關(guān)于對雙高預(yù)應(yīng)力梁剛度的試驗研究

閆麗萍

摘要：雙高梁是在配置高強度等級混凝土和高強度等級鋼筋的基礎(chǔ)上采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的一種新型構(gòu)件，它綜合了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和高強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，具有更好的力學(xué)性能，有了越來越廣泛的應(yīng)用。文章通過對12根雙高梁的試驗研究，分析了現(xiàn)有規(guī)范剛度計算公式的適用性以及配筋率、預(yù)應(yīng)力度與混凝土強度等因素對梁抗彎剛度的影響，并對規(guī)范公式進行了修正。通過研究得出：現(xiàn)有公式對于雙高梁仍然適用，修正后的公式更加精確；而且混凝土強度越高、配筋率越大，預(yù)應(yīng)力筋越多，梁的剛度越大，預(yù)應(yīng)力的加入有效彌補了高強鋼筋混凝土構(gòu)件因截面尺寸減小而導(dǎo)致剛度降低的缺陷。此次試驗研究為雙高梁在實際工程中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高強鋼筋；高強混凝土；預(yù)應(yīng)力；抗彎剛度；撓度

一、試驗概況

（一）試件設(shè)計。本文試驗的主要目的是分析混凝土強度等級、非預(yù)應(yīng)力筋配筋率和預(yù)應(yīng)力度對受彎構(gòu)件剛度的影響。為此保持構(gòu)件的截面尺寸不變，通過改變上述三個參數(shù)來研究其對剛度的影響；試驗共設(shè)計了12根后張預(yù)應(yīng)力梁試件，其中6根梁采用C80混凝土，6根采用C100混凝土，非預(yù)應(yīng)力筋采用HRBF500級鋼筋，箍筋為HRB400級鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋采用低松弛1860級1×7股鋼絞線。試件梁總長5.8m，試驗跨度5.4m，截面設(shè)計尺寸均為200mm×450mm。

（二）試件材料性能。試驗梁在澆筑的同時預(yù)留混凝土立方體試塊和棱柱體試塊在標準條件下養(yǎng)護28d后的抗壓強度。對雙高梁所用鋼筋進行了力學(xué)性能試驗，測量每種直徑的鋼筋和鋼絞線的屈服強度和極限強度。

（三）加載方案及量測方案。試驗采用兩點對稱集中加載，試驗加載采用兩階段控制方法，屈服前采用荷載控制，分四～五級加載；屈服后改為位移控制，按試件屈服時跨中撓度的倍數(shù)逐級加載，直至試件承載力下降到最大承載力的85%左右時結(jié)束試驗。試驗正式加載之前進行預(yù)加載，正式加載時，每級荷載完成后持荷10分鐘。

二、試驗結(jié)果及分析

（一）平截面假定的驗證。本次試驗采用位移計測量試驗梁各截面的混凝土平均應(yīng)變，在梁跨中自上而下布置了5個小位移計，平均應(yīng)變沿截面高度分布情況如圖4所示。由圖上曲線可以看出，隨著荷載的增加，截面的中性軸逐漸地向上移動，在各級荷載作用下，混凝土的平均應(yīng)變呈線性分布，截面變保持平面，符合平截面假定。

（二）跨中撓度計算分析。試驗發(fā)現(xiàn)，各試驗梁的變形隨荷載的增加均表現(xiàn)出明顯的3個階段：第1階段為彈性階段，梁的變形隨荷載的增加呈線性增大，抗彎剛度（曲線的斜率）基本不變；第2階段為彈塑性階段，彎矩達到0.4Mu～0.5Mu時，由于裂縫的產(chǎn)生使梁的抗彎剛度出現(xiàn)退化，剛度約為第1階段的50%～65%，試驗梁的變形隨荷載的增加呈非線性增長，梁的抗彎剛度因裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展而逐漸降低，此階段按照直線雙線性理論可以近似看作直線段。第1階段和第2階段之間有明顯的轉(zhuǎn)折點，為梁正截面的開裂點；第3階段為塑性階段，當(dāng)彎矩達到0.9Mu～1.0Mu時，出現(xiàn)第二個拐點，此后試驗梁承受的荷載基本不變而變形增加，剛度約為第1階段的10%～15%，標志著梁正截面達到了正常使用極限狀態(tài)。

在開裂前，各種計算公式?jīng)]有太大的分歧，我國混凝土規(guī)范采用的剛度公式為Bs=0.85EcI0，美國ACI規(guī)范采用的是Bs=EcIg。對于開裂后構(gòu)件撓度的計算方法，主要有：直線雙線性法、有效慣性矩法和曲率積分法”。

通過對比分析表明：預(yù)應(yīng)力梁截面剛度按規(guī)范規(guī)范公式及直線雙線性公式進行計算均有較大偏差，計算值均大于試驗值，說明兩種計算方法都偏安全偏保守。開裂前直線雙線性計算值誤差較小，開裂后規(guī)范計算值誤差較小。正常使用狀態(tài)下兩種公式計算值的離散性均較好，但計算值都大于試驗值，規(guī)范方法跟直線雙線性方法對于梁跨中撓度的計算均適用但偏保守，開裂前，直線雙線性計算值更接近試驗值，開裂后使用規(guī)范計算公式更精確。

（三）抗彎剛度影響因素分析。通過分析開裂前后配筋率、預(yù)應(yīng)力度λ、混凝土強度等級對梁剛度的影響曲線，可以看出：開裂前，梁的剛度受各因素的影響不大，相對來說，混凝土強度等級對梁剛度的作用最大，其次是配筋率，幾乎不受預(yù)應(yīng)力度的影響，原因是此時梁的變形很小，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變有滯后，發(fā)揮的作用較小，預(yù)應(yīng)力筋對梁的抗彎剛度貢獻不大。開裂后，配筋率、預(yù)應(yīng)力度對剛度的影響作用很大，剛度隨配筋率的增大、預(yù)應(yīng)力度的提高而增大，混凝土強度等級對梁剛度影響較小。

三、結(jié)論

通過對12根雙高梁進行抗彎性能試驗，分析了現(xiàn)有剛度計算公式的適用性及幾個關(guān)鍵參數(shù)對梁抗彎剛度的影響，得到以下幾個基本結(jié)論：

（一）正常使用狀態(tài)下，雙高梁的抗彎剛度仍可用混凝土規(guī)范中的剛度公式或直線雙線性公司進行計算，鋼筋屈服后，兩種公式均不再適用。

（二）本試驗各構(gòu)件的跨中撓度試驗值小于兩種方法計算值，說明兩種方法都偏保守偏安全，將兩種計算方法進行比較發(fā)現(xiàn)，開裂前，直線雙線性方法計算值更接近試驗值，開裂后，按規(guī)范方法計算更精確。

（三）雙高梁，在開裂前，預(yù)應(yīng)力度對梁剛度幾乎沒有影響，梁剛度受混凝土強度等級及配筋率影響較小。開裂后，影響梁抗彎剛度的最大因素是預(yù)應(yīng)力度和配筋率，梁剛度隨著配筋率的增大、預(yù)應(yīng)力度的提高提高而增大，混凝土強度等級對剛度影響較小。