關于對雙高預應力梁剛度的試驗研究

閆麗萍

摘要：雙高梁是在配置高強度等級混凝土和高強度等級鋼筋的基礎上采用預應力技術的一種新型構件，它綜合了預應力混凝土結構和高強鋼筋混凝土結構的優點，具有更好的力學性能，有了越來越廣泛的應用。文章通過對12根雙高梁的試驗研究，分析了現有規范剛度計算公式的適用性以及配筋率、預應力度與混凝土強度等因素對梁抗彎剛度的影響，并對規范公式進行了修正。通過研究得出：現有公式對于雙高梁仍然適用，修正后的公式更加精確；而且混凝土強度越高、配筋率越大，預應力筋越多，梁的剛度越大，預應力的加入有效彌補了高強鋼筋混凝土構件因截面尺寸減小而導致剛度降低的缺陷。此次試驗研究為雙高梁在實際工程中的應用提供了理論基礎。

關鍵詞：高強鋼筋；高強混凝土；預應力；抗彎剛度；撓度

一、試驗概況

（一）試件設計。本文試驗的主要目的是分析混凝土強度等級、非預應力筋配筋率和預應力度對受彎構件剛度的影響。為此保持構件的截面尺寸不變，通過改變上述三個參數來研究其對剛度的影響；試驗共設計了12根后張預應力梁試件，其中6根梁采用C80混凝土，6根采用C100混凝土，非預應力筋采用HRBF500級鋼筋，箍筋為HRB400級鋼筋，預應力筋采用低松弛1860級1×7股鋼絞線。試件梁總長5.8m，試驗跨度5.4m，截面設計尺寸均為200mm×450mm。

（二）試件材料性能。試驗梁在澆筑的同時預留混凝土立方體試塊和棱柱體試塊在標準條件下養護28d后的抗壓強度。對雙高梁所用鋼筋進行了力學性能試驗，測量每種直徑的鋼筋和鋼絞線的屈服強度和極限強度。

（三）加載方案及量測方案。試驗采用兩點對稱集中加載，試驗加載采用兩階段控制方法，屈服前采用荷載控制，分四～五級加載；屈服后改為位移控制，按試件屈服時跨中撓度的倍數逐級加載，直至試件承載力下降到最大承載力的85%左右時結束試驗。試驗正式加載之前進行預加載，正式加載時，每級荷載完成后持荷10分鐘。

二、試驗結果及分析

（一）平截面假定的驗證。本次試驗采用位移計測量試驗梁各截面的混凝土平均應變，在梁跨中自上而下布置了5個小位移計，平均應變沿截面高度分布情況如圖4所示。由圖上曲線可以看出，隨著荷載的增加，截面的中性軸逐漸地向上移動，在各級荷載作用下，混凝土的平均應變呈線性分布，截面變保持平面，符合平截面假定。

（二）跨中撓度計算分析。試驗發現，各試驗梁的變形隨荷載的增加均表現出明顯的3個階段：第1階段為彈性階段，梁的變形隨荷載的增加呈線性增大，抗彎剛度（曲線的斜率）基本不變；第2階段為彈塑性階段，彎矩達到0.4Mu～0.5Mu時，由于裂縫的產生使梁的抗彎剛度出現退化，剛度約為第1階段的50%～65%，試驗梁的變形隨荷載的增加呈非線性增長，梁的抗彎剛度因裂縫的產生和發展而逐漸降低，此階段按照直線雙線性理論可以近似看作直線段。第1階段和第2階段之間有明顯的轉折點，為梁正截面的開裂點；第3階段為塑性階段，當彎矩達到0.9Mu～1.0Mu時，出現第二個拐點，此后試驗梁承受的荷載基本不變而變形增加，剛度約為第1階段的10%～15%，標志著梁正截面達到了正常使用極限狀態。

在開裂前，各種計算公式沒有太大的分歧，我國混凝土規范采用的剛度公式為Bs=0.85EcI0，美國ACI規范采用的是Bs=EcIg。對于開裂后構件撓度的計算方法，主要有：直線雙線性法、有效慣性矩法和曲率積分法”。

通過對比分析表明：預應力梁截面剛度按規范規范公式及直線雙線性公式進行計算均有較大偏差，計算值均大于試驗值，說明兩種計算方法都偏安全偏保守。開裂前直線雙線性計算值誤差較小，開裂后規范計算值誤差較小。正常使用狀態下兩種公式計算值的離散性均較好，但計算值都大于試驗值，規范方法跟直線雙線性方法對于梁跨中撓度的計算均適用但偏保守，開裂前，直線雙線性計算值更接近試驗值，開裂后使用規范計算公式更精確。

（三）抗彎剛度影響因素分析。通過分析開裂前后配筋率、預應力度λ、混凝土強度等級對梁剛度的影響曲線，可以看出：開裂前，梁的剛度受各因素的影響不大，相對來說，混凝土強度等級對梁剛度的作用最大，其次是配筋率，幾乎不受預應力度的影響，原因是此時梁的變形很小，預應力筋應變有滯后，發揮的作用較小，預應力筋對梁的抗彎剛度貢獻不大。開裂后，配筋率、預應力度對剛度的影響作用很大，剛度隨配筋率的增大、預應力度的提高而增大，混凝土強度等級對梁剛度影響較小。

三、結論

通過對12根雙高梁進行抗彎性能試驗，分析了現有剛度計算公式的適用性及幾個關鍵參數對梁抗彎剛度的影響，得到以下幾個基本結論：

（一）正常使用狀態下，雙高梁的抗彎剛度仍可用混凝土規范中的剛度公式或直線雙線性公司進行計算，鋼筋屈服后，兩種公式均不再適用。

（二）本試驗各構件的跨中撓度試驗值小于兩種方法計算值，說明兩種方法都偏保守偏安全，將兩種計算方法進行比較發現，開裂前，直線雙線性方法計算值更接近試驗值，開裂后，按規范方法計算更精確。

（三）雙高梁，在開裂前，預應力度對梁剛度幾乎沒有影響，梁剛度受混凝土強度等級及配筋率影響較小。開裂后，影響梁抗彎剛度的最大因素是預應力度和配筋率，梁剛度隨著配筋率的增大、預應力度的提高提高而增大，混凝土強度等級對剛度影響較小。