钢筋混凝土梁正截面受弯性能实验研究★

李 冲 杨艳敏 李佳忆 曲家忻 王钰茗 崔凤宇

(吉林建筑大学，吉林 长春 130118)

钢筋混凝土梁正截面受弯性能实验研究★

李 冲 杨艳敏 李佳忆 曲家忻 王钰茗 崔凤宇

(吉林建筑大学，吉林 长春 130118)

为了研究梁的配筋率与正截面破坏形式的关系，制作了三根不同配筋率的梁(适筋梁、超筋梁、少筋梁)，通过观察和记录其受力至破坏的整个过程，得到了不同破坏形式梁的M—f曲线和M—ε曲线。实验结果表明：由于纵向受拉钢筋的配筋率ρ的不同，受弯构件有适筋、超筋、少筋三种正截面破坏形式，其中适筋梁充分利用了钢筋和混凝土的强度，且又有较好的塑性。

配筋率，正截面，破坏形式

0 引言

梁是结构工程中主要的受力构件，但纵向受拉钢筋配筋率的不同将导致破坏形式的不同，对结构的经济性和安全性有不同的影响。

1 试验方案

1.1试件设计和制作

设计的混凝土强度为C20，纵向受力钢筋为Ⅰ级,Ⅲ级，箍筋为Ⅰ级钢。适筋梁、超筋梁、少筋梁配筋见图1，试件制作安装见图2。

1.2加载及观测方案设计

加载方式和测点布置见图3。试验分级加载，每次加载持荷10 min，读取应变计(测点1′，2′，3′，4′，5′)和位移计(1，2，3)各级读数，采用DH3818进行数据采集。

2 结果分析

2.1承载力理论值及实测值分析

采用平截面假定进行计算[1,2]，三种不同破坏形式的混凝土梁理论值及实测值对比分析见表1。

表1 理论值及实测值对比 kN·m

从表1可以看出，各梁开裂荷载差别不大，说明梁的开裂荷载与配筋率几乎无关。当梁进入带裂缝工作阶段后，不同配筋率的屈服强度和极限强度不同，配筋率较大的梁，其极限荷载较大。少筋梁开裂荷载接近极限承载力，说明混凝土一旦开裂立即达到极限承载力。适筋梁极限承载力实测值为理论值的2倍，说明按现有规范设计具有足够的安全储备。

2.2荷载—位移(M—f)曲线

从图4可以看出，开裂后，除少筋梁发生脆性破坏退出工作，超筋梁及适筋梁荷载—位移曲线斜率发生变化，即刚度退化。在钢筋屈服后，适筋梁有较大的变形空间，位移曲线非常平缓，表现出较强的变形能力；超筋梁承载能力很强，但没有明显的变形空间，其变形能力较小。

2.3荷载—应变(M—ε)曲线

从图5可以看出，随着荷载的增加，受拉区跨越裂缝的混凝土应变逐渐增大。由适筋梁3′可见，接近中和轴处应变片由原压应变转变为具有受拉的趋势，说明在此过程中，梁受拉区域不断向上延伸，中和轴不断上移。

2.4破坏形式

三种不同配筋梁破坏形式如图6所示。

由图6a)可见，适筋梁发生正截面破坏时，破坏先从受拉区开始，当受拉区混凝土达到极限拉应变，即荷载达到2.2 kN·m时，受拉区混凝土即退出工作，原来由受拉区混凝土承担的拉应力由受拉钢筋承担。随着荷载的继续增加，裂缝不断上移，曲线斜率逐渐减小，说明刚度逐渐降低，荷载达到8.9 kN·m时，达到屈服荷载。之后进入塑性阶段，刚度急剧下降，仍具有较强的变形能力，属于“延性破坏”。当达到12 kN·m时，钢筋的拉应力达到屈服强度，且混凝土的压应力也随之达到其抗压极限强度，钢筋和混凝土两种材料的强度均被充分利用。

由图6b)可见，受压区混凝土边缘纤维应变达到混凝土弯曲极限压应变先被压碎，但纵向受拉钢筋并没有屈服。破坏时，受拉区钢筋仍处于弹性阶段，裂缝宽度小，梁的挠度小，破坏突然，没有明显的预兆，属于“脆性破坏”。超筋梁虽配置过多的受拉钢筋，但由于梁破坏时其应力低于屈服强度，不能充分发挥其强度，造成钢筋浪费。

由图6c)可见，当达到开裂弯矩时，构件一旦开裂，受拉区混凝土立即退出工作，因受拉区混凝土承担的拉应力立即转移给受拉钢筋[3]，配筋率较低，则受拉钢筋应力就会猛增并达到其屈服强度，可迅速经历整个流幅而进入强化阶段。少筋梁裂缝只有一条，不仅裂缝宽度很大，且沿梁高延伸较高。即使受压区混凝土暂未被压碎，但受拉主筋处裂缝宽度已达到1.5 mm，梁已达到破坏标志。少筋梁承载力取决于混凝土的抗拉强度，所以其承载力很低，混凝土的材料强度得不到合理的利用，既不经济又不安全，故工程中不允许采用。

3 结语

1)配筋率不同，受弯构件有适筋、超筋、少筋三种正截面破坏形式。

2)适筋梁破坏具有明显的破坏预兆，承受变形能力强，属于塑性破坏；超筋梁破坏前宏观上没有明显破坏预兆，属于脆性破坏；少筋梁破坏是突然的，属于脆性破坏。

3)在三种破坏形式中，超筋梁承载力最高，少筋梁承载力最低，适筋梁承载力介于二者之间。

4)适筋梁能够充分利用钢筋和混凝土的强度，且具有较好的塑性，是作为设计依据的一种破坏形式。

[1] 郭靳时，金菊顺，庄新玲.混凝土结构基本原理[M].武汉：武汉理工大学出版社，2013.

[2] 过镇海，时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3] 杨艳敏.全轻混凝土梁承载力研究[J].混凝土，2011(3):48.

Experimentalstudyonbendingperformanceofnormalsectionofreinforcedconcretebeam★

LiChongYangYanminLiJiayiQuJiaxinWangYumingCuiFengyu

(JilinJianzhuUniversity，Changchun130118,China)

To study the relationship between the reinforcement ratio of beam and its damage forms of normal section. Three different reinforcement ratio of beam (balanced reinforcement beam, over-reinforced beam, under-reinforced beam)are test， by observing and recording the beam’s performance of the whole loading process till failure， theM—fcurves andM—εcurves of different forms of beams are obtained. The experimental results indicate that the reinforcement ratio ofρdifferent due to the longitudinal tensile reinforcement. The bending members have three kinds of normal sections，including the balanced-reinforced beam， over-reinforced beam andunder-reinforced beam. The balanced reinforced beam has good plasticity by making full use of the strength of rebar and concrete.

reinforcement ratio, normal section, destructional forms

TU375.1

A

1009-6825(2017)27-0038-02

2017-07-17★：2016年度吉林建筑大学省级大学生创新创业训练计划项目(201610191165)

李 冲(1996- )，男，在读本科生