钢筋混凝土T型叠合梁静力性能试验研究
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Experim ental study on the static behavior of reinforced concrete com posite T-beam s
Yang Yunjun X ue W eichen ( Tong jiU niversity, Shangha i 200092, Ch ina)
目前, 国内外工业与民用建筑中采用的混凝土叠合 梁主要有以下三种形式: ¹ 预制梁上现浇混凝土板 ( 图 1( a) ), 它的特点是整体性好, 但由于需支设模板, 施工 速度优势不明显; º全预制板搭在预制梁边缘, 并通过
# 2#
土木工程学报
预制梁上部后浇混凝土连接成整体 ( 图 1( b) ), 这种叠 合梁的施工速度快, 但整体性较差; »预制板搁在预制 梁边缘, 通过预制梁和预制板上的后浇混凝土连接形成 整体 (图 1( c) ), 这种梁的优点是整体性较好、施工速 度较快, 不足之处在于预制板之间无连接或者仅通过在 拼缝上方设置钢丝网拉结, 截面整体性稍差。相比而 言, 形式三在实际工程中的应用较广。
201 0 年
本文在图 1( c) 形式三的基础上, 提出了两种改进 后的钢筋混凝土叠合梁 ( 图 2), 其主要特点在于: ¹ 叠 合梁由预制梁、预制板和现浇板三部分组成, 其中叠合 梁一采用倒 T 型预制梁, 施工时预制板两端可直接支撑 在预制梁上, 减少了临时支撑的布置, 而叠合梁二中的 预制梁截面为矩形, 施工时预制板仅少许长度搁置在预 制梁上, 需在板两端设置临时支撑; º预制板可作为上 部现浇板的模板, 能节省大量模板和支撑, 减少现场湿 作业和施工扰民, 提高施工速度, 具有良好的经济和社 会效益; »为提高预制与现浇混凝土之间的整体性, 在 预制梁顶预留外伸箍筋至叠合层, 并对预制梁、板的表 面做了拉毛处理, 其中预制梁的叠合面做成凹凸不小于 6mm 的 自然粗 糙面, 预制板 表面处 理成凹凸 不小于 4mm 的人工粗糙面; ¼ 在沿梁跨度方向的预制板拼缝 处设置垂直于拼缝的拉结筋 (拉结筋的配置按 / 拉力对 等 0的原则, 即拉结筋所能承受的总拉力与拼缝一侧预 制板底纵筋可承担的总拉力相等 ) , 以改善拼缝两侧预 制板之间的整体工作效果 (图 2( c) )。
Abstract: Two types o f ful-l scale re inforced concrete composite T-beam s are stud ied: Com posite Beam One comprises precast inverted T-beam, precast slab and cas-t in-place ( CIP) slab, while Composite Beam Tw o consists of precast rectangular beam, precast slab and C IP slab. Mono tonic tests are conducted on the two types of beam s and a CIP control specmi en to invest igate the failure mode, the slips betw een precast beam and precast slab, and between precast slab and CIP slab, mono lithic action of the entire cross section, positive and negative flexural strengths of norm al section and displacem ent ductility, etc. T he results indicated that both of the composite beam s and the C IP control specmi en fa iled in bending. P lane section isma intained in the composite beam s throughout the testing process. The m easured slips betw een precast beam and precast slab, and betw een precast slab and CIP slab are less than 0. 15mm and 0. 09mm under the peak load, respectively, revealing the effectiveness of the m easures for horizontal shear resistance at the com bined interface of composite beam s. T he flexural streng th o f norm al section of composite beam s is 4% ~ 12% low er than that of the CIP contro l specmi en. A ll specmi ens exh ibited good ductility, w ith the disp lacement ductility factor larger than 6. 0, and the d isplacem ent duct ility of the composite beam s is about 1% ~ 15% low er than that of the CIP contro l specmi en. In genera,l the overall behaviors of the tw o types of composite beam s are smi ilar to those of the C IP control specmi en, and can m eet the design requ irem en.t K eyword s: re inforced concrete com posite T-beam; m onoton ic load ing; failure m ode; f lexura l streng th o f norm al section; disp lacem ent ductility; slip E-m ai:l xuew c@ m a i.l tong j.i edu. cn
力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性能指标
立方体抗压强度 f cu 棱柱体抗压强度 fc
总体而言, 迄今国内外对钢筋混凝土叠合梁的静 力性能已进行了较多的研究, 但仍存在以下 问题: ¹ 已有的叠合梁正截面抗弯性 能研究几乎都是针对矩 形截面梁, 对 T 型 叠合梁 正截面 抗弯 性能的 研究很 少; º对于改善预制板之间连接效果的构造措施研究 几乎为空白等。因此, 本文开展了两种钢筋混凝土 T 型叠合梁和现浇对比梁在单 调荷载下的足尺模型试 验, 对叠合梁的破坏 形态、预制梁与预 制板之间和预 制板与现浇板之间的滑移、截面整体工作性 能、正截 面抗弯承载力及位移延性等进行了较系统的研究。
引言
混凝土叠合梁是在预制梁 ( 板 ) 上后 浇混凝土而 形成 的一种装 配整体式 混凝土梁 [ 1] , 它 具有整体 性
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 50878167) 作者简介: 杨云俊, 硕士研究生 收稿日期: 2008-10-13
好、施工速度快、综合经济效益显著等优点, 近年来在 工业与民用建筑、水 利水电工程、道桥 及港口工程等 领域的应用日益广泛。
( a) 叠合梁一
自上世纪 50年代以来, 欧美等国以及我国已对钢 筋混凝土叠合梁在单调荷载 下的受力性能进行了较 深入的研究。美国 AC I学会 333委员会于上世纪 60 年代提出了 / 建筑用组合梁设计暂行建议 0[ 2 ] 。文献 [ 3-5] 对钢筋混凝土叠合梁的正截面受力性能进行了 试验研究, 结果表明: 一次受力叠合梁 的正截面受力 性能与现浇梁的接近, 而二次受力使叠合梁的变形和 裂缝宽度较明显地增加, 但对其正截面抗弯承载力的 影响较小。文献 [ 6] 的研究表明: 钢筋混凝土叠合梁 的正截面抗弯承载力可按现浇梁的公式计算。另外, 自上世纪 60年代以来, 国内外开展了较多的叠合面受 剪性能研究 , [ 7-11] 研究表明, 叠合面抗剪强度主要与叠 合面粗糙程度、配箍 率、混凝土强度等 级以及剪跨比 等因素有关, 其中叠合面粗糙程度和配箍率的影响最 为明显。关于叠合面抗剪承载力的计算方法问题, 国 内外 已 开 展 了一 些 研 究 工 作, 提 出 了 几 种计 算 公 式 , [ 12-14] 但在工程设计 中, 国内外规范 一般通过限定 最小配箍率、对叠合面做拉毛处理等构造措施来保证 叠合面的抗剪承载能力 [ 13-14] 。
现浇及预制混凝土强度等级均为 C40, 梁纵筋及预 制板拼缝拉结筋为 HRB335, 箍筋、板纵筋及分布筋均采 用 H PB235级钢筋。全部试件均在上海市建筑制品有 限公司第三构件厂制作。钢筋的实测力学性能见表 1, 试验时预制和现浇混凝土的实测力学性能见表 2。
表 2 混凝土实测力学性能指标 (M Pa) T ab le 2 M echan ica l prop er ties of con cre te(M Pa)
第 43卷第 3期 2 0 1 0年 3月
土木工程学报
CH INA C IV IL ENG INEER ING JOURNAL
V o.l 43 M ar.
N o. 3 2 01 0
钢筋混凝土 T型叠合梁静力性能试验研究
杨云俊 薛伟辰
( 同济大学, 上海 200092)
摘要: 本文研究的钢筋混凝土 T 型叠合梁包括两种, 其中叠合梁一由倒 T 型预制梁、预制板和现浇板组成, 叠合梁 二 由矩形预制梁、预制板和现浇板组成。进行了两种叠合梁及现浇对比梁在单调荷载下的足尺模型试验, 对叠合梁的 破 坏形态、预制梁与预制板之间和预制板与现浇板之间的滑移、截面整体工作性能、正截面受弯承载力与位移延性等 进 行了研究。研究表明: 叠合梁与现浇梁均发生了弯曲破坏; 在受力全过程中, 叠合梁的截面应变分布满足平截面假 定 的要求; 峰值荷载作用下, 叠合梁中实测的预制梁与预 制板之间和 预制板与现 浇板之间 的滑移分别 小于 0. 15mm 和 0. 09mm, 表明本文采取的叠合面抗剪构造措施是有效的; 叠合梁的正截面受弯承载力较相应的现浇梁低 4% ~ 12% ; 3 个试件都具有良好的延性特性, 其位移延性系数均大于 6. 0, 且叠合梁的位移 延性较现浇梁的低 1% ~ 15%。研究 结 果表明, 本文研究的两种钢筋混凝土 T 型叠合梁与现浇对比梁的总体性能均较为接近, 均可满足工程设计要求。 关键词: 钢筋混凝土 T 型叠合梁; 单 调荷载; 破坏形态; 正截面抗弯承载力; 位移延性; 滑移 中图分类号: TU 375. 1 文献标识码: A 文章编号: 1000-131X ( 2010) 03-0001-07
第 43卷 第 3期
杨云 俊等 # 钢筋混凝土 T 型叠合梁静力性能试验研究
# 3#
1 试验设计
1. 1 试件设计 设计了 3个 足尺梁 试件, 编 号分 别为 PCB - 1、
PCB- 2和 RCB - 1。其中 PCB - 1和 PCB - 2为两种 钢筋混凝土 T 型叠合梁 ( 简称叠合梁一、叠合梁二 ) , RCB - 1为现浇对比梁。试件的长度均为 6300mm, 跨 度 L 为 4500mm, 施工图见图 3, 梁、板的混凝土保护层 厚度分别为 25mm, 15mm, 预制板 矩形预留槽的 长 @ 宽 @深约为 600mm @ 40mm @ 20mm。
Yang Yunjun X ue W eichen ( Tong jiU niversity, Shangha i 200092, Ch ina)
目前, 国内外工业与民用建筑中采用的混凝土叠合 梁主要有以下三种形式: ¹ 预制梁上现浇混凝土板 ( 图 1( a) ), 它的特点是整体性好, 但由于需支设模板, 施工 速度优势不明显; º全预制板搭在预制梁边缘, 并通过
# 2#
土木工程学报
预制梁上部后浇混凝土连接成整体 ( 图 1( b) ), 这种叠 合梁的施工速度快, 但整体性较差; »预制板搁在预制 梁边缘, 通过预制梁和预制板上的后浇混凝土连接形成 整体 (图 1( c) ), 这种梁的优点是整体性较好、施工速 度较快, 不足之处在于预制板之间无连接或者仅通过在 拼缝上方设置钢丝网拉结, 截面整体性稍差。相比而 言, 形式三在实际工程中的应用较广。
201 0 年
本文在图 1( c) 形式三的基础上, 提出了两种改进 后的钢筋混凝土叠合梁 ( 图 2), 其主要特点在于: ¹ 叠 合梁由预制梁、预制板和现浇板三部分组成, 其中叠合 梁一采用倒 T 型预制梁, 施工时预制板两端可直接支撑 在预制梁上, 减少了临时支撑的布置, 而叠合梁二中的 预制梁截面为矩形, 施工时预制板仅少许长度搁置在预 制梁上, 需在板两端设置临时支撑; º预制板可作为上 部现浇板的模板, 能节省大量模板和支撑, 减少现场湿 作业和施工扰民, 提高施工速度, 具有良好的经济和社 会效益; »为提高预制与现浇混凝土之间的整体性, 在 预制梁顶预留外伸箍筋至叠合层, 并对预制梁、板的表 面做了拉毛处理, 其中预制梁的叠合面做成凹凸不小于 6mm 的 自然粗 糙面, 预制板 表面处 理成凹凸 不小于 4mm 的人工粗糙面; ¼ 在沿梁跨度方向的预制板拼缝 处设置垂直于拼缝的拉结筋 (拉结筋的配置按 / 拉力对 等 0的原则, 即拉结筋所能承受的总拉力与拼缝一侧预 制板底纵筋可承担的总拉力相等 ) , 以改善拼缝两侧预 制板之间的整体工作效果 (图 2( c) )。
Abstract: Two types o f ful-l scale re inforced concrete composite T-beam s are stud ied: Com posite Beam One comprises precast inverted T-beam, precast slab and cas-t in-place ( CIP) slab, while Composite Beam Tw o consists of precast rectangular beam, precast slab and C IP slab. Mono tonic tests are conducted on the two types of beam s and a CIP control specmi en to invest igate the failure mode, the slips betw een precast beam and precast slab, and between precast slab and CIP slab, mono lithic action of the entire cross section, positive and negative flexural strengths of norm al section and displacem ent ductility, etc. T he results indicated that both of the composite beam s and the C IP control specmi en fa iled in bending. P lane section isma intained in the composite beam s throughout the testing process. The m easured slips betw een precast beam and precast slab, and betw een precast slab and CIP slab are less than 0. 15mm and 0. 09mm under the peak load, respectively, revealing the effectiveness of the m easures for horizontal shear resistance at the com bined interface of composite beam s. T he flexural streng th o f norm al section of composite beam s is 4% ~ 12% low er than that of the CIP contro l specmi en. A ll specmi ens exh ibited good ductility, w ith the disp lacement ductility factor larger than 6. 0, and the d isplacem ent duct ility of the composite beam s is about 1% ~ 15% low er than that of the CIP contro l specmi en. In genera,l the overall behaviors of the tw o types of composite beam s are smi ilar to those of the C IP control specmi en, and can m eet the design requ irem en.t K eyword s: re inforced concrete com posite T-beam; m onoton ic load ing; failure m ode; f lexura l streng th o f norm al section; disp lacem ent ductility; slip E-m ai:l xuew c@ m a i.l tong j.i edu. cn
力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性能指标
立方体抗压强度 f cu 棱柱体抗压强度 fc
总体而言, 迄今国内外对钢筋混凝土叠合梁的静 力性能已进行了较多的研究, 但仍存在以下 问题: ¹ 已有的叠合梁正截面抗弯性 能研究几乎都是针对矩 形截面梁, 对 T 型 叠合梁 正截面 抗弯 性能的 研究很 少; º对于改善预制板之间连接效果的构造措施研究 几乎为空白等。因此, 本文开展了两种钢筋混凝土 T 型叠合梁和现浇对比梁在单 调荷载下的足尺模型试 验, 对叠合梁的破坏 形态、预制梁与预 制板之间和预 制板与现浇板之间的滑移、截面整体工作性 能、正截 面抗弯承载力及位移延性等进行了较系统的研究。
引言
混凝土叠合梁是在预制梁 ( 板 ) 上后 浇混凝土而 形成 的一种装 配整体式 混凝土梁 [ 1] , 它 具有整体 性
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 50878167) 作者简介: 杨云俊, 硕士研究生 收稿日期: 2008-10-13
好、施工速度快、综合经济效益显著等优点, 近年来在 工业与民用建筑、水 利水电工程、道桥 及港口工程等 领域的应用日益广泛。
( a) 叠合梁一
自上世纪 50年代以来, 欧美等国以及我国已对钢 筋混凝土叠合梁在单调荷载 下的受力性能进行了较 深入的研究。美国 AC I学会 333委员会于上世纪 60 年代提出了 / 建筑用组合梁设计暂行建议 0[ 2 ] 。文献 [ 3-5] 对钢筋混凝土叠合梁的正截面受力性能进行了 试验研究, 结果表明: 一次受力叠合梁 的正截面受力 性能与现浇梁的接近, 而二次受力使叠合梁的变形和 裂缝宽度较明显地增加, 但对其正截面抗弯承载力的 影响较小。文献 [ 6] 的研究表明: 钢筋混凝土叠合梁 的正截面抗弯承载力可按现浇梁的公式计算。另外, 自上世纪 60年代以来, 国内外开展了较多的叠合面受 剪性能研究 , [ 7-11] 研究表明, 叠合面抗剪强度主要与叠 合面粗糙程度、配箍 率、混凝土强度等 级以及剪跨比 等因素有关, 其中叠合面粗糙程度和配箍率的影响最 为明显。关于叠合面抗剪承载力的计算方法问题, 国 内外 已 开 展 了一 些 研 究 工 作, 提 出 了 几 种计 算 公 式 , [ 12-14] 但在工程设计 中, 国内外规范 一般通过限定 最小配箍率、对叠合面做拉毛处理等构造措施来保证 叠合面的抗剪承载能力 [ 13-14] 。
现浇及预制混凝土强度等级均为 C40, 梁纵筋及预 制板拼缝拉结筋为 HRB335, 箍筋、板纵筋及分布筋均采 用 H PB235级钢筋。全部试件均在上海市建筑制品有 限公司第三构件厂制作。钢筋的实测力学性能见表 1, 试验时预制和现浇混凝土的实测力学性能见表 2。
表 2 混凝土实测力学性能指标 (M Pa) T ab le 2 M echan ica l prop er ties of con cre te(M Pa)
第 43卷第 3期 2 0 1 0年 3月
土木工程学报
CH INA C IV IL ENG INEER ING JOURNAL
V o.l 43 M ar.
N o. 3 2 01 0
钢筋混凝土 T型叠合梁静力性能试验研究
杨云俊 薛伟辰
( 同济大学, 上海 200092)
摘要: 本文研究的钢筋混凝土 T 型叠合梁包括两种, 其中叠合梁一由倒 T 型预制梁、预制板和现浇板组成, 叠合梁 二 由矩形预制梁、预制板和现浇板组成。进行了两种叠合梁及现浇对比梁在单调荷载下的足尺模型试验, 对叠合梁的 破 坏形态、预制梁与预制板之间和预制板与现浇板之间的滑移、截面整体工作性能、正截面受弯承载力与位移延性等 进 行了研究。研究表明: 叠合梁与现浇梁均发生了弯曲破坏; 在受力全过程中, 叠合梁的截面应变分布满足平截面假 定 的要求; 峰值荷载作用下, 叠合梁中实测的预制梁与预 制板之间和 预制板与现 浇板之间 的滑移分别 小于 0. 15mm 和 0. 09mm, 表明本文采取的叠合面抗剪构造措施是有效的; 叠合梁的正截面受弯承载力较相应的现浇梁低 4% ~ 12% ; 3 个试件都具有良好的延性特性, 其位移延性系数均大于 6. 0, 且叠合梁的位移 延性较现浇梁的低 1% ~ 15%。研究 结 果表明, 本文研究的两种钢筋混凝土 T 型叠合梁与现浇对比梁的总体性能均较为接近, 均可满足工程设计要求。 关键词: 钢筋混凝土 T 型叠合梁; 单 调荷载; 破坏形态; 正截面抗弯承载力; 位移延性; 滑移 中图分类号: TU 375. 1 文献标识码: A 文章编号: 1000-131X ( 2010) 03-0001-07
第 43卷 第 3期
杨云 俊等 # 钢筋混凝土 T 型叠合梁静力性能试验研究
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1 试验设计
1. 1 试件设计 设计了 3个 足尺梁 试件, 编 号分 别为 PCB - 1、
PCB- 2和 RCB - 1。其中 PCB - 1和 PCB - 2为两种 钢筋混凝土 T 型叠合梁 ( 简称叠合梁一、叠合梁二 ) , RCB - 1为现浇对比梁。试件的长度均为 6300mm, 跨 度 L 为 4500mm, 施工图见图 3, 梁、板的混凝土保护层 厚度分别为 25mm, 15mm, 预制板 矩形预留槽的 长 @ 宽 @深约为 600mm @ 40mm @ 20mm。