HRBF500钢筋混凝土偏压柱裂缝宽度试验(精)

HRBF500钢筋混凝土偏压柱裂缝宽度试验*张 伟1耿树江1朱建国1江 涛1王命平2(11中冶建筑研究总院有限公司,北京 100088;21青岛理工大学,山东青岛 266033)摘 要:对9根500MPa 级细晶粒钢筋混凝土偏压柱及1根HRB400钢筋混凝土偏压柱进行对比试验,观察试件的裂缝发展过程和破坏形态。

对500MPa 级细晶粒钢筋混凝土偏压构件裂缝宽度间距的实测值及现行规范公式计算值的比较表明,实测值小于按规范公式计算值,满足规范要求,但规范公式计算结果偏大;偏压构件裂缝宽度小于受弯构件,构件受力状态对裂缝宽度产生影响;由建议公式计算结果表明,偏压构件与受弯构件裂缝宽度计算具有相同的可靠度。

关键词:500MPa 级细晶粒钢筋;偏压柱;裂缝宽度;裂缝间距EXPERIMENTAL RESEARCH ON CRACK WIDTH ON REINFORC ED CONCRETEBIAS C OLUMN WITH HRBF500Zhang Wei 1 Geng Shujiang 1 Zhu Jianguo 1 Jian g Tao 1 Wang M ingping 2(11Central Research Institu te of Building and Cons truction of MCC Group,Beijing 100088,China;21College of Civil Engineering Qingdao Technological Universi ty,Qingdao 266033,China)Abstract :Based on the experi ments of nine bias columns with 500MPa fine grain bars and one column wi th HRB400bars,it was observed that the test .development of the crack and failure mode.Through the analysis of the experimen tal results 500MPa Fine -grained bias columns .crack width and spacing of the measured values are compared with the calculation resul ts by the code formula.The results show that the measured value that can meet the requirements is less than the one calculated in accordance wi th existing norms,but the calculated values of crack width in accordance wi th the norm is greater.The crack width of the bias component is smaller than bending members,components by the stress state impact the crack width;calculation results of crack width by the proposed formula show that the bias componen t and bending members have the same reliability.Keywords :500MPa fine grain bar;bias column;crack width;crack spacing*国家863计划资助项目(2007AA03Z550)。

第一作者:张伟,男,1985年4月出生,硕士研究生。

E-mail:duanmupiaoxiang@收稿日期:2009-03-01目前,在发达国家500MPa 钢筋已被普遍采用,然而在我国主要是以低强度钢筋为主,由此造成资源的极大浪费。

500MPa 级细晶粒钢筋(HRBF)以其高强度、节省能源、节省资源等特点,已被纳入我国钢筋混凝土用钢标准GB 149912)20075钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋6中,但因缺乏相应的钢筋混凝土构件试验研究,而未将细晶粒高强钢筋纳入GB 50010)20025混凝土结构设计规范6。

为尽快使我国混凝土结构用钢筋与发达国家接轨,推广500MPa 级细晶粒钢筋在工程中的应用,因此进行500MPa 级细晶粒钢筋混凝土偏压构件的承载力及裂缝宽度试验十分必要。

1 试验方案111 试件设计试件为钢筋混凝土偏压柱,柱的尺寸、混凝土强度及配筋情况见图1及表1。

试验所用500MPa 级细晶粒钢筋为抚顺新钢铁有限公司产品,实测钢筋强度及强度参数见表2。

112 加载方案本次试验所用加载设备如图2所示,在试验测试过程中,钢筋与混凝土的应变测量采用DH3815N 静态应变测试系统进行数据采集,裂缝宽度采用DJC K-2裂缝测宽仪测定,挠度由百分表测定,并辅助手持式应变仪采集数据。

主加载设备采用5000kN 压力试验机,支座及加荷处均加设300mm @250mm @25mm 的钢垫板,为防止端部局22 Industrial Construction Vol 139,No 111,2009工业建筑 2009年第39卷第11期压,在牛腿处加设5道钢筋网片。

按照分级加荷制度进行偏压柱的单调静力加载试验,同时在每级荷载稳定后测定每级荷载作用下构件的裂缝间距、宽度、挠度、钢筋和混凝土的应变及手持式应变仪的读数。

表1 试件尺寸、混凝土强度及配筋参数Table 1 The size,concrete strength and steel parameters of the specimens试件编号b P mm h P mm e 0P mm c P mm A sA svA c s纵筋配筋率Q P %MPa f s cu P MPa PY-1250350270353F 16<8@1503F 1611384310PY-2250350130403F 12<8@1503F 1201774310PY-3250350270352F 16<8@1502F 1601924310PY-4250350270303F 16<8@1503F 1611382612PY-5250350270353F 16<8@1003F 1611386719PY-6250350285353F12<8@753F1201774310PY-725035027035316<8@15031611384310PY-8300400190373F 25<8@1003F 2531374310PY-9300400100373F 25<8@1003F 2531374310PY-1025035080372F25<8@1002F2521244310注:PY 表示偏压;试件PY-7为对比柱;c 表示混凝土保护层厚度;f2cu 表示实测边长150mm 边长立方块混凝土强度,为HRB400钢筋,F为HRBF500钢筋。

1)应变仪测点;2)应变片图1 试件配筋Fi g.1 The diagra m of speci men steel bars1)试件;2)刀口式支座;3)应变仪测点;4)挠度计;5)钢垫板;6)支架图2 加载示意Fig.2 The loading diagram表2 钢筋强度参数Table 2 The strength value of steel bars钢筋类别直径<P mm 实测屈服点R s P MPa 实测极限强度R b P MPa 屈服强度标准值f yk P MPa 设计强度f y P MPa 伸长率D 5P %弹性模量E s P 105MPa HRBF500125071363715500450271521027HRBF500165011764817500450251411967HRBF500255201769511500450261821013HRB400164231354616400360261821015注:表中500MPa 级细晶粒钢筋f y =450MPa 为本文暂定值。

2 试验结果和分析211 试件破坏形态及裂缝发展特点1)试件PY-1、PY-2、PY-3、PY-4、PY-5、PY -6、PY-7均为大偏心受压而破坏,图3为其中一根构件PY-2的裂缝分布图,图4为试验构件的荷载-平均裂缝宽度关系曲线。

构件裂缝发展过程可分为以下几个阶段:a 1开裂前阶段:在试验过程中,随荷载N 的增加,从荷载-钢筋应变、荷载-混凝土应变曲线看,应变增长近似为直线,此时钢筋、混凝土应力较小,钢筋及混凝土的应变增长亦很稳定,构件表现为弹23HRBF500钢筋混凝土偏压柱裂缝宽度试验)))张 伟,等图3试件PY-2裂缝示意Fig.3The crac k diagram of PY-21)PY-1;2)PY-2;3)PY-3;4)PY-4;5)PY-5;6)PY-6;7)PY-7;8)PY-8图4荷载-平均裂缝宽度关系曲线Fig.4Load-the average crack width curve性变形特征,当纵向压力N增大到开裂荷载N cr时,首先在受拉边出现2~5条水平裂缝,初始裂缝宽度均在0101~0102mm,长度均在115~5cm。

b1带裂缝工作阶段:当N继续增大时,受拉边的裂缝随着荷载的增大,裂缝条数也增多,裂缝基本等间距出现,与受拉钢筋的轴线垂直相交,并且新裂缝一旦出现即有一定的高度,一般可达截面高度的1P3或者更高,平均最小裂缝间距415cm,平均最大裂缝间距16c m,形成一条或几条主要水平裂缝,N 达到(0155~0165)N u时,主要的裂缝已经出齐,随着纵向压力N的逐渐增加主要水平裂缝扩展较快,裂缝宽度逐渐增大到0116~0122mm,并且裂缝的深度逐渐向受压区方向延伸扩展,受压区高度逐渐减小。

从混凝土应变看,随着荷载的增大,中和轴明显上升,由于受拉区部分混凝土退出工作,开裂部分混凝土承受的拉力传递给钢筋,钢筋应变有突变现象,特别是在配筋率较低时更为明显。

此阶段虽然荷载-钢筋应变、荷载-混凝土应变曲线为曲线段,但试件总的变形较为稳定,裂缝发展处于稳定时期,构件处于带裂缝工作阶段,且受力性能稳定。

c1破坏阶段:随着荷载的继续增大,受拉钢筋的应力首先达到屈服强度,进入流幅阶段,裂缝发展很快,继续加荷,钢筋应力不变但应变增大,压区混凝土的应变增大,受压区混凝土出现纵向裂缝;当N达到破坏荷载N u时,受压边缘的混凝土达到极限压应变,受拉裂缝中的一条或几条突然明显增宽,并往上升,压区水平裂缝增多且与受拉主裂缝相汇,压区形成一个三角形破坏区,混凝土被压酥剥落,试件的承载力下降很快而不能继续承载,试件破坏,受拉裂缝最后发展长度一般在18~25c m。