閱讀 2799 次 箱形截面鋼筋混凝土復(fù)合受扭構(gòu)件受扭性能試驗(yàn)研究

箱形截面鋼筋混凝土復(fù)合受扭構(gòu)件受扭性能試驗(yàn)研究

李志軍    史慶軒

(1．西安工業(yè)大學(xué)建筑工程系710032西安；2．西安建筑科技大學(xué))

1、引言

    在實(shí)際工程中，承受純扭作用的構(gòu)件幾乎是沒有的。絕大多數(shù)鋼筋混凝土構(gòu)件往往同時(shí)承受壓、彎、剪、扭中的一種或幾種荷載。日前國內(nèi)外對(duì)于矩形截面鋼筋混凝土雙向壓彎剪構(gòu)件受扭作用的問題已經(jīng)進(jìn)行了相對(duì)深入的研究，而對(duì)于箱形截面鋼筋混凝土雙向壓彎剪構(gòu)件反復(fù)扭矩下的受扭性能研究在國內(nèi)還不夠充分。因此，合理提出箱形截面鋼筋混凝土雙向壓彎剪構(gòu)件反復(fù)扭矩下的受扭承載力設(shè)計(jì)方法，是工程中亟待解決的、且難度較大的課題。本文在鋼筋混凝土復(fù)臺(tái)受扭國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[1-6]的基礎(chǔ)上，對(duì)箱形截面鋼笳混凝土雙向壓彎剪構(gòu)件反復(fù)扭矩下的受扭性能進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究，從而為合理設(shè)計(jì)此類構(gòu)件提供了依據(jù)。

2、試驗(yàn)概況

    試件采用總長為740ram、中間試驗(yàn)段長度為580turn、柱截面為250 x250mm2的方柱，取壁厚t=60mm．基礎(chǔ)外形尺寸為350 x450 x800ram3。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30；縱筋4Φ16，箍筋φ6.5@70，箍筋護(hù)層厚為l5ram。

  試驗(yàn)是在自制的加載裝置(圖1)上進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，先將軸壓力利水平剪力—次加到設(shè)計(jì)值，并在試驗(yàn)過程中保持不變，然斤逐級(jí)施加扭矩。扭矩是由兩個(gè)規(guī)格相同的雙向千斤頂施加。加載制度采用變力變位移綜合加載制度：在構(gòu)什達(dá)到屈服前按等增量扭矩控制，每級(jí)循環(huán)二次，屈服之后按等增量扭角控制，每級(jí)也循環(huán)三次。

    試驗(yàn)研究參數(shù)及變化范圍為：保持剪跨比L／H。0.2、0.9不變。正反復(fù)扭矩作用下，當(dāng)壁厚t=60m時(shí)，軸壓比L／F。0.2、0.3、0.4不變，相對(duì)偏心距分別e0／hO j0.2、0.3、0.4。

3、試驗(yàn)結(jié)果及分析

    3.1裂縫發(fā)展規(guī)律及破壞特征

    圖2為構(gòu)件反復(fù)受扭破壞時(shí)的裂縫圖。構(gòu)件施加反復(fù)扭矩后，首批裂縫出現(xiàn)于某個(gè)循環(huán)的剪應(yīng)力相加面兼彎曲受拉面(④面)的中部；當(dāng)施加同級(jí)反向扭矩時(shí)，反向裂縫也山現(xiàn)在此時(shí)的剪應(yīng)力相加面兼彎曲受拉面(③面)的中部。在構(gòu)件屈服前，卸載后裂縫基本閉合，反向荷載作用時(shí)，宏觀上觀察不到正向裂縫的存在：當(dāng)構(gòu)件屈服后，裂縫發(fā)展迅速，卸載后裂縫不能完全閉合，施加反向荷載后裂縫表面出現(xiàn)交義的網(wǎng)狀裂縫。隨著荷載的繼續(xù)循環(huán)，各面均形成交義的網(wǎng)狀裂縫，而且各面裂縫均與其相鄰面的裂縫相貫通。在加載后期，各面上斜裂縫間混凝土均有起皮和脫落現(xiàn)象。此時(shí)構(gòu)件的變形急劇增加，當(dāng)峰值荷載下降到其值的0.85倍時(shí)定義為構(gòu)件破壞。

    3.2縱筋應(yīng)變分析

    施加扭矩前，由于軸向壓力和彎矩的存在，使縱筋已經(jīng)受力。①面和②面的相交縱筋為壓應(yīng)變，其余三個(gè)角部縱筋受力狀態(tài)隨軸壓比和偏心距的變化而不同，可能受壓也可能受拉。

    圖3為反復(fù)扭矩下彎曲受拉面(z—5)和受壓面(z—_7)的縱筋應(yīng)變。由圖可見，扭矩作用初期幾個(gè)循環(huán)中，應(yīng)變——扭矩在初始應(yīng)變附近呈直線循環(huán)。構(gòu)件開裂后，縱筋拉應(yīng)變迅速增長，偏離初始應(yīng)變，應(yīng)變——扭矩不再是直線關(guān)系，卸載到扭矩為零時(shí)，縱筋應(yīng)變不再回到原來的初始應(yīng)變，產(chǎn)生了一定的殘余應(yīng)變，對(duì)構(gòu)件施加正反向扭矩均使縱筋應(yīng)力增大，卸載后應(yīng)力減小，所以在正反向扭矩作用下，縱筋應(yīng)變——翱矩圖形成蝴蝶狀滯回環(huán)。破壞時(shí)彎曲受拉面的縱筋一般能達(dá)到或接近受拉屈服，而彎曲受壓面 t的縱筋，由于施加扭矩前壓應(yīng)變較大，所以構(gòu)件破壞時(shí)拉應(yīng)變很小。

    3.3箍筋應(yīng)變分析

    反復(fù)扭矩作用下的箍筋應(yīng)變圖與圖3類似，也呈蝴蝶狀滯回環(huán)，構(gòu)件后期循環(huán)中，四個(gè)面箍筋均屈服。在交變扭矩作用下，交替處于剪應(yīng)力相加減面的兩個(gè)面，由于反向加載時(shí)，應(yīng)變發(fā)展不同，所以滯回環(huán)相對(duì)應(yīng)變軸不對(duì)稱。

    3.4開裂扭矩TCR的影響因素分析

    為了消除截面實(shí)際尺寸和混凝土實(shí)際標(biāo)號(hào)差異的影響，對(duì)開裂扭矩選用無量綱參數(shù)T／FT／F，w，T，表示[4-6]，其中f,w．為素混凝土扭矩。

如圖4所示．在同一軸壓比下，開裂扭矩隨相對(duì)偏心距的增加而降低。其主要原因是：相對(duì)偏心距的增加意味著剪力的增加，而斜裂縫是由扭矩和剪力各自產(chǎn)生的剪應(yīng)力以及軸壓力產(chǎn)生軸壓應(yīng)力相疊加而形成的主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生，剪應(yīng)力的增加使主拉應(yīng)力增加，從而使開裂扭矩降低。而由圖6可見開裂扭矩與軸壓比的關(guān)系不太明顯。

4、結(jié)論

    本文通過6個(gè)箱形截面鋼筋混凝土雙向壓彎剪試件反復(fù)受扭下的受扭性能能試驗(yàn)，研究了此類構(gòu)件在反復(fù)扭矩下的裂縫發(fā)展規(guī)律、破壞特征以及鋼筋應(yīng)變規(guī)律等方面的性能，討論了軸壓比、相對(duì)偏心距參數(shù)變化對(duì)此類構(gòu)件受扭性能的影響，主要結(jié)論如下：

    4.1初始裂縫一般出現(xiàn)在剪應(yīng)力相加面兼彎曲受拉面的中部。破壞時(shí)各個(gè)面的裂縫呈螺旋狀貫通。

    4.2試件的開裂扭矩隨相對(duì)偏心距的增大而降低。

    4.3試件的初始剮度隨相對(duì)偏心的增加而降低，但并不是簡單的線性關(guān)系。

    4.4破壞時(shí)彎曲璺拉面的縱筋一般能達(dá)到或接近受拉屈服而彎曲受壓面的縱筋破壞時(shí)拉應(yīng)變很小。破壞時(shí)四個(gè)面箍筋均屈服。

參考文獻(xiàn)

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（本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核）