過載損傷混凝土t梁的抗彎承載力試驗(yàn)研究

1、2014年第6期(總第296期)Number6in2014(TotalNo296)混凝土Concrete理論研究THEETICALRESEARCHdoi：103969／jissn1002—3550201406009過載損傷混凝土T梁的抗彎承載力試驗(yàn)研究王振海，鄧軍。王道耀(廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，廣東廣州510006)摘要：通過對(duì)1根對(duì)比梁和3根過載損傷梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，研究了過載損傷鋼筋混凝土T梁的抗彎性能，對(duì)過載損傷后試件的撓

2、度變化、裂縫開展情況、抗彎承載力以及延性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：過載損傷使得鋼筋混凝土T梁產(chǎn)生一定的殘余變形，產(chǎn)生的裂縫也不能完全閉合，由于試驗(yàn)梁的鋼筋在反復(fù)受力后產(chǎn)生了一定的冷拉效果，過載損傷梁的強(qiáng)度略為上升，但延性顯著下降。關(guān)鍵詞：過載損傷；荷載譜；承載力；鋼筋混凝土T梁中圖分類號(hào)：TU528叭文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002—3550(2014)06—003103Experimentalsudyonbendingcapacityofr

3、einforcedconcreteTbeamsafteroverloadingdamageWANGZhenhai，DENGJtm，WANGDaoyao(SchoolofCivilandTransportationEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)Abstract：OnecontrastbeamandthreebeamsaRcroverloa

4、ddamageweretestedtostudythebendingcapacityofreinforcedconcreteT—beamsafteroverloadingdamageThechangeofthedeflection，thedevelopmentofcracks，thebendingcapacityandtheductilitywereand—lyzedTheresultsshowthatthereinforcedconc

5、reteT—beamsafteroverloadingdamagehaveacertainresidualdeformation，crackscausedbyoverloadcannotbeclosedcompletelyAsaresultofthesteelbarintestbeamafterrepeatedstresswillproduceacertaineffeCtofcold—draw—ing，thestrengthofrein

6、forcedconcreteT—beamsafteroverloadingdamageincreasedslighfly，buttheductilitysignificantlydecreasedKeywds：overloaddamage；loadspectrum；bendingcapacity；reinforcedconcreteT—beam0引言隨著我國交通的高速發(fā)展，20世紀(jì)八九十年代，我國涌現(xiàn)了大量的鋼筋混凝土橋梁。由于新舊橋梁

7、設(shè)計(jì)規(guī)范在荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上的不同，現(xiàn)在車輛的車重標(biāo)準(zhǔn)常常超過按照舊橋梁規(guī)范設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的要求，橋梁在這種情況下運(yùn)營稱之為超載。在超載情況下運(yùn)營會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p害，英國阿倫史密斯和美國AASHO的研究表明，汽車軸重對(duì)公路路面的損傷關(guān)系為“四次方法則”[1]，即汽車軸重增加一倍，公路損傷將達(dá)到16倍。大量的事實(shí)證明，相當(dāng)數(shù)量的超載貨車荷載8t，私自進(jìn)行改裝后可裝載20t甚至更多，如果每天通過1000輛這類的超載車，相當(dāng)于每天至少通過16

8、萬輛次翻。在現(xiàn)在的公路橋梁中，數(shù)以萬記的橋梁正處于超載運(yùn)營狀態(tài)，這些超載情況對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的損傷不容忽視[3]。國內(nèi)對(duì)于過載損傷對(duì)混凝土橋梁的影響也有一定的研究。大連理工大學(xué)的孫曉燕等對(duì)鋼筋混凝土梁進(jìn)行超載試驗(yàn)，分析研究超載對(duì)鋼筋混凝土梁橋受彎性能的影響規(guī)律。張秀永等[51通過預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁室內(nèi)模型在超過正常使用極限狀態(tài)的情況下的抗彎性能試驗(yàn)，分析了跨中變形、裂縫和高度以及梁截面應(yīng)變等靜力參數(shù)的變化規(guī)律，并得出重復(fù)超載損傷將使預(yù)應(yīng)力混

9、凝土梁底部普通鋼筋提前屈服，其正常使用承載力和極限承載能力降低等結(jié)論。橋梁結(jié)構(gòu)在超載運(yùn)營過程中多次受到超載荷載的影響，盡管大多數(shù)車輛沒有超過橋梁的極限承載力，但是卻對(duì)橋梁造成一定的損傷，這種損傷到底對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了多大的影響，是一個(gè)亟待解決的問題。本研究利用試驗(yàn)探討實(shí)際橋梁超載荷載譜作用下的橋梁損傷情況，分析了試驗(yàn)梁跨中撓度、裂縫開展、承載力和延性的變化，研究了一年超載損傷對(duì)鋼筋混凝土T梁承載能力的影響。1試驗(yàn)概況11試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)本研究的

10、對(duì)象為廣州市某高速公路典型的混凝土簡支T梁，橋梁全長16m，計(jì)算長度1536m，采用C30混凝土。主筋采用10根直徑32mm的HRB335級(jí)螺紋鋼，雙肢箍筋采用直徑8rfuI1的HPB235級(jí)鋼筋。在結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)中，通常根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的基本要點(diǎn)，以及設(shè)備情況和研究的內(nèi)容，確定模型的幾何收稿日期：201312_o4基金項(xiàng)目：新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(NCET一13—0739)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278131、5080808

11、5)；霍英東教育基金會(huì)青年教師基金項(xiàng)目(131073)31學(xué)兔兔www.xuetutu.com2試驗(yàn)結(jié)果分析21混凝土粱撓度變化本試驗(yàn)所采用的荷載譜為利用實(shí)際荷載譜折算所得，加載上限為96kN，下限為167kN，低周反復(fù)加載294次，記錄梁跨中撓度擴(kuò)展情況，且在每100次停機(jī)觀察裂縫開展情況。其撓度增長圖如圖3所示。從圖中明顯可以看出，在此應(yīng)力幅反復(fù)荷載作用下，前25次循環(huán)梁的跨中撓度迅速增加，之后跨中撓度持續(xù)穩(wěn)定增長，循環(huán)荷載施加完畢

12、后，混凝土梁的跨中撓度增大10mm左右。并且跨中開展的撓度在過載加載結(jié)束，卸載后不會(huì)恢復(fù)，即說明過載荷載譜對(duì)鋼筋混凝土梁的剛度產(chǎn)生了一定的影響?；炷亮嚎缰形灰茢U(kuò)展圖如圖3所示。循環(huán)次數(shù)圖3混凝土梁跨中位移擴(kuò)展曲線22裂縫開展情況過載荷載譜對(duì)于鋼筋混凝土梁的損傷是一個(gè)積累過程，用相同的過載荷載譜在加載到一定次數(shù)的時(shí)候就會(huì)對(duì)混凝土梁產(chǎn)生不可恢復(fù)的損傷，從結(jié)構(gòu)上來說就是產(chǎn)生殘余裂縫。首條裂縫產(chǎn)生于四點(diǎn)彎曲加載的跨中某位置，隨著加載次數(shù)的增加

13、，裂縫迅速開展至中性軸附近，并形成主裂縫，在其附近形成若干條小裂縫，過載荷載加載完畢卸載后不能完全恢復(fù)。在之后的靜載加載時(shí)，這條主裂縫會(huì)首先開裂，迅速擴(kuò)展，最終形成貫通全梁的主裂縫，直至破壞。通過混凝土表面應(yīng)變片得出的數(shù)據(jù)得知，混凝土跨中截面的應(yīng)變符合平截面假定。以下取L2過載損傷中以及損傷后的裂縫圖片來說明過載荷載譜對(duì)模型梁上裂縫開裂情況的影響，其他梁裂縫開展情況與之相似。在過載損傷循環(huán)加載過程中，加載上限時(shí)的裂縫寬度變化為016～0

14、20mm；加載下限時(shí)的裂縫寬度變化為008～010mm；卸載后的混凝土殘余變形為004mm，如圖4所示。23承載力以及剛度劣化情況對(duì)過載損傷試驗(yàn)梁卸載后進(jìn)行靜載破壞試驗(yàn)。過載損傷試驗(yàn)梁、靜載試驗(yàn)梁的荷載位移測試結(jié)果對(duì)比見圖5。對(duì)比結(jié)果如表5所示。從表5中可以看出，靜載試驗(yàn)梁的屈服荷載是1099kN，經(jīng)過過載損傷后的試驗(yàn)梁屈服荷載分別為1136、1161、1249kN，分別提高了34％、56％、136％；靜載試驗(yàn)梁跨中極限撓度為834mm

15、，經(jīng)過過載損傷后的試驗(yàn)梁跨中的極限位移分別為380、673、611mm，延性分別降低了267％、圖4L2過載損傷卸載后殘余裂縫圖150Z100挺5O00102030405O607O8O90位移／mm圖5過載損傷后靜載破壞試驗(yàn)對(duì)比表5過載損傷后數(shù)據(jù)對(duì)比表193％、558％。這主要是由于鋼筋材料在低周反復(fù)過載荷載作用下會(huì)產(chǎn)生冷拉效應(yīng)[I2】，而鋼筋混凝土梁主要受力性能體現(xiàn)在其受拉主筋的性能，所以在反復(fù)荷載損傷后的鋼筋混凝土梁屈服荷載略微增加

16、，而其延性顯著降低。3結(jié)論經(jīng)過過載損傷對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)過載損傷后試件的撓度變化、裂縫開展睛況、抗彎承載力以及廷f生進(jìn)行分析。結(jié)論如下：(1)混凝土梁撓度在前25次過載循環(huán)荷載作用下增長較快，之后轉(zhuǎn)為穩(wěn)定增長階段。且損傷增加的跨中撓度不可恢復(fù)，殘余變形在1mnl左右。(2)混凝土梁在過載循環(huán)荷載作用下，裂縫也穩(wěn)步發(fā)展，在加載上限時(shí)的裂縫寬度為016～020mm，加載下限時(shí)的裂縫寬度為O08～010mm，且殘余裂縫寬度為004mm。(3)對(duì)于鋼

17、筋混凝土梁，其主要受力性能取決于其中的鋼筋，在低周往復(fù)循環(huán)荷載后卸載重新加載的情況下，使鋼筋混凝土中的鋼筋產(chǎn)生冷拉效應(yīng)，對(duì)其有一定的強(qiáng)化作用，強(qiáng)度提升34％～136％；同時(shí)延性降低，降低了267％558％。珠三角地區(qū)的橋梁處于高溫高濕環(huán)境中，而現(xiàn)役鋼筋混凝土橋梁在過載損傷后大多處于帶裂縫工作狀態(tài)，濕熱環(huán)境對(duì)過載損傷鋼筋混凝土橋梁產(chǎn)生的劣化影響有待下一步研究。下轉(zhuǎn)第40頁330864208642O8988888777776gⅢ／皚學(xué)兔兔w