浅析混凝土梁弹塑性阶段弯曲性能

浅析混凝土梁弹塑性阶段弯曲性能

摘要：本文主要针对混凝土结构梁进行制作及试验模拟，通过对混凝土结构梁

进行弯曲试验，检验梁的弯曲性能。通过试验数据及混凝土梁的变形产生的裂缝，分析其弹塑性阶段变化，同时对混凝土梁各类裂缝进行分析控制，以便更好地运

用到实际工程。

关键词：混凝土梁；试验；裂缝；弯曲性能；弹塑性阶段

1 研究背景

随着我国城市化迅猛发展，建筑业成为我国各行业的领跑者。其中，混凝土结构建筑在

我国乃至世界范围内都广泛使用，研究混凝土结构性能对于混凝土结构设计及现场施工愈发

重要，本文主要针对混凝土结构梁的试验、受力性能分析及应用展开分析。

2 试验概况

2.1 材料及力学性能

本次试验地点位于某项目实验室。试验设计混凝土梁为1200mm（长）×200mm（高）

×100mm（宽）。试验梁配合比为水泥：砂：水：纤维=0.43：0.2：0.35：0.02（体积比）。

所用原材料为刚拆封水泥（理论质量37.15kg，实际质量37.2kg），细沙（理论质量17.388kg，实际质量16.5kg），自来水（理论质量12.24kg，实际质量12.225kg）和纤维（理论质量

0.9kg，实际质量0.9kg）。理论质量与实际质量略有偏差，但误差在5%以内，可忽略不计。

混凝土强度取于试验梁同条件制作并养护的标准立方体试块的抗压强度。

2.2 试件制作

本试件采用纤维（PVA）的素混凝土梁，总体积0.024立方米，各参数如表所示。

2.3 梁的制作步骤

（1）在试模内表面涂一薄层矿物油或其他不与混凝土反应的脱模剂，并且在试模底部

放置一纸片。

（2）在实验室搅拌混凝土时，其量应以质量计量单位，水泥渗透料，水泥和外加剂为

±0.5%，骨料为±1%。

（3）取样，将试验搅拌的混凝土尽快一次装入试模，在装料时，沿着试模四周插捣。

（4）插捣

混凝土拌合物应分两层装入模内，每层的装料厚度大致相等。插捣应按螺旋方向从边缘

向中心均匀进行。在插捣底层混凝土时，捣棒应达到试模底部；插捣应贯穿上层后入下层20～30mm；插捣时捣棒应保持垂直，不得倾斜，然后应用抹刀沿模内壁插拔数次。插捣后

应使用橡皮锤轻轻的敲击四周，直至插捣棒留下的空洞消失为止。刮除试模上方多余的混凝土，至混凝土临近初凝时，使用抹刀抹平表面，插捣后，应用橡胶锤敲击试模四周，直至插

捣留下的空隙消失为止。

（5）养护

混凝土的养护方式有自然养护和加热养护两种：现浇混凝土通常采用自然养护；在养护

期内，严禁任何人在上面行走或安装模板支架，禁止冲击性的劈打的操作。

2.4 混凝土裂缝控制措施

（1）混凝土的裂缝控制是一个难题，在结构梁中不仅要考虑混凝土表面由于失水过快

引起的干缩裂缝，还必须考虑到混凝土因内外温差过大引起的温度裂缝，本工程根据《高层

建筑施工手册》计算方法计算，混凝土表面温度与大气温度之差满足规定要求，故而靠模板

保温就能保证结构梁不产生温度裂缝。

（2）对于干缩裂缝应采取从原材料、外加剂、混凝土的配制、浇筑、养护等一系列措

施加以解决。混凝土内掺水泥用量10%的膨胀剂，以补偿混凝土凝结时的收缩。为防止温度

裂缝，在混凝土中加减水剂，减少水泥用量，降低水化热。

（3）控制混凝土坍落度。施工中要求在满足泵送的基础上尽量用小值，现场实测混凝

土坍落度不大于150mm。为防止混凝土沉降而产生的塑性裂缝，在梁柱相交的核心区混凝土浇筑完毕约l～1.5h后并在初凝前，用直径为35mm的振动棒二次振捣，加强混凝土密实度，提高其抗裂性。

（4）楼板混凝土表面应抹光压实，以避免水分大量蒸发而引起收缩裂缝。加强养护措施。混凝土浇筑完毕后，在楼面密铺麻袋，保持湿润。并应重点注意大梁侧模的保水工作。

大梁混凝土浇筑完毕后3d内禁止拆侧模，3d后拆除侧模，混凝土表面应保持湿润。保证混

凝土处于潮湿状态养护14d。

3 加载及测量方法及结果分析

3.1 加载及测量方法

目前常用加载装置无论是杠杆加载法、重物加载法还是反力架加载法，受拉区皆位于试

验梁下部，并且产生的裂缝分布于梁底侧面不利观测梁弯曲的现象，为克服上述困难，本试

验采用反力加载装置。该装置使试验梁受拉区位于上部。在梁外部贴应变片，连接好通路导线，放置位移计，监测加载受力变形。

试验的梁长度1200mm，支座中心到梁端距离为75mm，纯弯段长350mm，采用三分点

单调分级加载。加载按照GB规定。由于梁内无钢筋，我们暂时加的最高的荷载只能到30KN。

图1 混凝土梁裂缝图2 混凝土梁加载机器

3.4 弹塑性分析

（1）抗裂阶段，荷载效应较小，梁下部边缘的混凝土没有达到其抗拉强度极限值，此

时梁处于弹性阶段；

（2）开裂阶段，随荷载效应逐渐增大，梁下部边缘处混凝土超过其抗拉强度极限值而

产生开裂，拉应力则全部由钢筋承担，此时梁处于弹塑性阶段。混凝土梁上部受压区的应力

分布图形由三角形变向u形变化，处于工程正常使用阶段；

（3）极限阶段，荷载效应增大，梁下部边缘混凝土裂缝继续进行发展，中和轴上升，梁上部受压区的应力分布图形由塑性向着矩形发展，此时，梁最不利的正截面承载能力达到最大。

4 实际工程中混凝土梁的受压分析

钢筋混凝土梁在承受荷载初期时，会在梁跨中下方开始出现微裂缝，此时拉力由钢筋承载。我们在工程中配置适筋梁，其受压破坏的主要形态就是斜压破坏。在这种破坏形态中，靠近支座处的构件腹部首先会出现若干条大体平行的斜裂缝，梁腹部被分割成几个倾斜的压柱体，随着荷载的增大，过大的主压应力将构件腹部混凝土压碎而产生破坏。因此斜压破坏又被称之为腹板压坏，其破坏时箍筋往往并未屈服。基于这种破坏特点，可采用限制截面尺寸的方法防止其发生。

5 结束语

本文主要通过试验研究混凝土结构梁在弹性阶段、弹塑性阶段及塑性阶段的受力状态；钢筋混凝土梁横向受力裂缝主要在正常使用极限状态内，纯弯段内裂缝出现时的负荷水平为极限承载力的1/3。基于此，实际工程应用中混凝土结构梁中应包含适量钢筋以保证混凝土梁达到适筋状态。

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