型钢再生混凝土梁受剪性能试验研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

型钢再生混凝土梁受剪性能试验研究*
薛建阳1 ，王秀振1 ，马辉1 ，林建鹏1 ，陈宗平2
( 1 西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055;
2 广西大学土木建筑工程学院，南宁530004)
［摘要］为研究型钢再生混凝土梁的受剪性能，进行了10 根型钢再生混凝土梁和2 根型钢普通混凝土梁的抗剪
性能试验，考虑了再生粗骨料取代率、剪跨比和混凝土强度3 个影响因素。12 根试验梁中有8 根发生剪切斜压破
坏，4
根发生弯剪破坏。试验表明，在型钢再生混凝土梁中配置一定数量的箍筋可避免剪切粘结破坏的发生，型钢
再生混凝土梁与型钢普通混凝土梁受力过程相似，且强度并没有明显降低。
［关键词］型钢再生混凝土; 梁; 受剪性能; 试验研究
中图分类号: TU391，TU392. 5 文献标识码: A 文章编号: 1002-848X( 2013) 07-0069-04
Experimental study on shear performance of steel reinforced recycled aggregate concrete beams
Xue Jianyang1 ，Wang Xiuzhen1 ，Ma Hui1 ，Lin Jianpeng1 ，Chen Zongping2
( 1 College of Civil Engineering，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China;
2 College of Civil and Architectural Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China)
Abstract: In order to study the shear performance of steel reinforced recycled aggregate concrete beams，ten steel reinforced
recycled aggregate concrete beams and two steel reinforced normal aggregate concrete beams were tested． The replacement
ratio of recycled coarse aggregate，the shear span ratio and the concrete strength were considered． Among twelve testing
beams，8 beams failed for shearing diagonal compression，and the other 4 beams failed for bending and shearing． The test
results show that the occurrence of shear adhesive failure can be avoided if a certain number of stirrups are set in steel
reinforced recycled aggregate concrete beams． In addition，steel recycled aggregate concrete beams have the similar stress
process with the steel reinforced normal aggregate concrete beams，and the strength is not reduced significantly．
Keywords: steel reinforced recycled aggregate concrete; beam; shear performance; experimental study
* 国家自然科学基金( 51178384) ，住房和城乡建设部科学技术项目
( 2012-K2-12) ，陕西省留学人员科技活动择优项目( 陕外专发
［2010］26 号) ，陕西省教育厅科研计划项目( 12JK0902) 。
作者简介: 薛建阳，教授，博导，Email: jianyang_xue@ 163． com。
0 引言
从资源节约和可持续发展的角度考虑，再生混
凝土的研究和应用将成为今后结构工程界的热点，
国内外对再生混凝土及其结构也有了一些研
究［1，2］。在型钢混凝土组合结构中引入再生混凝
土，可以实现资源的节约利用，达到组合结构的可持
续发展。型钢混凝土梁是结构中的重要构件，其设
计合理与否直接影响到整体结构的可靠性。目前，
国内外关于普通型钢混凝土梁的力学性能进行了较
多研究［3-5］，但对型钢再生混凝土梁受力性能的研
究尚属空白。因此，本文进行了10 根型钢再生混凝
土梁的试验，研究了其受剪性能和特点，为型钢再生
混凝土梁的设计提供参考。
1 试验概况
1. 1 试件及主要参数设计
再生粗骨料的颗粒棱角多，表面较粗糙，包含相
当数量的硬化水泥砂浆。砂浆体中水泥石本身孔隙
比较大，并且在破碎过程中内部不可避免会产生大
量裂纹，所以再生粗骨料的吸水率比石子要大得多。
本次试验配合比设计中的单位用水量是在借鉴普通
混凝土配合比设计方法的基础上，增加10kg 来实
现。为使试验具有可对比性，普通混凝土的配合比
采用同样的方法设计，具体参数及用量见表1。
再生混凝土配合比表1
混凝土
强度
等级
再生
粗骨料
取代率
水灰比砂率
混凝土材料用量/( kg /m3)
水泥砂
天然
粗骨料
再生
粗骨料
水
C35
C35
C35
C35
C50
C50
0
0. 3
0. 7
1
0
1
0. 41
0. 41
0. 41
0. 41
0. 32
0. 32
0. 32
0. 32
0. 32
0. 32
0. 38
0. 38
500
500
500
500
641
641
542
542
542
542
590
590
1 153
807
346
0
964
0
0
346
807
1 153
0
964
205
205
205
205
205
205
共设计了10 根型钢再生混凝土梁，同时为作对
比，设计了2 根型钢普通混凝土梁。梁长有1 300，
1 600mm 两种。各试件的纵筋均通长布置，所有纵
筋均选用 18 钢筋，拉、压纵筋配筋率均为1. 2%。
箍筋沿梁全长等间距布置，间距100mm，选用6. 5
建筑结构2013 年
钢筋，配箍率为0. 32%。型钢为I14，Q345 级热轧普
通工字钢，截面配钢率5% ，型钢沿截面对称布置。
试件纵筋的混凝土保护层厚度20mm，型钢的
混凝土保护层厚度为50mm。在试件浇筑时同时制
作尺寸为150mm × 150mm × 150mm 的混凝土立方
体试块，和试件在同条件下养护，28d 后测试其抗压
强度。试件的基本设计参数及混凝土强度见表2，
钢材材性试验结果见表3，试件配筋见图1。
试验梁的设计参数表2
试件
编号
再生粗骨料
取代率
α /%
混凝土立方
体抗压强度
fcu /( N /mm2)
截面尺寸
b × h /mm
剪跨比
λ
纯弯段
/mm
跨长
l /mm
SRRC-1
SRRC-2
SRRC-3
SRRC-4
SRRC-5
SRRC-6
SRRC-7
SRRC-8
SRRC-9
SRRC-10
SRRC-11
SRRC-12
30
30
30
70
70
70
100
100
100
0
100
0
39. 9
39. 9
39. 9
41. 0
41. 0
41. 0
41. 9
41. 9
41. 9
51. 4
54. 2
38. 6
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
180 × 240
1. 0
1. 4
1. 8
1. 0
1. 4
1. 8
1. 0
1. 4
1. 8
1. 0
1. 0
1. 0
520
340
440
520
340
440
520
340
440
520
520
520
1 000
1 000
1 300
1 000
1 000
1 300
1 000
1 000
1 300
1 000
1 000
1 000
钢材材性试验结果表3
材料屈服强度fy / ( N /mm2 ) 极限强度fu / ( N /mm2 )
6. 5 钢筋339 472
 18 钢筋373 544
I14 型钢327 464
图1 试件配筋
1. 2 加载方案
试验在广西大学结构工程实验室进行。采用
100t 液压千斤顶，对试件进行两点单调对称加载的
静力试验。试件屈服前按力控制加载，屈服后按位
移控制加载。
1. 3 测试内容
试验中主要采集各测点的应变、挠度以及裂缝
宽度。为测试应变，在支座和集中荷载作用点之间
的型钢翼缘和腹板、箍筋表面、纵筋表面及构件外表
面的混凝土上粘贴电阻应变片，通过DH3819 静态
应变测试系统采集数据。挠度通过布置在支座的2
个百分表及梁底跨中的
1 个百分表测量，其布置
见图2。梁开裂后，用裂
缝仪测试裂缝宽度，并观
察裂缝间距。在加载过
程中，注意观察试验梁的
受力过程及受力性能，记
录破坏形态和破坏特征，
图2 百分表布置
并绘制裂缝发展图。
2 试验过程
本次试验，除构件SRRC-3，SRRC-6，SRRC-9 和
SRRC-5 因为剪跨比较大发生弯剪破坏外，其余试件
均发生剪切斜压破坏，这与现有文献中一般型钢混
凝土梁的破坏结果基本一致［6-8］。
试验表明: 型钢再生混凝土梁在加载初期，由于
应力和应变都很小，型钢、纵筋及再生混凝土均处于
弹性工作状态，型钢和再生混凝土能够共同工作，截
面应变沿着高度呈线性变化，梁变形很小。以试件
SRRC-1 为例，首先在梁加载点的正下方受拉区边缘
出现第一条微小的竖向裂缝; 约达到20% ～ 30% 极
限荷载时，梁下部竖向裂缝逐渐发展为支座与加载
点连线方向的弯剪斜裂缝，在梁腹板也会出现腹剪
斜裂缝; 随着荷载的增加，这种斜裂缝向下延伸至支
座附近，向上延伸至加载点附近，最后发展成为主斜
裂缝。当荷载增加到接近极限荷载时，主斜裂缝附
近出现新的与其大致平行的斜裂缝，将梁分成若干
斜压杆。在梁中型钢屈服以后，变形增长较快，最后
裂缝之间的骨料咬合作用消失，斜压杆混凝土被压
碎，构件破坏。
发生弯剪破坏的梁( 如试件SRRC-3 ) ，首先由
于混凝土受拉区边缘的应力达到抗拉强度而开裂，
出现竖向裂缝; 当裂缝发展到型钢翼缘时，受到型钢
的约束，因此变形的发展延缓，裂缝的开展也受到抑
制; 随着荷载增加，受拉区垂直裂缝逐渐发展为弯剪
斜裂缝，主拉应力主要由型钢来承担。型钢剪切屈
服后，箍筋和纵筋的应力增加较快。最后在剪应力
与正应力的共同作用下，试件剪压区的混凝土达到
极限强度而被压碎，试件破坏。
总体而言，在本次型钢再生混凝土梁受剪性能
试验中，由于在梁中型钢外围布置了适量的纵筋和
箍筋( 经承载力计算并符合构造要求) ，构件上没有
出现明显贯通的水平劈裂裂缝，因此试件没有明显
的剪切粘结破坏发生，型钢与再生混凝土之间表现
出了良好的共同工作性能。型钢再生混凝土梁试件
发生典型受剪破坏形态，如图3 所示。