截面高度对钢筋混凝土梁裂缝分布影响的试验研究 Experimental study on effect of cross sectional depth of concrete beams on crack patterns.pdfVIP

水 利 学 报 2009年1月 SHUIUXUEBA0 第加卷第1期 文章编号：0559．9350(2009)01．0088．06 截面高度对钢筋混凝土梁裂缝分布影响的试验研究 赵顺波h2，管俊峰2，张学朋1，黄承逵2 (1．华北水利水电学院土木与交通学院，河南郑州450011；2．大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024) 摘要：为建立混凝土结构裂缝验算的统一公式，通过试验研究了截面高度对钢筋混凝土简支梁裂缝分布形态、裂缝 间距和裂缝宽度的影响规律。根据裂缝的产生机理、延伸发展特征和宽度变化规律提出了分型统计的原则，进行 各类型裂缝数量、平均裂缝间距、平均裂缝宽度及最大裂缝宽度分布规律的分型统计分析。明确了结构设计中裂 缝宽度验算对应的裂缝形态特征的物理意义，即该裂缝为在后续各级荷载作用下，因开裂截面钢筋拉应力和混凝 土受拉区高度的持续增大而得以持续延伸到中和轴附近的主裂缝。提出了以纵向受拉钢筋直径为变量的有效受 拉截面高度的计算方法，提出了考虑截面高度与有效配筋指数耦合影响的平均裂缝间距计算模式。 关键词：结构工程；钢筋混凝土梁；截面高度；裂缝；分型统计；有效受拉截面高度 中图分类号：TU375 文献标识码：A 1研究背景 针对大截面尺寸的钢筋混凝土梁，本文着重研究3个方面问题：(1)截面高度对裂缝的影响规律。 对于水工混凝土结构，构件的截面尺寸变化范围较大，现行水工规范规定的裂缝宽度验算公式依据的试 验资料大多数为一般尺寸的试件[I’2】，并没有完全反映水工钢筋混凝土结构截面尺寸较大、纵向配筋率 较低、保护层较厚、钢筋直径较粗且常需要2—3层布筋的特点。而对于这样一种截面特性，它的裂缝开 展规律与配筋率较大、截面尺寸较小的试件是否一致，缺乏试验资料的论证旧1；(2)有效受拉混凝土截面 面积以。(纵向受拉钢筋有效约束区)。由于纵向受拉钢筋对其周围混凝土的握裹起到了约束裂缝两侧 受拉混凝土回缩的作用，从而影响了新裂缝的产生和发展，因此，考虑纵向受拉钢筋在其有效约束混凝 土区域内对裂缝开展的影响是建立合理的裂缝宽度计算公式的前提条件之一。国内外学者提出的A。 高度以下的面积b1；A。为与纵向受拉钢筋截面重心相一致的面积幢1，规范(SL／T191)即采用该方法…；A。 为与纵向受拉钢筋直径d相关的面积，可取以单根钢筋截面中心为圆心、半径为磁(毛为系数)的圆围 成的面积哺’71；(3)裂缝的分型统计分析。钢筋混凝土梁在荷载作用下出现的裂缝具有不同的产生机理、 延伸发展的特征和宽度变化规律，由于统计分析对象不统一，加之不同研究者观测的裂缝位置也不同， 导致了研究数据的离散性很大，甚至出现相反的变化规律，尽管研究数据积累很多，但缺乏相互验证，最 终影响了裂缝宽度验算方法的统一[8．9]，对裂缝先分型再统计分析可更加确切地界定结构设计的裂缝验 算理论意义。 2试验研究 2．1 试验概况 本次试验梁共10根，混凝土强度等级为C40。通过在支座处和剪跨段焊接短钢筋保证 收稿日期：2007．09．10 基金项目：河南省杰出青年科学基金(04120002300)；河南省高校创新人才培养工程培养对象基金(豫教高) 一88— 万方数据 试验粱底面和侧面保护层厚度相同。设计的截面尺寸和实测的材料性能列入表1。除配置受压区架立 的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度平均值，钢筋的屈服强度和弹性模量取同批试样的实测平均值。 试验梁采用两端简支、跨中两点对称集中加载，纯弯段为1／3跨长，支座中心到梁端距离为150mm。 荷载的施加以梁纯弯段的设计控制弯矩为参照。重点观测截面开裂荷载及开裂时裂缝延伸高度及宽 度、正常使用阶段各级荷载作用下裂缝延伸高度、裂缝的发生发展状况。量测了开裂后各级荷载作用下 各条裂缝在梁侧面№．高度处(n=0．5、1、1．5、2、3、4…，a。为纵向受拉钢筋重心至梁底表面的距离)的 裂缝宽度。 表1 试验梁的截面尺寸、配筋及材料性能 2．2试验结果图1绘出了部分试验梁侧面纯弯段的裂缝分布与各级荷载下的延伸高度情况，图中数 字为裂缝延伸到相应高度时对应荷载与梁极限荷载的比值。 通过观察裂缝的产生与延伸发展的规律，结合其形成机理，可将这些裂缝划分为4类：(1)ft．类裂 缝。在后续各