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使用超拉箍筋对混凝土构件承载能力影响的试验研究

一、试验目的

在混凝土结构中，箍筋起着约束混凝土、抵抗剪力等重要作用。超拉箍筋作为一种特殊的构造形式，其对混凝土构件承载能力的影响尚不明确。本次试验旨在通过科学的试验方法，探究使用超拉箍筋对混凝土构件承载能力的具体影响，为混凝土结构设计和施工提供参考依据。

二、试验方案设计

（一）试验材料

混凝土：选用强度等级为C30的混凝土，其配合比经过严格设计和试验确定，确保混凝土的各项性能指标符合试验要求。水泥采用普通硅酸盐水泥，骨料为粒径5-25mm的碎石和中砂，拌合水为自来水。

钢筋：纵向受力钢筋选用HRB400级钢筋，直径为20mm；箍筋采用HPB300级钢筋，直径为8mm。所有钢筋均具有出厂质量证明书，并经过抽样送检，其力学性能满足相关标准规定。

超拉箍筋制备：采用专用设备对箍筋进行超拉处理，分别设置超拉应力为屈服强度的105%、110%、115%三个等级，以研究不同超拉程度对构件承载能力的影响。

（二）试件设计

设计一批尺寸相同的简支梁试件，截面尺寸为200mm×300mm，跨度为2000mm。试件分为对照组和试验组，对照组采用普通箍筋，试验组分别采用上述三个超拉应力等级的超拉箍筋，每组设置3个试件，以减少试验误差。

（三）试验装置与仪器

加载装置：采用四点弯曲加载方式，使用液压万能试验机进行加载，加载速度控制为2kN/s，直至试件破坏。

测量仪器：在试件跨中及支座处布置位移传感器，测量试件的挠度；在纵向受力钢筋和箍筋上粘贴应变片，测量钢筋的应变；通过压力传感器记录加载过程中的荷载值。所有测量数据均通过数据采集系统实时采集和记录。

三、试验过程

试件制作：按照设计图纸绑扎钢筋骨架，试验组安装超拉箍筋，对照组安装普通箍筋，然后支设模板，浇筑混凝土并振捣密实。混凝土浇筑完成后，在标准养护条件下养护28d。

试件安装与测量准备：将养护好的试件安装在试验装置上，调整试件位置，确保加载点准确。粘贴应变片，安装位移传感器和压力传感器，连接数据采集系统，并进行预加载，检查各测量仪器是否工作正常。

加载与数据采集：正式加载开始，按照设定的加载速度进行加载，同时实时记录荷载、位移、应变等数据。当试件出现明显破坏迹象（如裂缝宽度急剧增大、承载力明显下降）时，停止加载。

四、试验结果分析

（一）承载力分析

对比对照组和试验组试件的极限承载力，结果表明：采用超拉箍筋的试验组试件极限承载力均高于对照组。其中，超拉应力为屈服强度110%的试验组试件极限承载力提高最为显著，比对照组提高了约15%；超拉应力为105%的试验组提高约8%；超拉应力为115%的试验组提高约12%。这说明适当的超拉处理可以提高混凝土构件的承载能力，但超拉应力并非越高越好，存在一个最优的超拉应力值。

（二）变形性能分析

分析试件的挠度曲线可知，在加载初期，对照组和试验组试件的挠度增长规律基本一致；随着荷载的增加，试验组试件的挠度增长速度略慢于对照组，表明超拉箍筋对构件的刚度有一定的提高作用。在达到极限承载力后，试验组试件的后期变形能力优于对照组，说明超拉箍筋可以改善构件的延性。

（三）应变分析

通过对钢筋应变数据的分析，发现试验组中超拉箍筋的应变发展较为均匀，在达到极限荷载时，箍筋的应变值较大，表明超拉箍筋能够更充分地发挥其强度性能，更好地约束混凝土的横向变形，从而提高了构件的承载能力。

（四）裂缝分析

观察试件的裂缝分布和发展情况，对照组试件在加载过程中裂缝出现较早，且裂缝宽度较大、分布较稀疏；试验组试件裂缝出现较晚，裂缝宽度较小、分布较密集。这是由于超拉箍筋对混凝土的约束作用更强，延缓了裂缝的开展和扩展。

五、结论与建议

（一）结论

适当的超拉处理可以提高混凝土构件的极限承载力，其中超拉应力为屈服强度110%时效果最佳。

超拉箍筋能够提高混凝土构件的刚度，改善构件的变形性能和延性。

超拉箍筋可以延缓混凝土构件裂缝的开展和扩展，提高构件的抗裂性能。

（二）建议

在混凝土结构设计中，可以考虑采用适当超拉应力的超拉箍筋，以提高构件的承载能力和综合性能，但需合理控制超拉应力值，建议超拉应力控制在屈服强度的105%-110%之间。

进一步研究超拉箍筋在不同混凝土强度等级、不同构件类型（如柱、板）中的应用效果，以及长期使用性能和耐久性，为超拉箍筋的广泛应用提供更全面的依据。

在施工过程中，应严格控制超拉箍筋的制作工艺，确保超拉应力准确、均匀，避免因超拉不当导致箍筋性能下降。