基于梯形鋼筋混凝土梁的試驗研究

摘要：公路工程中常常會涉及到鋼筋混凝土梁的問題，近幾年來，由于結構的要求使得對于鋼筋混凝土梁的剛度要求也隨之增加。如何解決在滿足剛度要求的同時可以節省構件用料，提高經濟效益，成為首當其沖的問題。在此基礎上，出現了變截面的不等剛度的混凝土構件以滿足設計要求，梯形鋼筋混凝土梁作為運用廣泛的構件得到關注。

關鍵詞：梯形；鋼筋混凝土梁；變形

隨著我國公路建設的大力發展，其安全性也受到社會各界的廣泛關注。梯形鋼筋混凝土構件作為一種經濟、安全可靠的結構構件，在鋼筋混凝土構件中得到大力推廣。由于其截面尺寸較小，且梯形鋼筋橫筋的約束作用可以改善混凝土的粘結力，保證高強度鋼筋可以發揮其作用，滿足結構需求。

在鋼筋混凝土構件中，鋼筋和混凝土通過粘結力來共同工作。鋼筋混凝土梁在公路橋涵設計中有著十分重要的作用，所謂橋涵是指供鐵路、公路、管線和渠道等跨越障礙物且具有一定承載能力的架空建筑物。為了保證橋梁在恒載、活荷載和偶然荷載的壓力下的安全性，鋼筋混凝土梁在設計時需要考慮到其抗剪強度和剛度。因為梯形鋼筋混凝土梁在實際的工程中得到較為廣泛的運用，且有著普通鋼筋混凝土梁不具備的優點，本文就梯形鋼筋混凝土梁受荷載過程中產生的變形進行分析研究。

1 試驗方法

試驗過程中采用了兩根鋼筋混凝土梁，為了得到較為準確的數據，其中兩根均為梯形截面，采用專用焊機來焊接保證焊點有足夠的抗剪能力。試驗主要的設備有MTS擬動力試驗機、百分表、位移傳感器等。

試驗過程中采用分級加大荷載，直到混凝土梁發生破壞。并記錄每個階段每根鋼筋混凝土梁從裂縫出現前到裂縫出現后以及完全破壞的數據，總結其變形發展的趨勢，以得出結論。

在試驗過程中需要注意的問題有以下幾點：

（一）在焊接鋼筋混凝土試件的時候需要注意其焊點受力的特性，選擇合適的焊接方式，以保證不影響梯形鋼筋混凝土梁裂縫的開展；

（二）在分級加載的時候需要注意加載量，不要超過預計破壞荷載的10%左右且保證加載均勻，以免影響試驗數據的準確性；

（三）隨著荷載的加載對鋼筋混凝土梁的破壞達到臨界狀態時，需要減小加載量并控制位移，保證測得較為準確的破壞荷載值。

2 試驗測試內容

試驗中需要測量的內容有：梯形鋼筋混凝土梁的遠端位移；梁的最大荷載破壞值；以及裂縫隨著荷載增加的寬度變化。從而得出荷載—位移曲線圖和梯形鋼筋混凝土梁應力曲線，說明荷載對于構件的應力變化狀況。

3 試驗結果分析

梯形鋼筋混凝土梁工作過程與普通鋼筋混凝土梁基本一致，在加載過程中的構件變形基本可以分為三個階段。

第一個階段為彈性工作階段，荷載與構件撓度變形基本呈線性關系；隨著荷載的逐漸增大，構件變形也隨著線性增大；這一過程中梯形鋼筋混凝土梁與普通的矩形鋼筋緩凝土梁基本上沒有任何差別。

第二個階段為彈塑性階段，在這個階段中由于構件出現裂縫導致曲線出現拐點，但是由于梯形鋼筋混凝土構件橫筋的作用，在某一方面限制混凝土變形，組織混凝土拉應力隨著荷載的增加而增大。促使混凝土構件裂縫區域拉應力重新分布，并延緩裂縫的變形，呈現“細密”的特征。相較于普通的鋼筋混凝土梁裂縫的發展來說，梯形截面的鋼筋混凝土梁裂縫開裂速度得到緩解，如果在實際的公路工程中利用這一點，不但可以改善構件的剛度，還能有效減小構件裂縫開裂寬度，大大延長工程的使用壽命。

第三個階段為塑性破壞階段，經過前面階段的荷載作用，使得鋼筋混凝土梁處于臨近破壞的狀態，隨著荷載的不斷增大，構件也隨之遭到破壞。

對于梯形鋼筋混凝土梁來說，其裂縫開展有以下特點：第一，在梯形鋼筋混凝土梁試件上的裂縫間距一般的小于橫筋的間距；第二，隨著荷載的逐步增大，裂縫寬度也隨之線性發展，并不會出現中斷的情況。從理論上來分析主要是由于橫筋的錨固作用，鋼筋與混凝土之間不存在粘結應力，并且鋼筋的應力增量由橫筋承擔，并不會影響到鋼筋本身。且隨著荷載的不斷增加，臨近橫筋的混凝土周圍會出現較大的拉應力，作用于試件本身，使得試件距離橫筋很小的部位出現兩條主裂縫。

4 結論

由于梯形鋼筋混凝土梁的橫筋的作用，使得其應力分布在彈塑性階段產生變化，其上裂縫的開展受到限制，延緩了梯形鋼筋混凝土梁剛度的削弱。使得其比普通鋼筋混凝土梁裂縫開展速度緩慢很多，并且保證了構件中主鋼筋的強度發揮。

從試驗過程中可以看出，梯形鋼筋混凝土梁受荷載作用產生的裂縫主要有兩種狀態：一個是均勻分布于梯形鋼筋混凝土梁中部的裂縫，一般裂縫會按小于橫筋間距的距離分布；另外一個是分布于梯形鋼筋混凝土梁兩側的間距很小的裂縫。

假設在剛度要求相同的情況下，由于梯形鋼筋混凝土梁的截面形狀，其配筋率要比普通鋼筋低，可以大范圍的節省材料用量，提高經濟效益。

參考文獻

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