鋼筋混凝土復(fù)合受扭構(gòu)件的開裂扭矩試驗研究

韓立峰 魚宏

1西安開米綠色科技有限公司

2中國有色工業(yè)西安勘察設(shè)計研究院

     1、引言

     在實際工程中，承受純扭作用的構(gòu)件幾乎是沒有的，絕大多數(shù)鋼筋混凝土構(gòu)件往往同時承受壓、彎、剪、扭中的一種或幾種荷載。國外對于扭轉(zhuǎn)問題研究較早，ACI自1958年成立以來就著手研究扭轉(zhuǎn)問題[1]。后來美國學(xué)ThomasT.C.Hsu于1984年著成了Torsion of Reinforced Concrete。印度學(xué)者A.K.Sharma和G.S.Pandit于1976年進(jìn)行了單向和雙向偏壓扭試驗[2]。國內(nèi)對于扭轉(zhuǎn)問題研究較晚，中國學(xué)者殷芝霖于1981年曾根據(jù)7個托架試驗得出了拉、彎、扭和壓、彎、扭強(qiáng)度經(jīng)驗公式[2]。自1985年以來，西安建筑科技大學(xué)相繼對實心截面鋼筋混凝土軸壓反復(fù)扭、單調(diào)及反復(fù)偏壓扭、壓彎剪單調(diào)及反復(fù)扭、雙向壓彎剪單調(diào)扭構(gòu)件進(jìn)行過一系列試驗研究，對受扭構(gòu)件的抗扭性能進(jìn)行了探討，建立了一系列強(qiáng)度相關(guān)公式[2-4]。但目前國內(nèi)外對于鋼筋混凝土雙向壓、彎、剪構(gòu)件受扭作用的問題研究甚少，尤其是對于箱形截面鋼筋混凝土雙向壓、彎、剪構(gòu)件的受扭性能研究還尚屬空白[5]。本文在鋼筋混凝土復(fù)合受扭國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對反復(fù)扭矩下箱形截面鋼筋混凝土雙向壓、彎、剪構(gòu)件的開裂扭矩進(jìn)行了初步研究。

     2、試驗概況

     試件采用總長為740、中間試驗段長度為580、柱截面為的方柱,取壁厚 ,基礎(chǔ)外形尺寸為 �；炷�土設(shè)計強(qiáng)度為C30，縱筋4F16,箍筋F6.5@70,箍筋保護(hù)層厚為15。

     試驗是在自制的加載裝置（圖1）上進(jìn)行。試驗時,先將軸壓力和水平剪力一次加到設(shè)計值,并在試驗過程中保持不變,然后逐級施加扭矩。扭矩是由兩個規(guī)格相同的雙向千斤頂施加。加載制度采用變力變位移綜合加載制度：在構(gòu)件達(dá)到屈服前按等增量扭矩控制，每級循環(huán)三次，屈服之后按等增量扭角控制，每級也循環(huán)三次。

圖1 加載裝置圖

     試驗研究參數(shù)及變化范圍為：保持剪跨比 不變。當(dāng)壁厚時，軸壓比不變，相對偏心距分別取。

     3、試驗結(jié)果及分析

     3.1 裂縫發(fā)展規(guī)律及破壞特征

     圖2為構(gòu)件反復(fù)受扭破壞時的裂縫圖。構(gòu)件施加反復(fù)扭矩后，首批裂縫出現(xiàn)于某個循環(huán)的剪應(yīng)力相加面兼彎曲受拉面（④面）的中部；當(dāng)施加同級反向扭矩時，反向裂縫也出現(xiàn)在此時的剪應(yīng)力相加面兼彎曲受拉面（③面）的中部。在構(gòu)件屈服前，卸載后裂縫基本閉合，反向荷載作用時，宏觀上觀察不到正向裂縫的存在；當(dāng)構(gòu)件屈服后，裂縫發(fā)展迅速，卸載后裂縫不能完全閉合，施加反向荷載后裂縫表面出現(xiàn)交叉的網(wǎng)狀裂縫。隨著荷載的繼續(xù)循環(huán)，各面均形成交叉的網(wǎng)狀裂縫，而且各面裂縫均與其相鄰面的裂縫相貫通。在加載后期，各面上斜裂縫間混凝土均有起皮和脫落現(xiàn)象，此時構(gòu)件的變形急劇增加，當(dāng)峰值荷載下降到其值的0.85倍時定義為構(gòu)件破壞。

圖2 反復(fù)扭矩作用下的構(gòu)件裂縫圖

     3.2 開裂扭矩的影響因素分析

     為了消除截面實際尺寸和混凝土實際標(biāo)號差異的影響，對開裂扭矩選用無量綱參數(shù)表示[2-4]，其中為素混凝土扭矩。

如圖3所示，在同一軸壓比下，開裂扭矩隨相對偏心距的增加而降低。其主要原因是：相對偏心距的增加意味著剪力的增加，而斜裂縫是由扭矩和剪力各自產(chǎn)生的剪應(yīng)力以及軸壓力產(chǎn)生的軸壓應(yīng)力相疊加而形成的主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生，剪應(yīng)力的增加使主拉應(yīng)力增加，從而使開裂扭矩降低。而由圖4可見開裂扭矩與軸壓比的關(guān)系不太明顯。

    4、結(jié)論

    根據(jù)本文研究：初始斜裂縫一般出現(xiàn)在剪應(yīng)力相加面兼彎曲受拉面的中部靠下的位置，破壞時各個面的裂縫呈螺旋狀貫通；試件的開裂扭矩隨相對偏心距的增大而降低。

    參考文獻(xiàn)

    [1] Park R, Pauly T. Reinforced Concrete StructuresUSA, John Wiley＆Sons, 1975.

    [2] 林詠梅,張連德.鋼筋混凝土雙向壓彎剪扭構(gòu)件抗扭性能的試驗研西安建筑科技大學(xué)學(xué)報,1998。

    [3] 張連德,陳為瀅,衛(wèi)云亭.低周反復(fù)扭矩下鋼筋混凝土雙向偏壓構(gòu)件的抗震性能研究土木工程學(xué)報,1993。

    [4] 秦衛(wèi)紅,衛(wèi)云亭,張連德.鋼筋混凝土壓、彎、剪、扭構(gòu)件抗扭性能的研究西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報,1993。

    [5] 中國建筑工業(yè)出版社.GB 50010-2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中華人民共和國建設(shè)部,一級注冊結(jié)構(gòu)工程師必備規(guī)范匯編北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會 文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)