钢筋混凝土梁配筋计算与静荷载作用下抗弯试验研究

　　摘  要：钢筋混凝土梁的配筋采用理论计算与工程经验相结合方式施工，缺少理论计算与试验验证相结合的施工方法。对此，依据设计规范对净跨度为2.4m的梁进行设计和配筋计算，按照计算结果设置不同配筋率混凝土梁试件进行抗弯试验。试验结果表明不同配筋率混凝土梁在荷载作用下发生破坏时荷载大小不同，配筋率高其抵抗荷载破坏值大。低配筋率混凝土梁受弯破坏时裂缝少，高配筋率裂缝数增加，配筋率可影响梁破坏的延缓性。设计的混凝土梁试件中配筋率为0.5%时梁所能承受的抗弯性最好。 　　关键词：钢筋混凝土梁;配筋;裂缝;抗弯试验; 　　中图分类号：TU241      文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）32-0155-03 　　Study of bending resistance by the dead load of reinforced concrete beam and with steels for calculation 　　Zhangli Sisi，Yang Jinglin，Sun Tao，Liang Songhu 　　（1.Orient Science & Technology College， Hunan Agricultural University，410128，Changsha 　　2.College of Engineering，Hunan Agricultural University，410128，Changsha） 　　Abstract：Reinforced concrete beam was used to construction by the theoretical calculation and engineering experience， but lack of theoretical calculation combine with test verification. on this problem， we according the standard of concrete design to do concrete beam tests which span was 2.4m， using the calculation results of reinforcement ration to do a bending resistance experiment. The experiment results show that different reinforcement ration of beams have different carrying capacity， the high reinforcement ration can resist more loads. In addition the experiment indicates lower than the lowest limits of reinforcement ration 21.4% and higher than it 78.6% this beams damage occurred. Lower reinforcement ratio beams when damage by the dead load which has fewer cracks， in contrast is more， therefore the beam slow damage was effected by reinforcement ratio. The design of reinforcement ratio was 0.5% the beam have the best performance of bending resistance. 　　Key words：reinforcement concrete beam; reinforcement ratio; crack; bending test 　　1  概  述 　　钢筋混凝土梁是现代建筑中常见的建筑构件，是将混凝土抗压性能强和钢筋抗拉强度高等特征结好起来，因此钢筋混凝土梁能够承受荷载作用下内部产生的拉应力和压应力。房屋建筑工程中钢筋混凝土梁一般承受由上部构件传来的静荷载作用[1-3]。在进行钢筋混凝土结构设计时根据建筑上部传给梁的荷载，按梁所能承受该荷载作用下极限状态进行配筋。钢筋混凝土梁承受荷载作用达到极限破坏状态与梁横截面类型、大小、混凝土强度、钢筋强度等多因素相关[4-6]。钢筋混凝土梁的破坏形式有少筋破坏、适筋破坏和超筋破坏。其中少筋破坏是一种脆性破坏，在破坏前无裂缝出现等征兆，超筋破坏是构件因混凝土承载达到极限钢筋未达到屈服的一种脆性破坏[7]。钢筋混凝土梁进行配筋计算的目的是在极限荷载以下时避免构件发生破坏，设计计算的原理是构件所受荷载达到极限状态时构件属于适筋破坏，由于适筋破坏是一种徐变，可在一定程度上保护生命财产安全。本文对钢筋混凝土梁配筋计算的一般方法进行试件设计，并根据所计算的结果，按不同配筋情况进行试验研究[8-10]。用试验结果验证理论计算，以期为钢混凝土梁配筋提供合理的参考依据。 　　2  试件设计 　　试件高度依据混凝土结构设计规范《GB50010-2010》梁高度为跨度的1/8～1/14L。试验设计的梁净跨度L为2.4 m，则梁高度h按最大值设计为300 mm，梁宽度b按1/3～1/2 h设计为 　　150 mm，梁的钢筋保护层厚度为20 mm。试件设计梁所能承受的均布静力总荷载为14 kN/m。 　　3  配筋计算 　　最后试验对不同配筋率混凝土梁完全破坏时荷载值进行统计，L-1、L-2、L-3、L-4、L-5梁所对应的破坏荷载分别为37.29 kN、44.16 kN、49.21 kN、48.43 kN、47.85 kN。其中L-1和L-2梁下部受拉钢筋全部拉断，而L-3、L-4、L-5下部受拉钢筋没有拉断，但梁上部混凝土局部压碎严重失去承载能力。梁L-1破坏是沿一条裂缝从下至上开裂破坏，L-2是上部出现局部混凝土压碎，下部有裂缝，破坏时不沿裂缝从下至上形成通缝破坏。L-3梁下部受拉区有多处宽度较大裂缝且分散，上部局部混凝土压碎。L-4和L-5梁下部混凝土裂缝较密集，上部多处混凝土压碎。通过对L-1和L-2梁破坏处的裂缝分析，中间冲毁分受弯荷载相同时，梁破坏时并不一定是沿正中间缝隙开裂断开，而是沿中间0.8 m处随机产生的裂缝断开。因为混凝土梁试件受压时中间0.8 m处梁内部每一个截面抵抗弯矩作用是相同的，所以每个截面均可能出现断裂破坏。通过以上不同配筋率混凝土梁试件的破坏试验，配筋率为0.50%时，钢筋混凝土梁承受荷载作用最大。 　　5   结  语 　　本文通过对设计梁截面为150×300 mm，净跨度为2.4 m钢筋混凝土梁的配筋计算进行析，计算出梁下部受拉区最低配筋率为0.28%。按设计梁尺寸和计算结果制作钢筋混凝土梁试件，其中梁的混凝土材料和钢筋材料以及外形尺寸均一致但设置受拉区的配筋面积不同。不同配筋率混凝土梁试件开始出现破坏时荷载不同，随配筋率的增加第1条裂缝出现时荷载值增加。通过低于极限荷载配筋率的混凝土梁试件设计并进行抗弯破坏试验，发现其仍能达到设计荷载作用下所承受的最大弯矩值。说明规范中设计的最低极限荷载是有一定富余安全系数。对试件进行完全抗弯破坏过程中裂缝数和裂缝形态分析，配筋率增加，混凝土梁破坏时裂缝数增多，配筋率大于0.5%后其裂缝数不随配筋率增加而增加。配筋率可影响到混凝土破坏时的延缓性。低配筋率的混凝土梁产生的裂缝呈竖直态，高配筋率则在由中间向两边，裂缝由竖直扩散呈倾斜状。低配筋率混凝土梁下部受拉区钢筋屈服断裂后，受弯矩作用相同的混凝土截面均可能出现断裂破坏。配筋率较高混凝土梁破坏时梁上部混凝土被压碎，受拉钢筋未拉断。以上不同配筋率混凝土梁设计试件受弯破坏时所能承受最大荷载的配筋率为0.5%，选择适宜配筋率可提高钢筋混凝土梁抗弯能力。 　　参考文献： 　　[1] 莫振林.陶粒混凝土梁受弯性能的试验研究[D].长沙：长沙理工大学， 　　2008. 　　[2] 许斌，曾翔.冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究[J].土木工程   学报，2014（2）：41-51. 　　[3] 肖诗云，曹闻博，潘浩浩.不同加载速率下钢筋混凝土梁力学性能试验   研究[J].建筑结构学报， 2012， 33（12）：142-146. 　　[4] 颜志华.体外预应力加固混凝土梁试验研究[J].世界桥梁，2007，2007 　　（1）：50-52. 　　[5] 易伟建，潘柏荣，吕艳梅. HRB500级钢筋配箍的混凝土梁受剪性能试   验研究[J].土木工程学报，2012（4）：56-62. 　　[6] 牛荻涛，卢梅，王庆霖.锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法   研究[J].建筑结构，2002（10）：14-17. 　　[7] 周仕刚，高永飞.CFRP加固初始受载钢筋砼梁弯曲性能的试验研究[J]. 　　玻璃钢/复合材料，2003（2）：7-10. 　　[8] 楼庄鸿.论预应力混凝土梁桥的裂缝[J].公路交通科技，2000，17（6）： 　　49-52. 　　[9] 肖建庄，兰阳.再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究[J].特种结构， 　　2006，23（1）：59-63. 　　[10] 高策，叶跃忠，张军.再生粗骨料钢筋混凝土梁试验研究[J].四川建筑， 　　 2008，28（3）：147-149.