型鋼輕骨料混凝土梁正截面受彎裂縫的試驗分析

本文主要詳細描述和分析了全部2根型鋼輕骨料混凝土梁構件的試驗現象，并對試件梁內混凝土應變、型鋼應變、荷載裂縫寬度、梁裂縫開展狀況，為后續進一步分析提供理論基礎。

1 試驗過程

本次試驗的型鋼輕骨料混凝土梁共2根，我們對試驗前、試驗中及試驗后進行對比，變化參數包括型鋼保護層厚度及箍筋間距等。試驗研究的重點就是觀測裂縫的產生和發展以及裂縫長度和寬度隨外荷載發展的變化情況。在荷載作用下，當梁內某一點主拉應力達到并超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會開裂，通過觀察裂縫出現的荷載、位置、順序以及開展形態和速度分析構件的受力狀況。

(1)試件SRLC－1：

加載至18.0kN(極限荷載的19.8％)時，在梁受拉縱筋處，位于加載點下方出現第一條豎向裂縫，寬度約為0.02mm；當荷載達到33.5kN時，梁中下方出現第1條貫通裂縫，裂縫寬度為0.03mm；荷載達到40.0kN、52.5kN時分別出現第2條貫通裂縫和第3條貫通裂縫；當荷載加至70.3kN(極限荷載的77.3％)時，梁內混凝土出現啪啪的開裂聲，跨中豎向裂縫開始向上大幅度延伸，逼近型鋼上翼緣，豎向裂縫的最大寬度為0.30mm，斜裂縫的最大寬度為0.25mm；荷載88.3kN(極限荷載的97.1％)時，靠近加載點處的受壓區混凝土出現大面積外鼓，并且伴有剝落現象，試件呈現出明顯的彎曲破壞狀態，豎向裂縫的最大寬度為0.8mm，斜裂縫的最大寬度為0.9mm。當加載到95.3kN時，這時受力最大截面處的型鋼上下翼緣已經完全屈服，試件梁的承載力已不能再繼續增加，但是撓度在逐漸增加并且裂縫寬度逐漸加大，這時梁已經產生了塑性鉸，通過型鋼的變形協調把剩余的荷載傳遞到梁的其余結構部分，通過這種的內力重分配之后，會達到新的平衡，因此可以得知型鋼輕骨料混凝土結構具有非常良好的延性，對減小結構的地震作用具有非常好的效果。

(2)試件SRLC－2：

加載至19.0kN(極限荷載的20.7％)時，加載點正下方出現第一條豎向裂縫，寬度約為0.03mm；當荷載達到37.1kN時，梁中下方出現第1條貫通裂縫，裂縫最大寬度約為0.06mm；荷載達到47.8kN、55.8kN時分別出現第2條貫通裂縫和第3條貫通裂縫，當荷載加至64.2kN(極限荷載的69.8％)時，梁內開始出現混凝土開裂及與型鋼剝離的聲音，已出裂縫發展緩慢，但跨中出現新的豎向裂縫，豎向裂縫的最大寬度為0.2mm，斜裂縫的最大寬度為0.1mm；當荷載加至81.6kN(極限荷載的88.7％)時，靠近加載點處的受壓區混凝土出現大面積外鼓，并且伴有剝落現象，試件呈現出明顯的彎曲破壞狀態，豎向裂縫的最大寬度為0.6mm。斜裂縫的最大寬度為0.9mm；當荷載達到90kN極限荷載的97.8％)時，在荷載保載的時候，在加載點受壓區混凝土出現大面積壓碎，有大塊混凝土掉落下來，裂縫發雜迅速，跨中梁底處及其兩側約300mm左右，有七條大裂縫出現，很快裂縫達到1.3mm；荷載加到92kN(極限荷載)時，裂縫最大處已經達到1.5mm，受壓區混凝土大面積剝落，裂縫貫通。當荷載達到96kN時，這時加壓已經加不上荷載了，但是撓度在逐漸加大并且裂縫寬度逐漸加大。梁已經完全屈服，呈現出完全的彎曲破壞。

2 荷載－裂縫寬度曲線關系

實測試件梁裂縫寬度ω隨荷載P的發展曲線，從試件SRLC－1的荷載－裂縫寬度曲線可知，混凝土開裂后，荷載－裂縫寬度曲線發展比較平緩，裂縫寬度隨荷載的增長增幅比較穩定。在荷載接近81.2kN(極限荷載的89.3％)時曲線有突變，其原因主要時因為試件截面荷載逐步增長過程中，截面受拉筋、型鋼承受的拉力也逐漸增大并逐漸進入屈服；在荷載達到88.3kN(極限荷載的97.8％)時，曲線出現拐點，表明裂縫寬度增幅加大，試件截面剛度退化，導致裂縫寬度增幅加大，主裂縫寬度逐漸加寬。

試件梁SRLC－2開裂后，裂縫寬度緩慢增到0.1mm。在荷載增大到接近64.2kN(極限荷載的78.8％)時，試件梁的混凝土最大裂縫寬度ωmax達到0.2mm，顯示了較好的抗裂性能；在荷載達到72.5kN(極限荷載的78.8％)，曲線出現拐點，裂縫增長趨勢變強，可知此時截面受拉筋開始屈服。總的說來，在使用荷載下，試件梁SRLC－2的裂縫寬度隨荷載變化的增長趨勢比較穩定，抗裂性能較好。

3 結論

(1)由以上對比分析，可近似認為：在加載過程中，型鋼和輕骨料混凝土能夠變形協調、共同工作。

(2)試驗表明，型鋼輕骨料混凝土梁在荷載作用下具有與型鋼普通混凝土梁類似的受力過程，同樣有彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。