再生混凝土梁截面剛度研究

摘 要：本文對3根再生混凝土梁的抗彎剛度與普通混凝土梁進行了對比研究，得出再生混凝土抗彎梁的剛度符合普通鋼筋混凝土梁剛度特點和再生混凝土骨料含量影響再生混凝土梁剛度的主要原因。

關鍵詞：再生混凝土梁；抗彎剛度

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 14-0000-03

一、試件設計

再生混凝土抗彎試驗梁共4根，其中一根為普通天然粗骨料對比梁，編號RCL1；兩根再生粗骨料取代率為50%、100%而細骨料均為天然黃砂的再生混凝土梁，編號分別為RCL2與RCL3；一根再生粗骨料取代率100%，細骨料為再生細骨料（粒徑0～5mm）的再生混凝土梁，本文將這種梁稱為全再生梁，編號RCL4。

混凝土的實際配合比見表1，試件參數見表2。各試件的設計縱向配筋圖、1-1截面配筋圖和2-2截面配筋圖如圖1所示。

二、試驗方案

（一）試驗加載裝置

為排除剪應力對試件正截面受力性能的影響，本試驗利用分配梁在跨中形成1.2m長度的純彎段，試驗裝置如圖2所示。試驗梁支座一端為固定鉸支座，另一端為滾動鉸支座，在水平方向可作適量移動。試驗采用30噸手壓式千斤頂兩點加載方式，力通過200噸傳感器測讀。加載過程中逐級加載，試驗操作嚴格按《混凝土結構試驗方法標準》（GB-50152-92）進行。加載裝置示意圖如圖2所示。

（二）變形測點的布置

為了確定梁在加載過程中的撓度變化情況，每一根試驗梁布置了5個百分表（見圖3）。

（三）應變片的布置和粘貼

鋼筋應變測點布置在梁跨中截面的縱向受拉鋼筋上，編號為S1、S2，每根鋼筋上布置一片應變片；混凝土應變測點主要布置在跨中截面混凝土兩側面，梁跨中截面頂面和底面各布置1個，編號為C1～C9。應變片的位置布置如圖4和圖5所示。

三、荷載—撓度曲線的特點及影響因素

試驗結果（圖6）表明，當荷載比較小時，再生混凝土梁基本上處于彈性階段，荷載—撓度曲線為傾斜的直線，與普通混凝土梁具有相同的特征，剛度基本上沒有變化；當荷載達到開裂荷載后，在梁的表面開始出現裂縫，梁的撓度增加，抗彎剛度有所下降，荷載—撓度曲線出現轉折點，此后斜率減小；繼續加載，荷載—撓度曲線呈緩慢的上升，曲線斜率整體呈減小趨勢，剛度也不斷減小，但變化較緩；當荷載達到使縱向鋼筋屈服時，荷載—撓度曲線又出現一不太明顯的轉折點，荷載繼續增加，曲線斜率明顯下降，荷載—撓度曲線近似水平發展，受彎梁構件表面裂縫開始有較明顯的增大，撓度增長較快，剛度急劇下降，梁即將破壞。

四、剛度研究

對于均質彈性材料構件，當截面尺寸確定后，截面的慣性矩就確定了，而材料的彈性模量會隨再生骨料的取代率不同而變化，均質彈性材料構件的短期荷載作用下的變形可用材料力學方法確定。其跨中最大撓度計算公式可寫為：

對于再生混凝土這種非均質的非彈性材料，上述關于均質彈性材料構件的力學概念仍然適用，不同之處在于混凝土受彎構件的截面抗彎剛度是變量。可見，進行變形驗算，主要是確定再生混凝土梁在短期荷載作用下的抗彎剛度，在這里用 來表示再生混凝土梁的截面抗彎剛度。那么式（1）可寫為

鋼筋混凝土受彎構件在正常使用極限狀態下的撓度可根據構件的剛度用材料力學方法計算。假定純彎區段內的截面剛度相等，并取用該區段最大彎矩處剛度作為構件的剛度。本文試驗剛度的計算采用公式（2）計算該級荷載下的試驗剛度。

利用不同荷載下撓度的實測值，按照式（2）計算剛度Brc，本文4根鋼筋混凝土受彎梁不同荷載級別下的計算剛度見表3。

由表可以看出：加載初期，再生混凝土梁的抗彎剛度與普通混凝土梁相比略大；隨著荷載的增加，從試件開裂到試件縱向鋼筋屈服前，梁的抗彎剛度均隨荷載的增大而減小，但減小速率出現較大差異。梁RCL4（100%，全再生）的抗彎剛度降低最快，梁RCL2（50%）和梁RCL3（100%）降低較慢，梁RCL1（0%）的抗彎剛度降低最慢，這導致了試驗梁接近屈服彎矩時，梁RCL1（0%）的撓度最小，而梁RCL2（50%）和梁RCL3（100%）的撓度則比較接近，梁RCL4（100%，全再生）的撓度最大，到接近破壞荷載時，取代率為50%的再生混凝土梁抗彎剛度最大。產生這種現象的原因可能是再生粗骨料表面存在許多微裂縫，這些微裂縫會吸入新的水泥顆粒，使接觸區的水泥水化更加完全，同時，再生粗骨料表面包裹著水泥砂漿，使再生粗骨料與新的水泥砂漿之間的彈性模量相差很小，接觸界面得到進一步加強。縱向鋼筋屈服后，4根梁均表現出較好的延性，且再生混凝土梁的延性稍高。

五、小結

通過對4根鋼筋混凝土梁受彎構件荷載—撓度試驗曲線的分析計算，得出如下結論：（1）再生混凝土抗彎梁的剛度符合普通鋼筋混凝土梁剛度特點，隨著荷載的增加而逐漸減小，隨加載時間的增長而減小。（2）再生混凝土骨料含量影響再生混凝土梁剛度，其主要原因是不同再生骨料含量的再生混凝土的彈性模量相差不大，而抗壓強度、抗拉強度不同，導致其它條件相同的條件下，抗壓強度、抗拉強度高的梁受壓區邊再生混凝土邊緣平均應變大，裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數變大、最終導致梁的剛度減小。

參考文獻：

[1]《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2000[S].北京：中國建筑工業出版社.

[2]中國建筑科學研究院、混凝土研究所.混凝土實用手冊[Z].

[作者簡介]余方（1982-），高校教師，講師。