筋进行计算.通过对计算结果进行分析,提出了选用钢筋和混凝土的强度等级时,宜根据环境类别进行选用,以充分利用钢筋和混凝土的强度,为设计人员用新规范进行混凝土结构设计提供参考.     

基于STM理论钢纤维混凝土深受弯构件裂缝宽度试验研究

通过7根钢纤维混凝土深受弯构件的弯曲性能试验,分析了钢纤维掺量及配筋率对深受弯构件跨中截面混凝土应变、纵筋应变、破坏形态及裂缝宽度的影响。基于STM理论量化钢纤维、钢筋以及混凝土三者在受力过程中的组合作用,提出了适用于钢纤维混凝土深梁最大裂缝宽度的理论计算式,并与实测结果进行比对分析。研究结果表明:较普通深受弯构件而言,钢纤维混凝土深受弯梁的开裂荷载增幅11%~20%,极限荷载提高10%~16%,提高配筋率,开裂荷载提高约22%,极限荷载提高20%~31%;提高配筋率或钢纤维掺量,均可使试件破坏模式由正截面破坏向斜截面破坏转变;钢纤维掺加50、78 kg/m^3后,裂缝宽度可减少13%~29%;试件配筋率提高0.142%,裂缝宽度减少33%;推导出的理论计算式计算得到的最大裂缝宽度与实测值吻合。     

单调荷载作用下高强混凝土梁受弯性能尺寸效应研究

进行了不同截面尺寸高强混凝土梁的弯曲试验,研究了梁高对其受弯性能的影响。试件采用C70高强混凝土,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋。试件截面尺寸不同,截面长宽比、剪跨比和配筋率等参数保持一致。分析了不同截面尺寸对高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩、名义极限弯矩、延性以及塑性转动能力的影响。研究结果表明,高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩和名义极限弯矩无明显尺寸效应,而试件的位移延性系数和塑性铰区的塑性转动能力则表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大梁的位移延性系数和塑性铰区塑性转动能力有所降低。     

基于试验数据的高强混凝土梁抗剪承载力计算方法Ⅰ.无腹筋梁

为了研究高强混凝土无腹筋梁抗剪承载力的计算方法,收集国内外关于高强混凝土无腹筋梁抗剪试验的抗剪承载力、混凝土强度、剪跨比、截面有效高度、受拉纵筋配筋率等试验数据,整理成包含291组数据的数据库。利用数据库中的实测数据对中国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、美国混凝土结构设计规范ACI 31-14和Zsutty提出的混凝土梁抗剪承载力公式用于高强混凝土梁的适用性进行评价,并分情况进一步研究中国规范公式,修正中国规范公式中的参数,得到一个新的公式。结果表明:3个公式用于高强混凝土梁时,Zsutty公式的预测结果最精确,中国规范公式的预测结果准确性次于Zsutty公式但好于美国规范公式;所得出的新公式较原规范公式更加适用于高强混凝土无腹筋梁。     

500MPa钢筋高强混凝土无腹筋梁抗剪试验研究

为了研究高强钢筋高强混凝土无腹筋梁抗剪性能,进行了6根不同剪跨比梁在集中荷载下抗剪性能试验。观察了试件从裂缝出现到失去承载力全过程的试验现象,分析了试件在各级荷载下的纵筋应变值、挠度值以及抗剪承载力。将抗剪强度试验结果与GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算结果进行了比较分析,结果表明:借用GB 50010—2010公式计算小剪跨比和大剪跨比的无腹筋双高钢筋混凝土试件梁抗剪强度与实测抗剪强度出入较大。     

配置大间距HRB500高强纵筋的混凝土叠合梁受弯性能试验研究

对8个采用大间距、大直径HRB500纵筋的钢筋混凝土叠合梁和2个对比试件进行了静力试验,研究了纵筋间距、箍筋肢距和构造钢筋对叠合梁受弯性能的影响。结果表明:在截面配置大间距■40或■32受力纵筋的混凝土叠合梁,其裂缝分布形式和裂缝发展与普通配筋叠合梁相近,但开裂早于普通配筋叠合梁,开裂荷载小于GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的计算值;受力性能与普通配筋叠合梁相近;受弯承载力及短期刚度可以按照GB 50010—2010计算。增加纵向构造钢筋对裂缝开展、屈服荷载和受弯承载力的影响较小。试件受弯主裂缝的位置大多位于箍筋处,平均裂缝间距与规范计算值差异较大。按照JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》规定的叠合面要求制作的试件,在峰值荷载前,未出现叠合面破坏。     

无粘结部分预应力高强混凝土梁裂缝宽度计算

通过２６根无粘结部分预应力高强混凝土梁,研究了影响裂缝宽度的主要因素。将无粘结部分预应力高强混凝土梁在使用荷载作用下的受力状态转化为偏心受压构件的受力状态,求解非预应力筋的应力,然后采用现有规范裂缝宽度计算公式来求无粘结部分预应力高强混凝土梁的裂缝宽度,计算结果与试验结果吻合较好。     

低周反复荷载作用下CFRP-PCPs复合筋混凝土梁裂缝试验研究

基于5根不同张拉控制应力和不同截面面积的CFRP-PCPs复合筋混凝土梁在低周反复荷载作用下的试验,对比试验梁的裂缝分布与发展,在GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算裂缝宽度的基础上,对平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式进行参数修正,提出CFRP-PCPs复合筋混凝土梁在低周反复荷载下最大裂缝宽度计算公式,对比表明,试验结果与计算值吻合较好。