混凝土箱梁抗剪性能試驗研究.pdf

1、鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪強(qiáng)度問題一直是研究人員與工程師十分關(guān)心的問題，但對鋼筋混凝土構(gòu)件的剪切破壞機(jī)理的認(rèn)識還在不斷深入，各國規(guī)范中有關(guān)抗剪承載力計算大多采用半經(jīng)驗半理論公式，不同的理論模型、試驗數(shù)據(jù)及工程習(xí)慣導(dǎo)致各國規(guī)范公式之間存在較大差異。大跨混凝土橋梁結(jié)構(gòu)一般采用預(yù)應(yīng)力箱梁，而目前國內(nèi)外配筋混凝土梁的抗剪承載力計算公式主要建立在矩形、I形以及T形截面梁試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上。針對箱形截面梁抗剪承載力試驗及理論研究較少，通常只將箱形截面簡化成等

2、效工字形截面進(jìn)行計算。另外，大跨箱梁一般均采用三向預(yù)應(yīng)力體系，除縱向預(yù)應(yīng)力筋和頂板的橫向預(yù)應(yīng)力筋外，還配置有豎向預(yù)應(yīng)力筋，而目前鮮見針對配置豎向預(yù)應(yīng)力筋混凝土箱梁抗剪承載力的研究。
　　輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久是混凝土橋梁發(fā)展重點(diǎn)關(guān)注課題之一，高性能混凝土以其良好的材料性能有望為該課題提供有效的解決途徑，但目前國內(nèi)外學(xué)者對高性能混凝土梁受剪性能的試驗及理論研究較少。
　　本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金資助項目“基于高性能材料的特大跨徑混凝

3、土斜拉橋的結(jié)構(gòu)性能”(51078134)及教育部高校博士點(diǎn)基金項目“超高性能混凝土箱梁的受力性能及設(shè)計方法”(20120161110021)對混凝土箱梁，特別是配置豎向預(yù)應(yīng)力筋箱梁及高性能混凝土箱梁受剪性能進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以某鋼筋混凝土箱梁為原型，按截面主要尺寸基本相似的原則，制作了1∶10與1∶5兩種比例4片鋼筋混凝土試驗梁，研究了箱形截面梁與等效工字形截面梁抗剪性能的差異，并比較不同比例下模型試驗梁的尺

4、寸效應(yīng)。結(jié)果表明:箱梁抗剪承載力比等效工字形截面梁約低8.5％，利用等效工字形梁的公式進(jìn)行箱梁抗剪承載力計算可能偏于不安全;試件尺寸增加一倍，箱梁抗剪承載力試驗值與理論值之比降低3.9％，工字梁降低3.0％。采用基于修正壓力場理論的雙截面法、單截面法、簡化分析法、有限單元法對試驗梁抗剪承載能力進(jìn)行了分析，各方法計算值與試驗值之比的均值分別為0.92、0.88、0.81、0.97，說明以修正壓力場理論為基礎(chǔ)的分析方法可較好地計算箱形截面梁

5、的抗剪承載力。
　　(2)對2片配置HRB400級的豎向預(yù)應(yīng)力筋箱梁及4片配置高強(qiáng)豎向預(yù)應(yīng)力筋（1860級鋼絞線）工字梁進(jìn)行了受剪試驗，研究了豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉與不張拉，預(yù)應(yīng)力孔道灌漿與不灌漿，縱向預(yù)應(yīng)力的施加等因素對配置豎向預(yù)應(yīng)力筋混凝土梁抗剪性能的影響，對比分析了不同參數(shù)下試驗梁的破壞形態(tài)、裂縫行為、荷載-撓度關(guān)系、開裂荷載、抗剪承載能力、腹板平均應(yīng)變、混凝土平均應(yīng)變角及豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變等發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明:施加豎向預(yù)壓應(yīng)力可提

6、高腹板開裂荷載，并對抗剪承載力有積極貢獻(xiàn)，但如果豎向預(yù)應(yīng)力孔道灌漿不飽滿則會對抗剪承載力產(chǎn)生很大折減。剪切破壞時，無論是配置HRB400級豎向預(yù)應(yīng)力筋的箱梁還是配置高強(qiáng)豎向預(yù)應(yīng)力筋的試驗梁，豎向抗剪鋼筋是否張拉對加載過程中抗剪鋼筋應(yīng)變增量的影響較小，施加豎向預(yù)應(yīng)力主要通過使高強(qiáng)抗剪鋼筋強(qiáng)度得到充分發(fā)揮來提高其抗剪承載能力。考慮初始豎向預(yù)壓應(yīng)力影響，修正了壓力場理論的基本方程，提出了配置豎向預(yù)應(yīng)力筋混凝土梁抗剪承載力的計算方法，編制了相應(yīng)

7、的非線性分析程序，所提方法計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。
　　(3)通過對10片預(yù)應(yīng)力高性能活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)箱梁進(jìn)行荷載試驗，研究了配箍率、剪跨比等參數(shù)對RPC箱梁抗剪性能的影響，對比分析了不同參數(shù)下試驗梁的破壞形態(tài)、荷載-撓度關(guān)系、開裂荷載及抗剪承載能力、腹板主壓應(yīng)變角、箍筋應(yīng)變等的發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明:在室內(nèi)自然條件下養(yǎng)護(hù)，摻入體積摻量為2％鋼纖維的RPC立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)

8、110MPa，立方體劈裂強(qiáng)度約9MPa，彈性模量可達(dá)42000MPa;與普通混凝土梁類似，RPC箱梁抗剪承載力隨著配箍率增加而提高，抗剪承載力隨著剪跨比的增大而減小，臨界斜裂縫傾角均隨剪跨比增大而減小，由腹板平均應(yīng)變計測試得到的主壓應(yīng)變傾角可以較好地反映斜裂縫傾角的變化規(guī)律。隨著剪跨比的變化，RPC箱梁受剪同樣表現(xiàn)為斜拉、斜壓及剪壓的破壞形態(tài)。由于鋼纖維的摻入導(dǎo)致RPC試驗梁裂縫呈現(xiàn)“細(xì)而密”的特征。箱梁受剪時總是一側(cè)腹板首先開裂，但極