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     

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。     

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。     

高强钢筋轻骨料混凝土梁短期受弯刚度计算方法研究

为研究配置高强钢筋轻骨料混凝土梁短期受弯刚度特点及其计算方法,分别进行了5根配置400MPa和5根配置500MPa级纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验.结合收集到的22根高强钢筋轻骨料混凝土梁的试验结果,评估了相关规范中短期受弯刚度计算公式的适用性.试验结果表明,试件在纵筋屈服前的跨中弯矩-平均曲率曲线先近似呈直线,开裂后呈微凹曲线;与普通混凝土梁相比,轻骨料混凝土梁的短期受弯刚度较小.根据《轻骨料混凝土结构技术规程》(JGJ 12-2006)和《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)短期受弯刚度计算公式得到的试件刚度计算值均比试验值偏小.利用试验数据,基于跨中弯矩-平均曲率曲线特点给出了配置高强钢筋轻骨料混凝土梁的短期受弯刚度一般计算模式,并基于该计算模式下的特例(双折线法)构建了与预应力混凝土构件刚度公式统一的修正计算公式,按该公式所得刚度计算值与试验值吻合较好.     

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。     

600MPa钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

进行了4根配置600MPa级、1根配置400MPa级钢筋的混凝土梁在集中荷载作用下的受弯性能试验,对各试验梁的受弯承载力、破坏形态、裂缝和挠度进行了分析,并将试验值与混凝土规范公式计算值进行对比。结果表明,配置600MPa级钢筋混凝土梁的受弯破坏形态与普通钢筋混凝土梁相同,正截面受弯承载力和正常使用状态下的最大裂缝宽度仍可按混凝土规范公式进行计算,正常使用状态下的挠度实测值比按混凝土规范公式计算的值偏大,建议乘以一个扩大系数进行修正。     

配置表层钢筋的混凝土梁裂缝和刚度试验探讨研究

进行6根配置表层钢筋的混凝土梁和2根未配置表层钢筋的混凝土梁受弯性能试验,研究其裂缝和变形特点,同时对配置和未配置表层钢筋构件的裂缝宽度和挠度进行对比分析。试验结果表明,在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能有效地控制其裂缝宽度,增加其短期刚度。分析表层钢筋对钢筋混凝土梁裂缝间距和裂缝宽度的影响规律,提出相应计算公式,并参考欧洲规范有关规定对配置表层钢筋的混凝土梁提出设计建议。根据试验结果,提出正常使用状态下考虑表层钢筋的短期刚度计算公式。根据文中公式计算的结果与试验结果符合较好。     

高强钢筋轻骨料混凝土梁短期裂缝试验研究

进行了10根配置400MPa和500MPa高强纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验,获得了10组裂缝间距和39组短期裂缝宽度数据,并收集了国内外27根高强钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝试验数据。采用以上数据,分析了钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝特征,并评估了JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》中裂缝计算公式的适用性。结果表明,JGJ 12—2006的短期裂缝特征值计算方法仍适用于高强钢筋轻骨料混凝土梁,但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与试验值有一定偏差,二者之比的均值为0.992、1.276和1.037,因此建议对JGJ 12—2006中公式的部分参数进行修正。通过对试验数据的回归分析,得到了梁侧面受拉纵筋中心处裂缝宽度的修正计算式,以及梁侧面受拉钢筋中心处与受拉边缘裂缝宽度的换算关系式,建议公式计算得到的裂缝宽度和试验值吻合较好。     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

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...     

Flexural behavior of high-strength,steel-reinforced,and prestressed concrete beams

To study the flexural behavior of prestressed concrete beams with high-strength steel reinforcement and high-strength concrete and improve the crack width calculation method for flexural components with such reinforcement and concrete, 12 specimens were tested under static loading. The failure modes, flexural strength, ductility, and crack width of the specimens were analyzed. The results show that the failure mode of the test beams was similar to that of the beams with normal reinforced concrete. A brittle failure did not occur in the specimens. To further understand the working mechanism, the results of other experimental studies were collected and discussed. The results show that the normalized reinforcement ratio has a greater effect on the ductility than the concrete strength. The cracking- and peak-moment formulas in the code for the design of concrete (GB 50010-2010) applied to the beams were both found to be acceptable. However, the calculation results of the maximum crack width following GB 50010-2010 and EN 1992-1-1:2004 were considerably conservative. In the context of GB 50010-2010, a revised formula for the crack width is proposed with modifications to two major factors: the average crack spacing and an amplification coefficient of the maximum crack width to the average spacing. The mean value of the ratio of the maximum crack width among the 12 test results and the relative calculation results from the revised formula is 1.017, which is better than the calculation result from GB 50010-2010. Therefore, the new formula calculates the crack width more accurately in high-strength concrete and high-strength steel reinforcement members. Finally, finite element models were established using ADINA software and validated based on the test results. This study provides an important reference for the development of high-strength concrete and high-strength steel reinforcement structures.     

超大保护层钢筋混凝土梁短期裂缝宽度试验研究

为研究超大保护层水工钢筋混凝土梁的裂缝特征以及评估其对DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》裂缝宽度计算公式的适用性,进行了10根截面宽度为200～300 mm、高度为400～1 000 mm、保护层厚度为25～150 mm配置HRB400钢筋混凝土简支梁的受弯性能试验,得到梁的开裂荷载、裂缝间距的大小与分布、裂缝宽度等,分析了混凝土保护层厚度对梁的裂缝间距和裂缝宽度的影响,结合短期裂缝试验结果,采用DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行了对比计算。结果表明：在正常使用状态下,当混凝土保护层厚度小于60 mm时,裂缝平均间距随保护层厚度的增大而增加;当混凝土保护层厚度超过60 mm时,保护层厚度对裂缝平均间距影响不大;平均裂缝间距、平均裂缝宽度和短期最大裂缝宽度试验值与按DL/T 5057—2009计算的结果相比总体上偏小。根据试验结果并参考相关规范,给出平均裂缝间距计算式,并根据黏结滑移理论得到了适用于超大保护层厚度的钢筋混凝土梁短期最大裂缝宽度计算式,经与裂缝试验资料对比计算,其短期最大裂缝宽度与试验结果吻合较好。     

HRBF400级钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

对4根矩形截面高强钢筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合现行规范分析了构件的受力特征、正截面承载能力、裂缝和挠度.结果表明,400 MPa细晶粒高强钢筋混凝土梁的受力特征与普通钢筋混凝土梁相同,混凝土平均应变沿截面保持平面;构件实测受弯承载力和裂缝平均间距与规范计算值符合较好,仍可按现行规范进行计算;最大裂缝宽度不适宜按...     

钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算方法研究

为建立钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度计算方法,对6根钢筋UHPC梁进行四点抗弯试验,分析试验梁的裂缝发展过程和分布规律,以此为基础评估了现有规范公式计算钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度的适用性,给出考虑UHPC抗拉贡献的钢筋UHPC受弯构件的钢筋应力计算方法和裂缝宽度建议计算公式,并通过国内16根钢筋UHPC梁的97组有效裂缝宽度试验结果对给出的裂缝宽度建议公式的适用性进行验证。研究结果表明：①UHPC梁表面裂缝宽度小于0.25mm时,裂缝宽度基本呈线性规律扩展,裂缝数量不断增加,裂缝间距逐渐减小;裂缝宽度超过0.25mm后,裂缝宽度迅速扩展并形成主裂缝,裂缝数量基本不变,裂缝间距趋于稳定,裂缝分布密而细,呈现出多元开裂现象。②直接采用GB 5010-2010规范和CECS 38-2004规范的裂缝宽度公式计算钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度误差较大。③基于UHPC材料特性,提出考虑UHPC抗拉作用的钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力计算方法,可较好地预测钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力。④结合试验数据和分析,对GB 50010-2010规范中平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数、构件受力特征系数进行修正,给出钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算公式,修正后的建议公式计算值与文章试验值吻合良好,且与法国UHPC规范公式预测结果相比离散性更小。⑤建议公式的裂缝宽度计算值与收集的裂缝宽度试验数据库的试验值之比的平均值为0.99,标准差为0.19,表明建议公式适用性良好,可为UHPC结构设计规范的编制提供参考。     

500级高强钢筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨

通过8根HRB500级高强钢筋混凝土梁以及2根普通钢筋混凝土梁的受弯试验,对比分析试验梁的裂缝分布、平均裂缝宽度及短期最大裂缝宽度的变化特性。结合已有试验结果,对56根500级钢筋混凝土梁的受弯开裂特性进行综合研究,结果表明:试验梁的平均裂缝间距与规范GB 50010—2002公式的计算值符合得较好,而短期最大裂缝宽度计算值则大于实测值,尤其是当钢筋应力超过300N/mm2的情况。鉴于此,在参照国外相关规范的基础上,对该类梁的裂缝宽度计算提出了两种修正建议:①适当调整短期最大裂缝宽度的保证率,取90%的保证率可使计算平均值降低10%左右;②调整裂缝截面处钢筋应力的计算值,具体有两种途径,一是取准永久荷载组合进行计算,二是将钢筋应力超过某一值后取为定值,若将该应力定值取为300N/mm2,裂缝宽度比值的均值为1.063,变异系数为0.176,计算效果非常理想。