型钢再生混凝土梁抗弯性能试验分析

蒋晶

摘要：型钢再生混凝土梁是现阶段我国建筑、桥梁、地下等工程常用的一种梁结构，相比于传统的型钢混凝土梁，其荷载能力较强，韧性较好，故在我国土木工程领域被广泛应用。笔者为了更好的分析型钢再生混凝土梁荷载力的优势，开展了对型鋼再生混凝土梁的抗弯性能试验分析，希望对相关人员有所启示。

关键词：型钢再生混凝土;抗弯性能

引言：钢筋与混凝土组合结构是一种现代建筑领域常用的结构形式，其具备承载力高、刚度大、抗震性能良好的优势。本文主要研究的是型钢再生混凝土梁的抗弯性能试验，通过对不同取代率、配箍率对型钢再生混凝土梁极限承载力的影响分析其最佳组合形式，以期促使此类结构在工程领域中得到进一步的推广。

1、试验介绍

本文为了更好的分析型钢再生混凝土梁的抗弯性能，做好型钢再生混凝土梁的抗弯性能试验，选择选取12跟型钢混凝土梁进行试验，以期最大程度上保证试验的真实性与准确性，并保证试探结果的适用性。本试验将12根型钢混凝土梁按照取代率分为4组，每组3根试验梁，其中，第一组、第四组为原生型钢混凝土梁，取代率均为0%，第一组型钢箍筋间距为150mm，第四组型钢箍筋间距为100mm;第二组为50%再生粗集料取代率的型钢再生混凝土，箍筋间距为150mm;第三组是取代率为100%再生粗集料取代率的型钢再生混凝土，箍筋间距为150mm。本试验采用DH3815静态应变测试系统进行相关参数的采集，并通过对相关参数的分析确定型钢再生混凝土梁随荷载力的变化而产生的变化，并确定不同取代率、箍筋间距对型钢再生混凝土梁荷载力的影响。

2、试验现象描述

2.1典型试验现象描述

在试验的过程中发现，当荷载力小于48kN时，型钢再生混凝土梁并无裂缝，当荷载力增加到48kN时，型钢再生混凝土梁出现裂缝，为跨中裂缝和梁纵向垂直裂缝，裂缝较小。伴随着荷载力的不断增加（48kN-120kN之间），跨中裂缝与纵向垂直裂缝不断延伸且伴随有新裂缝的产生，新裂缝主要产生与跨中的两侧，但裂缝发展较为缓慢，裂缝出现在梁底部，长度约为3cm，宽度为0.1mm。同时，试验梁的截面的应力变化呈现三角分布，直到荷载增大到使得受拉力区混凝土的最大应力达到抗拉强度，企鹅最大应变接近混凝土的极限拉应变。当荷载力增加到120kN时，在型钢再生混凝土梁的剪弯段出现新裂缝，裂缝为指向加载点的斜向裂缝，且裂缝较多，多为向梁侧面发展，钢筋承受的应力增加，裂缝相中轴延伸，且裂缝宽度逐渐增加，中性轴位移上移。伴随着荷载力的不断增加（120kN-200kN之间），梁跨中不断出现新裂缝，且裂缝宽度缓慢增加，最大宽度为0.12mm，受压区的混凝土压应力呈现曲线分布，直至试验梁受力达到屈服荷载力。当荷载力增加到200kN时，根据DH3815静态应变测试系统显示L2-1型钢再生混凝土梁的挠度突然增大，且无法在提升荷载力，此时，根据对该混凝土量的观察发现，该混凝土梁裂缝的最大宽度已经达到2mm，且存在混凝土碎渣脱落的现象，同时，在该混凝土量的顶部出现碾碎的混凝土区域，试验梁发生弯曲，这说明该型钢再生混凝土梁已经达到了极限[1]。

2.2荷载-跨中挠度曲线分析

本文选取普通型钢混凝土梁和型钢再生混凝土梁，通过对比分析发现，无论是普通型钢混凝土梁还是型钢再生混凝土梁，其在断裂过程中，均呈现弹性状态、带裂缝状态和破坏状态，其中，弹性状态即是指型钢混凝土梁所承受的荷载力是在其延展性承受的范围之内，未出现裂缝，带裂缝状态即是指型钢混凝土所承受的荷载力超出延展性承受的范围内，但并未达到型钢混凝土荷载的极限，此时裂缝呈现宽度小、中小的形式，破坏状态即是指型钢混凝土所承受的荷载力已经超过了其荷载的极限，此时型钢混凝土梁被破坏且无法承受更高的荷载力。根据DH3815静态应变测试系统测得型钢混凝土梁与型钢再生混凝土梁在受力过程中荷载力与挠度，并分析相关参数获得荷载-挠度变形曲线图[2]。

分析发现，在弹性状态下，型钢再生混凝土梁的跨中挠度小于型钢混凝土梁的跨中挠度，这说明，在弹性状态下的型钢再生混凝土梁各部位承受的应力相对较小。在带裂缝状态下，型钢混凝土梁的跨中挠度伴随着荷载力的增加呈现的是直线上升的状态，这是由于当型钢混凝土梁承受的超过弹性状态的荷载力时，型钢混凝土梁将会产生裂缝，且裂缝随着荷载力的增加呈现稳定增长的状态，同时，由于型钢混凝土梁的取代率为0%，其截面刚度较大，这也就说明当荷载力增加导致型钢混凝土量产生裂缝时，其截面刚度降低程度并不大[3]。

当型钢混凝土量达到破坏状态时，此时的截面刚度迅速下降，而型钢再生混凝土梁会先进入屈服状态[4]，在该状态下，任然能够为型钢再生混凝土梁继续增加荷载力，但其承受应力发展增快，进入屈服状态的型钢再生混凝土梁荷载-绕组曲线接近水平。这是由于型钢相比于混凝土而言，其延展性较强、韧性较好，所以可促使变形发展一段时间后再进入破坏状态，且在屈服状态下，型钢再生混凝土梁的荷载值下降速度较慢[5]。

结论：综上所述，通过上文对型钢再生混凝土梁的分析可知，型钢再生混凝土梁与型钢混凝土梁受力过程相似，均会呈现弹性、带裂缝和破坏状态，但型钢再生混凝土梁存在屈服状态，且在取代率一致的情况下，配箍率也会对型钢混凝土梁的极限承载力产生影响，在配箍率相同的情况下，随着取代率越高，极限承载力呈现先增加后降低的趋势。

参考文献：

[1]马辉，贾梦璐，孙书伟.型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点受力性能非线性分析[J].建筑结构，2021，51（02）：64-70.

[2]郭靳时，张杰.型钢再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁节点研究——基于ABAQUS的抗震性能分析[J].四川建材，2020，46（03）：65-66.

[3]石晓靓. 钢纤维—型钢高强再生混凝土梁的抗弯性能试验研究[D].延边大学，2019.

[4]马恺泽，刘亮，刘超，刘伯权. 高强混合钢纤维混凝土的力学性能[J].建筑材料学报. 2017（02）

[5] 陈宗平，陈宇良，覃文月，薛建阳，漆成. 型钢再生混凝土梁受弯性能试验及承载力计算[J]. 工业建筑. 2013（09）