（岩土工程专业论文）配hrbf500级钢筋混凝土梁受弯性能试验研究.pdf

摘要 摘要 随着我国综合国力的提高，当前的建筑用钢标准制约了我国高强度建筑用钢 的技术进步和生产应用，不符合世界建筑用钢的发展趋势，而且，已造成大量资 源浪费和环境污染。由于长期使用原有的设计标准，使得钢筋混凝土中仍大量使 用中低档次的螺纹钢，在钢结构中使用中低档普碳钢板为主，使用中低档次钢筋 混凝土结构建筑物的维护成本和更新成本均较高。根据发达国家的经验，在建筑 业大量使用高强度建筑用钢，不仅能提高社会资源利用率和节能水平，而且在降 低建筑物维护成本和更新成本方面效果显著。同时，由于高强度建筑用钢的广泛 应用推动了世界此类钢种的整体发展，因此，大量使用高强度建筑用钢已成为当 今世界建筑结构的趋势。 国外建筑结构用钢已经达到甚至超过5 0 0 n m m 2 ，而我国现行的混凝土结 构设计规范g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 中尚未列入，为尽快与国际接轨，满足规范进一步 修订的要求，结合国家高技术研究发展计划项目( 8 6 3 ) 、建设部科技项目等研究 工作，本文进行了配有5 0 0 m p a 细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能试验研究。 5 0 0 m p a 钢筋是一种强度高，延性好的新型钢筋，本文通过试验配制了七根 配有高强钢筋的混凝土梁，主要变化参数包括：配筋率，混凝土强度，构件尺寸。 通过加载对称集中荷载研究高强钢筋混凝土梁的受弯性能。通过对试验数据的分 析，认为：配有高强钢筋的混凝土梁受力性能与普通钢筋混凝土梁相同，且在破 坏时表现出良好的延性性能；通过对试验数据的回归分析，提出了平均裂缝间距 计算的建议公式；通过对裂缝宽度的研究分析，认为短期裂缝扩大系数可取为 1 6 6 ，并相应的提出配高强钢筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度的建议公式。 关键词：高强钢筋承载力挠度裂缝宽度 北京t 业大学t 学硕十学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t h t h ee n h a n c e m e n to fc h i n a sc o m p r e h e n s i v ep o w e r ，t h ec u r r e n t s t a n d a r d i z a t i o nm a n a g e m e n tr e s t r i c t st h et e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f h i g h s t r e n g t hr e b a r , d o e sn o ta c c o r d i n gt ot h ew o r l d sd e v e l o p m e n tt r e n d ，a n dc a u s i n g ag r e a td e a lo fw a s t ea n de n v i r o n m e n tp o l l u t i o n b e c a u s ew eu s et h ei n t r i n s i cd e s i g n s t a n d a r d sf o ral o n gt i m e ，c a u s i n gt h a tt h e r ea r el o t so fl o wc l a s st h r e a ds t e e li nt h e r e i n f o r c e dc o n c r e t e ，a n dt h ep r i m a r ya r m o rp l a t ei nt h es t e e ls t r u c t u r ei sm i d d l ea n d l o wc l a s so r d i n a r yc a r b o ns t e e lp l a t e ，b u tt h em a i n t e n a n c ec o s ta n du p d a t ec o s tw i l lb e m o r e a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i e n c eo fd e v e l o p e dc o u n t r y , s l a t h e r i n gh i g h - s t r e n g t h r e b a ri nc o n s t r u c t i o ni n d u s t r y , n o to n l yc a na d v a n c et h eu t i l i z a t i o nr a t eo fs o c i e t y r e s o u r c ea n ds a v i n ge n e r g yl e v e l ，b u ta l s oc a nr e c e d et h em a i n t e n a n c ec o s ta n du p d a t e c o s t a tt h es a m et i m e ，t h ea b r o a da p p l i c a t i o no fh i g h s t r e n g t hr e b a rc a np r o m o t et h e w h o l ed e v e l o p m e n to ft h i sk i n do fs t e e l s o ，s l a t h e r i n gh i g h - s t r e n g t hr e b a rh a v eb e i n g t h et r e n do fw o r l d c o n s t r u c t i o ni n d u s t r y i na b o a r d ，t h eh i g h s t r e n g t hr e b a rf o rc o n s t r u c t i o ni n d u s t r yh a v eb e i n g5 0 0 m p a e v e nm o r e ，b u to u rc o u n t r y c u r r e n td e s i g nc r i t e r i o n c o n c r e t es t r u c t u r ed e s i g nc o d e g b 5 0 0 10 - 2 0 0 2 h a sn o tc o n t a i n e dt h i sr e b a r , f o rj o i n i n gt r a c k 晰t l li n t e r n a t i o n a l d e v e l o p m e n t a ss o o na s p o s s i b l e ，s a t i s f y i n g t h e r e q u i s i t i o n o ft h ec o d e s c a s t i g a t i o n ，c o m b i n i n gt h es t u d yo fn a t i o n a la d v a n c e dt e c h n o l o g yr e s e a r c h ( 8 6 3 ) 、 s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi t e mo fm i n i s t r yo fc o n s t r u c t i o n ，t h i sp a p e rp r o c e s s e st h e e x a m i n a t i o ns t u d yo ft h er e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m f l e x u r a lb e h a v i o r 、析t h5 0 0 m p a f i n eg r a i nh i g h - s t r e n g t hr e b a r t h e5 0 0 m p af i n eg r a i nh i g h s t r e n g t hr e b a rh a sah i g hs t r e n g t ha n df i n ed u c t i l i t y , t h i sp a p e rm a k e ss e v e nr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m 淅mh i g h s t r e n g t hr e b a r , t h em a i n d i v e r s i f i c a t i o np a r a m e t e r sc o n t a i n s ：t h er e i n f o r c e m e n tr a t i o ，t h es t r e n g t ho fr e i n f o r c e d c o n c r e t e ，t h em e a s u r e m e n to fc o m p o n e n t ，a n dl o a d i n gt h es y m m e t r i c a lc o n c e n t r a t e d l o a d s ，r e s e a r c h i n gt h er e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m f l e x u r a lb e h a v i o r a n a l y z i n gt h e t e s t i n gd a t a , e d u c i n gt h a tt h ef l e x u r a lb e h a v i o ro fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a mi ss i m i l a r w i t hc o m m o nr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m ，a n dh a sab e t t e rd u c t i l i t yw h e ni ti sw r e c k ， t h r o u g ht h er e g r e s s i o na n a l y s i so fd a t a , p r o p o s i n gap r o p o s i t i o n a lf o r m u l af o ra v e r a g e c r a c k - w i d t h ，a n dt h r o u g ht h es t u d yo fc r a c k w i d t h ，c o n s i d e r i n gt h a tt h es h o r t t e r m c r a c ke x p a n d i n gc o e f f i c i e n tc a nb e1 6 6 ，a n dp r o p o s i n gt h ep r o p o s i t i o n a lf o r m u l af o r t h em o s tw i d t ho fc r a c ko fr e i n f o r e e dc o n c r e t eb e a mw i t hh i g h s t r e n g t hr e b a r k e y w o r d s ：h i g h s t r e n g t hr e b a r ，b e a t i n gc a p a c i t y ，d e f e c t i o n ，c r a c k w i d t h i i 独创性明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：筮! 塑盘日期：! ! ：! ：! 多 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 签名：磷导师签名：邋日期：叫 第l 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 1 1 1 钢筋混凝土结构用钢筋现状 我国工程建设中，混凝土结构( 包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应 力混凝土结构) 的应用十分广泛，在各工程结构中占有主导地位。据统计，2 0 0 3 年，我国建筑用钢量为1 4 3 亿吨，混凝土用量1 5 亿立方米。建筑业作为资源消 耗量较大行业之一，要实现可持续发展，就必须调整建筑材料消耗结构，走节约 型发展道路，大力推广应用高强钢筋和高强混凝土可以有效的降低钢筋及混凝土 的使用量，获得巨大的直接或间接效益。 目前我国混凝土结构用钢筋的品种、规格繁多，性能差别较大，工程应用效 果有很大不同。混凝土结构常用的钢筋可分为两大类【l 】，一类是热轧钢筋( 包括热 轧光面钢筋、热轧变形钢筋) ；另一类是预应力钢筋( 包括钢绞线、消除应力钢丝、 热处理钢筋) 。此外，还有将热轧钢筋进行冷加工后的冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝、 冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋等，分别用于预应力混凝土结构和普通混凝土结构。 我国混凝土结构用钢筋的生产经历了三个阶段【2 】：五六十年代仿制前苏联生产光 面、螺纹、人字纹以及钢绞线( 七股) ：七八十年代开发低合金钢筋及冷3 n - r 钢筋， 开始生产月牙肋钢筋并发展冷拉钢筋及冷拔钢丝；九十年代以来参考国际标准开 始生产各种中高强钢丝钢绞线，并扩大冷拉钢筋的范围，如冷轧带肋、冷轧扭、 螺旋肋钢筋等。 国际上普通钢筋的最高强度级别，按屈服强度计，已达到甚至超过 5 0 0 n m m 2 ，在我国的混凝土结构设计中，可否采用高强度的钢筋，成为大家普 遍关注的问题。混凝土构件配置高强钢筋后，承载力得到提高，或者在相同承载 力的情况下，钢筋用量可以减少。但使用状态下钢筋应力的提高，使裂缝宽度和 构件刚度( 即使用性能) 受到不利影响，裂缝宽度变大，刚度变小。这样，有可 能是构件的使用性能控制结构设计，即钢筋的配置不是由承载力控制，而是由裂 缝宽度和刚度控制，对此，结构工程师对采用强度较高强度钢筋持慎重的态度。 北京t , l k 大学t 学硕 学位论文 1 1 2 超细晶粒钢筋简介1 3 1 1 4 l 提高钢的强度方法有多种，而只有晶粒细化是唯一的可以同时提高强度和韧 性的方法，其他提高强度的方法将会损害韧性。所以，人们一直在不断地探索细 化钢晶粒的方法和细晶粒钢的特性。目前，国内外对钢的细晶粒化的研究分为三 级，第一级是微米级超细化( 1 0 - 1 t m ) ，第二级是亚微米级超细化( 1k t m 1 0 0 1 t m ) ，第三级是纳米级超细化( 1 0 0 朋) ，而同时超细晶粒钢的强度等级也 分为三级，一级是现在常用的4 0 0 m p a 级( 包括5 0 0 m p a 级) ，一级是8 0 0 m p a 级， 强度最高可达1 5 0 0 m p a 级的超细晶粒钢也已研制出来。 超细晶粒钢作为2 1 世纪的代表性先进高性能金属结构材料，其强化思路具 有鲜明的特点，即通过晶粒的超细化同时实现强韧化，完全不同于传统的以合金 元素添加及热处理为主要手法的强化思路。其优点在于：能同时实现强韧化，可 尽量少用合金元素以降低碳当量，改善焊接性而不必焊前预热，节约合金资源， 利于循环利用以降低对环境的损害。 由此可见，在不加或稍加合金元素，而主要靠改善生产工艺就能生产出高强 高韧性的超细晶粒钢，是一种可持续发展的钢铁生产方法，因此世界各国都对超 细晶粒钢的生产、研制和应用高度重视。早在1 9 9 7 年6 月4 日，原国家科技领 导小组第三次会议决定要制定和实施国家重点基础研究发展规划，随后由科 技部组织实施了国家重点基础发展计划，亦称9 7 3 计划。1 9 9 8 年启动了国家9 7 3 项目新一代钢铁材料重大基础研究，开始对超细晶粒钢进行研发。因其强度 高，其他性能也较好，且节省资源。本次试验所用的钢筋就是超细晶粒钢生产的 5 0 0 m p a 级高强钢筋。 1 2 研究的目的及意义 钢筋混凝土结构所用钢筋随着各国自身的特点有所不同。国外主要工业化国 家继4 0 0 m p a 钢筋作为主要钢筋之后，1 9 9 0 年以后就开始进一步开发5 0 0 m p a 级热轧带肋钢筋。英国混凝土结构设计规范( b s 8 1 1 0 ) 采用2 5 0 m p a 低屈服点热 轧带肋低碳钢筋与4 6 0 m p a 高屈服热轧钢筋p j 。 近年来，伴随着我国经济持续高速的发展，建筑业作为我国国民经济支柱产 业之一得到了长足发展。同时，建筑业作为资源消耗量较大行业之一，要实现可 持续发展，就必须调整建筑材料消耗结构，大力推广应用高强钢筋和高性能混凝 土，走节约型发展道路，生产钢筋、混凝土等建筑材料会耗费大量的媒、电、水、 矿石等能源和资源，因此，从广义角度讲，大力推广应用高强钢筋和高性能混凝 土也是建筑节能的重要组成部分。钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是我国钢材产品中 2 第1 章绪论 用量最大的品种之一，2 0 0 4 年热轧带肋钢筋产量近7 0 0 0 万吨，占全国钢材产量 的四分之一。我国1 9 9 8 年将h r b 5 0 0 级钢筋与h r b 4 0 0 级钢筋同时纳入国家产 品标准钢筋混凝土用热轧带肋钢筋( g b l 4 9 9 1 9 9 8 ) ，混凝土结构设计规范 ( g b j l 0 8 9 ) 1 9 9 6 年局部修订，同时列入了强度与现在h r b 4 0 0 和h r b 5 0 0 级 相当的钢筋。但由于种种原因，h r b 4 0 0 和h r b 5 0 0 级钢筋都没有得到很好的推 广。直到混凝土结构设计规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 的实施才明确h r b 4 0 0 级钢 筋作为建筑用主导钢筋。为了重点突出，集中精力有序代换推广，暂时延缓 h r b 5 0 0 钢筋进入规范。正在修订的混凝土结构设计规范将列入h r b 5 0 0 钢 筋。烈。 2 0 0 5 年5 月1 8 日，由河南省建设厅组织有关科研、设计、施工和质检等方 面专家组成专家委员会，对h r b 5 0 0 级钢筋在工程中推广应用的可行性进行论 证，推荐h r b 5 0 0 级钢筋在工程中试点应用。郑州大学综合设计研究院按照上述 设计建议采用h r b 5 0 0 级钢筋进行了试点工程，郑州华林都市家园综合楼工程的 设计。该工程已于2 0 0 6 年3 月开工建设【6 j 。 可以相信，大力发展应用h r b 5 0 0 级高强钢筋是当前我国建筑用钢技术进步 的需要，对改善混凝土结构工程性能、满足高层建筑结构应用高强钢筋的需求、 提高建筑抗震防灾能力和建筑工程质量，具有十分重要的意义和作用。 1 3 研究的现状介绍 1 3 1 裂缝理论 l 、粘结一滑动理论 、 粘结一滑移理论1 9 3 6 年由s a l i g a r l 7 】根据钢筋混凝土拉杆试验提出以来，一 直被认为是经典的裂缝理论【8 】。粘结一滑动理论认为，裂缝间距取决于钢筋与混 凝土间粘结应力的分布，它可根据假设混凝土中拉应力在整个截面为均匀分布， 且此拉应力不超过混凝土的抗拉强度的条件确定，裂缝开展是由于钢筋与混凝土 间的变形协调不再保持，出现相对滑动而产生的。当裂缝出现后，裂缝截面处钢 筋与混凝土之间发生局部破坏，钢筋伸长、混凝土回缩，其相对滑移值就是裂缝 的宽度。 第一批出现裂缝是一种随机现象，裂缝出现后，根据假定裂缝边缘混凝土表 面应力为零，离开裂缝的距离越远混凝土表面的应力就越大，到某一距离，混 凝土的应力分布就不再受到裂缝的影响，即裂缝只对距离为士，区段内的混凝土应 力分布有影响。在原有裂缝两侧，范围内或当已有裂缝间距小于2 ，时，其间将不 可能再出现新的裂缝。理论上的最小裂缝间距为，最大裂缝间距为2 ，平均裂 北京工业大学t 学硕：l j 学位论文 缝间距为1 5 ，。 粘结一滑动理论把d k t 作为影响裂缝的唯一参数。得出裂缝间距的公式为： 三；k 盟 p t u 对一定形式的钢筋，z 吒值可取为常数，最大裂缝宽度为： = 2 工( 一) = 2 k 詈( 一) 忽略的影响，计算最大裂缝宽度的公式就简化为： k 2 一ds s m k ，巧为常数，可由试验确定。 2 、无滑动理论 w a t s t e i n l 9 1 ，b o n n s 【l o 】和后藤根据试验提出无滑动理论。无滑动理论认为，钢 筋与混凝土间的粘结滑动很小，可以略去不计。裂缝截面外围保护层混凝土存在 弯曲变形，产生应变梯度，而裂缝宽度主要是由于钢筋平面应变梯度所控制。裂 缝宽度随距钢筋距离的增大而增大，即裂缝宽度完全是外围混凝土的弹性回缩现 象。按照这个理论保护层厚度是影响裂缝宽度的主要因素。根据大量试验结果： ( 1 ) 构件表面的裂缝宽度w 与该裂缝宽度量测点到最近钢筋的距离c 成正比， ( 2 ) 裂缝宽度w 与该裂宽量测点的表面平均应变手成正比，以及统计分析的结 果提出了裂缝宽度的计算公式： w m 。= 1 0 8 t a a r c r g 1 0 弓 3 、一般裂缝理论 粘结一滑动理论和无滑动理论分别把粘结力和保护层厚度作为唯一的变量， 过于简单化了。把两者结合起来，综合考虑保护层厚度的影响则更为合理【1 l 】，这 就是一般裂缝理论。乙= k i c o + 如d k t 式中，k i 与为根据经验确定的常数。 这也是我国现行规范所采用的裂缝理论依据。 ， 早在2 0 世纪5 0 年代b e p r 和c h i 等就在梁的裂缝公式中引用了有效受拉区 混凝土面积与受拉钢筋形心重合的拉区混凝土面积来计算配筋率p ，这是关于钢 筋有效约束区的概念的萌芽。b e e b y 的试验研究【1 2 l ，以及f m t z 【1 3 】等对梁高较大 的t 形梁梁腹裂缝的研究，丰富、完善了钢筋约束区的概念。试验研究表明，裂 缝的开展由钢筋外围的混凝土的回缩引起，钢筋通过粘结应力把拉应力扩散到混 凝土上，因而混凝土的回缩必然受到钢筋的约束。这一约束作用是有一定范围的， 此范围成为钢筋有效约束区。随着钢筋有效约束作用的逐渐减弱乃至丧失，裂缝 间距增大，裂缝宽度也增大。如梁高较大的t 形梁中，最大裂缝宽度在梁腹处而 不是在钢筋水平处或梁底。钢筋附近的裂缝也较细密，裂缝呈树枝状。裂缝开展 4 第1 章绪论 的这一规律很好的说明了钢筋对混凝土的约束作用只局限在一定的范围内。 裂缝出现后，无滑移理论指出的混凝土回缩变形分布是必然发生的，而混凝 土与钢筋表面的粘结滑移也是存在的。所以计算裂缝宽度可认为与混凝土保护层 厚度c 有关，也与d i p 值有关。再考虑到钢筋有效约束区对裂缝开展的影响，构 件的平均裂缝宽度w 埘可用下式表示： ：鲁( 毛c + 如阜) b sp t e 近年来还发展了许多新的裂缝理论，其中比较有代表性的包括： 4 、断裂力学的应用 1 9 2 0 年发展起来的断裂力学，己经开始在钢筋混凝土构件裂缝问题的研究 中得到应用。b i a n c h i n i 等人假设钢筋受力伸长，通过与混凝土的粘结作用，使 周围的混凝土“劈开”，“劈开”的裂缝宽度与裂缝深度、试件长度、混凝土的断 裂韧性、弹性模量之间有一定的关系，裂缝宽度是钢筋伸长与混凝土共同变形能 力的函数。用断裂力学解决裂缝问题的研究，仅仅处于开始阶段，还需要进行大 量的试验及分析研究工作。 5 、数理统计方法 影响裂缝宽度的因素众多，裂缝机理也十分复杂。数十年来己积累了相当多 的研究裂缝问题的试验资料，在此基础上，利用这些已有的试验资料，分析影响 裂缝宽度的各种因素，找出主要因素，舍去次要因素，用数理统计方法给出一个 简单实用而又有一定可靠性的裂缝宽度计算公式，这是近年来国际上研究裂缝宽 度的一个趋向。国内丁大钧等人在裂缝领域做了大量的研究【1 4 】。对于裂缝理论公 式应用中计算十分复杂的情况做了一些简化。如丁大钧曾经建议采取的统一计算 公式： 0 ：如( a l + a 2 旦) 1 ， p 其后在上述集中理论的基础上，国内外学者将裂缝理论进一步丰富，特别是 随着纤维混凝土、型钢梁、纤维布加固梁、高强钢筋高强混凝土梁等多种组合形 式的出现，促进了梁体受弯性能理论的进一步发展。 1 3 2 国内关于h r b 5 0 0 级高强钢筋应用于钢筋混凝土受弯梁的研究 2 0 0 0 年郑州大学钱伟，刘立新等人采用直径5 m m 、6 m m 、8 m m 三种钢筋， 试验制作了受弯平板及受弯梁两类构件。试验研究分析认为，螺旋肋钢筋锚固性 能优良、延性好，其受弯构件具有较好的受力性能及延性表现，认为配置5 0 0 m p a 钢筋的受弯构件可按规范( g b j1 0 8 9 ) 进行设计，钢筋设计强度可以偏于安全取为 3 6 0 m p a ，可广泛用于平板及小梁等非预应力构件。 北京t 业大学t 学硕- j 。学位论文 2 0 0 2 年龚志国，戴国亮等人f 1 6 1 对两根高强钢筋高强混凝土梁和两根预应力 高强混凝土梁在长期荷载作用下的变形进行了试验研究，同时用计算机对两种构 件的长期变形进行了模拟分析，计算中考虑了弯曲变形、剪切变形和高强混凝土 徐变及收缩的影响，与试验结果吻合良好。高强钢筋高强混凝土受弯构件在荷载 的长期效应下，仍然符合平均应变的平截面假定，占。一曲线间仍是平行线性关 系，因此，对此类构件正常使用极限状态的分析仍可以采用普通混凝土的方法， 只是对有关的系数要作相应的调整。使用高强混凝土能显著减小受弯构件在荷载 长期作用下变形的增长。通过对本次试验与以往试验结果的统计分析，高强混凝 土受弯构件长期变形的0 值要比普通混凝土小1 5 , - 一2 5 。因此，建议高强混凝 土受弯构件的长期刚度仍按现行规范( g b j l 0 8 9 ) 计算，但其中的0 值做如下的 修正：当p 7 = 0 时，曰= 1 4 5 1 8 5 ；当p 7 = p 时，0 = 1 2 0 - - 1 5 5 ；当0 p 7 p 时，按线性插值，强度等级较低的c 5 0 ，0 取高值，强度等级较高的c 1 0 0 ，口取 低值。对预应力构件的口取值同上。 2 0 0 4 年郑州大学钱伟，刘立新，徐友邻等人l l7 j 通过对配置h r b 5 0 0 级钢筋 混凝土构件的受弯性能试验研究认为，h r b 5 0 0 级钢筋混凝土构件受弯性能与普 通钢筋混凝土构件相同。受弯构件承载力的计算可以按照混凝土结构设计规范 g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 中受弯构件的正截面的承载力计算公式进行计算，无论取f ，= 4 2 0 m p a 或厂，- 4 0 0 m p a ，采用h r b 5 0 0 级钢筋混凝土受弯构件均具有足够的安 全储备。在正常使用极限状态下，h r b 5 0 0 级钢筋混凝土受弯构件的挠度、裂缝 宽度均可按现行混凝土结构设计规范g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 中规定公式计算，但应 进行适当修正。对于挠度值应乘以扩大系数1 2 5 ，对于最大裂缝宽度计算值应乘 以折减系数0 9 。由于h r b 5 0 0 级钢筋在正常使用极限状态下的工作应力仃。较 大，建议在设计中对h r b 5 0 0 级钢筋混凝土受弯构件进行裂缝宽度验算。 h r b 5 0 0 级钢筋混凝土构件受剪性能试验研究表明，h r b 5 0 0 级钢筋混凝土 构件的受剪性能与普通钢筋混凝土构件相同。受剪承载力可按现行混凝土结构 设计规范g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 中规定的斜截面承载力公式计算。由于h r b 5 0 0 级钢 筋强度较高，作为箍筋使用时应力未能得到充分发挥，破坏时大部分箍筋未能达 到4 0 0 m p a 。建议箍筋屈服强度设计值取f ，- - 3 8 0 m p a 或f ，3 6 0 m p a 。 连续梁的受力性能试验研究表明，由于h r b 5 0 0 级钢筋具有较好的延性，塑 性铰有足够的转动能力，在超静定结构中可形成破坏机构，实现完全的塑性内力 重分布，可用于按考虑塑性内力重分布设计的结构。 2 0 0 4 年郑州大学毛达龄，刘立新等人【1 8 1 通过对7 2 个h r b 5 0 0 钢筋粘结锚固 试件的拉拔试验研究表明：h r b 5 0 0 级钢筋的粘结锚固性能与其它普通带肋( 月 牙纹) 钢筋相同，其设计锚固长度t 扔可按现行混凝土结构设计规范 6 第l 章绪论 ( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 规定的公式计算，其中f ，取4 2 0 m p a 。统计回归分析得到 h r b 5 0 0级钢筋的粘结锚固强度计算公式： l = ( 1 4 1 + 0 5 9 c d + 2 3 7 d t + 2 4 6 p s v ) f t ，其中h r b 5 0 0 钢筋粘结锚固的主要 影响因素及其与粘结强度的关系为：l 混凝土强度的影响关系 毛= 8 8 9 f , - 7 4 72 12 保护层厚度的影响关系l f , = 1 5 9 c d - 0 8 8 ( c d 4 5 ) ； 3 锚固长度的影响关系气f , = 1 5 7 d 乞+ 2 2 8 ；4 横向配箍率的影响关系 f = 2 0 p ，f , 。 2 0 0 6 年武汉理工大学龙炳煌，顾文龙【1 9 运用混凝土力学推导出高强混凝土 梁开裂弯矩基本简化公式：虬= ( 0 2 2 + 5 p ) f o ，b h 2 ，f o ，为混凝土峰值拉应力， p = i 2 1 s 。公式考虑了与高强混凝土有关的3 个特征参数气，( 对应峰值拉应力时 d 甩 的拉应变) 、气( 混凝土极限拉应变，取吒，= 1 5 x 1 0 4 ) 及玎的影响，计算值与 试验值吻合良好。 2 0 0 7 湖南大学徐风波，沈蒲生【2 0 】试验制作了11 根配有h r b 5 0 0 级钢筋的矩 形截面钢筋混凝土梁，通过试验研究得出结论，1 、h r b 5 0 0 级钢筋混凝土梁的 受弯性能与普通钢筋混凝土梁基本相同，对于适筋构件其工作阶段仍可分为三个 阶段：其界限配筋率仍可按现行普通混凝土梁的计算方法计算；适当提高混凝土 强度对裂缝、挠度控制和提高钢筋强度利用率是有利的。2 、采用试验材料的实 测强度按现行规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 公式对本次试验梁的挠度、最大裂缝宽度 和极限承载力试算。结果表明，可按规范的公式计算h r b 5 0 0 级钢筋混凝土 梁正截面承载力和验算正常使用状态下的裂缝宽度和挠度。3 、从受弯极限承载 力、正常使用状态下挠度值和最大裂缝宽度限值角度讨论了钢筋强度设计值f ， 的合理取值。当f ，分别取4 2 0 m p a 、4 3 0 m p a 和4 5 0 m p a 时在承载力上均是完全 满足的，而且有足够的安全储备。钢筋强度设计值分别取4 2 0 m p a 和4 3 0 m p a 时， 由实测挠度推算的长期挠度值4 大多小于计算跨度厶的1 2 0 0 ，满足现行规范对 挠度控制的要求；推算的长期最大裂缝宽度以。大多在0 2 - - 一0 3 m m 之间，满足 现行规范对裂缝控制的要求。而强度设计值取4 5 0 m p a 时正常使用极限状态下钢 筋工作应力盯吐较高，则有多个构件超过挠度和裂缝限值。因此提出按现行规范 计算梁的受弯承载力时无的合理取值为4 3 0 m p a ，材料分项系数以取为1 1 5 。建 议当配筋率大于2 时应进行正常使用状态下挠度和裂缝宽度验算。4 、基于试验， 引入相对承载力刚度修正系数，对现行规范展计算公式进行修正，给出刚度 1 计算公式：b = 6 瑶乞( 卜f ) ( + a e ) p ，适用于适筋矩形截面梁从混凝土开裂 。 到钢筋屈服阶段的挠度计算。 7 北京t 业大学t 学硕十学位论文 2 0 0 7 年青岛理工大学王命平等人1 2 l j 通过对5 根5 0 0 m p a 级带肋碳素钢筋混 凝土简支梁及h r b 3 3 5 、h r b 4 0 0 级钢筋混凝土简支梁各1 根的对比试验，观察 试件的裂缝、挠度、承载力及破坏形态。试验结果认为，5 0 0 m p a 级带肋碳素钢 筋混凝土简支梁正截面符合平截面假定：作为受力主筋强度能充分利用，可采用 “规范 ( g b 5 0 0 10 2 0 0 2 ) 相关公式计算极限弯矩：作为箍筋强度不能充分利用； 挠度的实测值满足“规范”限值要求，但实测值大于计算值，计算值宜乘以增大 系数；实测裂缝宽度较大，但小于计算裂缝宽度，受弯梁的计算长期最大裂缝宽 度较大，应进一步研究梁端约束及拱传力对裂缝宽度计算的影响。 2 0 0 7 年华侨大学王全凤，刘凤谊等人【2 2 】制作试验了三根h r b 5 0 0 级钢筋混 凝土梁，结果认为，h r b 5 0 0 级钢筋混凝土梁与普通的混凝土梁一样，在开裂后 刚度都明显地降低，随着混凝土强度等级或者配筋率的提高，构件的承载力也提 高，规范对受弯构件的承载力计算与试验结果比较吻合，h r b 5 0 0 级钢筋混凝土 受弯构件可以继续沿用规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 中的公式。h r b 5 0 0 级钢筋混凝土 受弯构件的最大裂缝宽度实测值略比计算值小些，比值的平均值为口= 0 8 5 2 ， 裂缝间距实测值也比计算值小，比值的平均值为= 0 8 7 6 ，应对规范中的公式 作出一定的调整，计算与实测的最大裂缝宽度均大于规范的规定，故应加大对 h r b 5 0 0 级钢筋混凝土受弯构件的裂缝验算。试验中梁的挠度实测值比计算值 大，故在设计中应加强对h r b 5 0 0 级钢筋混凝土构件的挠度进行挠度验算，验算 的规范公式应该适当地调整。在实际工程应用中，应加强构件的裂缝宽度和挠度 的控制措施，例如加强养护，尽量采用小直径h r b 5 0 0 级钢筋等等。 2 0 0 7 年王铁成、李艳艳等人【2 3 】对9 根配有5 0 0 m p a 级高强钢筋、混凝土强 度等级c 3 0 、c 4 0 、c 5 0 的矩形截面钢筋混凝土梁进行了受弯性能试验研究( 其 中有两根梁配有蒙皮钢筋) 。研究结果表明，受弯承载力实测值与采用规范公式 计算的计算值比值的平均值为1 0 8 ，变异系数0 0 7 9 ，配有5 0 0 m p a 钢筋的混凝 土梁正截面受弯承载力可按照现行混凝土结构设计规范规定的计算公式进行 计算。当钢筋的屈服强度取值4 2 0 m p a 时，实测弯矩和计算极限弯矩的比值平均 值为1 4 3 ，变异系数0 0 8 9 ，因此当钢筋屈服强度取为4 2 0 m p a 时，采用规范计 算模式计算承载力具有足够的安全储备。正常使用极限状态下，配置5 0 0 m p a 钢 筋的混凝土受弯构件的平均裂缝间距和裂缝宽度均可按混凝土结构设计规范 ( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) q b 的公式计算，但应作适当修正，建议将计算的裂缝宽度值乘以 扩大系数1 2 。本次试验采用5 0 0 m p a 钢筋的混凝土受弯构件在未配置蒙皮钢筋 的情况下不能满足梁在正常使用阶段裂缝宽度限值要求。对于5 0 0 m p a 钢筋混凝 土受弯构件，配置蒙皮钢筋能有效地限制裂缝开展宽度，使裂缝发展均匀细密， 能满足梁在正常使用阶段裂缝宽度限值要求。 上海大学的欧阳煜等人【2 4 】对4 8 个高强钢筋高强混凝土试件进行单调单端拉 第l 章绪论 拔试验，采用h r b 4 0 0 级h r b 5 0 0 两种高强钢筋，混凝土等级c 6 0 。研究分析认 为：1 、对于高强钢筋高强混凝土试件，薄保护层未配箍短试件较易发生混凝土 的劈裂破坏，在结构设计中应避免这种脆性破坏情况，若条件允许，可以增大锚 筋的保护层厚度或锚固长度，若受结构尺寸限制，则需要在锚固段配置箍筋。2 、 与其他基体间粘结性能类似，高强钢筋高强混凝土间的粘结强度随锚固长度减 小、配箍率增大、保护层厚度增大、锚筋屈服强度增大、混凝土强度增大而增大。 这些影响因素对它的影响趋势相同，但是影响幅度不同。3 、以高强钢筋高强混 凝土为基体的荷载滑移曲线在达到最高点后，会发生荷载的陡降过程，c 6 0 混凝 土的陡降幅度在极限荷载的1 0 1 5 ，陡降幅度随混凝土强度的提高而增大。4 、 高强钢筋高强混凝土间的粘结刚度较其它基体大，且退化速度也相对较慢。 同济大学尚世忠等人【2 5 】试验研究认为，配置5 0 0 m p a 细晶粒高强钢筋的混凝 土受弯梁，平截面假定仍然适用，试验梁达到承载力极限时，纵向钢筋抗拉强度 均可屈服。试验数据显示当钢筋应力较低时( 不大于3 0 0 m p a ) 试验梁实测最大 裂缝宽度与按现行规范公式计算的短期最大裂缝宽度符合较好。而当钢筋应力大 于3 0 0 m p a 时按照实测值与计算值偏差较多。结合试验数据提出平均裂缝间距修 d 正公式：乙。= 1 4 5 c + 0 0 7 7 。 ! q 。结合裂缝样本数据，回归得到短期裂缝扩大系 。 以 数为r 。= 1 6 6 。分析认为各级荷载下短期裂缝扩大系数变化范围很小。参照混 凝土结构设计规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 计算模式提出裂缝宽度计算公式： 叱册= o 8 5 等0 。，嵋一= 1 4 0 y 等0 。式中的平均裂缝按上述公式进行计 c jj 算，其余参数参考现行混凝土结构设计规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 。在正常使用 状态下，5 0 0 m p a 梁挠度值与现行规范计算值符合较好。 2 0 0 7 年郑州大学李千等人1 2 6 】根据对4 8 个超细晶粒粘结锚固试件和1 8 个对 肋与错肋钢筋试件的拉拔试验，研究分析认为，超细晶粒钢筋具有强度高、延性 好、与混凝土之间粘结锚固性能良好等特征。对试验数据进行回归分析，认为超 细晶粒( 包括对肋与错肋钢筋) 的粘结锚固强度计算公式与混凝土结构设计规 范粘结锚固专题研究组建议的月牙纹外形热轧钢筋的极限粘结强度计算公式相 一 no ， 同。即：毛= ( o 8 2 + 丢) ( 1 6 + 0 7 + 2 0 凡) z ：超细晶粒钢筋粘结锚固性能与 l ai 口 a 普通热轧带肋钢筋基本相同，其设计锚固长度乞仍可按照现行混凝土结构设计 规范g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 规定的公式计算；钢筋横肋无论是对肋还是错肋均不影响 其粘结锚固性能；建议锚固长度计算公式中混凝土强度等级的上限可以提高到 c 6 0 。 2 0 0 7 年郑州大学冯辉等人口7 】通过对三根采用h r b 5 0 0 级钢筋作为非预应力 9 北京t 业大学丁学硕十学位论文 钢筋的后张有效粘结预应力混凝土梁的试验研究认为，采用h r b 5 0 0 级钢筋作为 非预应力钢筋的后张有粘结预应力混凝土梁具有以下特点：1 、试验梁的受弯过 程中，试验梁的受力性能和裂缝发展规律与普通后张有粘结预应力混凝土梁相 同。在试验梁破坏时，h r b 5 0 0 级钢筋可以达到屈服，能够充分发挥h r b 5 0 0 级 钢筋的高强度特性；2 、试验梁的受弯承载力可以按照现行混凝土结构设计规 范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 规定的正截面受弯承载力的计算公式进行计算。当h r b 5 0 0 级钢筋强度的设计值取4 5 0 m p a 时，采用规范公式计算的正截面受弯承载力 具有足够的安全储备；3 、采用h r b 5 0 0 级钢筋作为非预应力钢筋的后张有粘结 预应力混凝土梁可以按照现行混凝土结构设计规范( g b 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ) 规定的计 算公式进行抗裂验算，平均裂缝间距与最大裂缝宽度可以按照现行混凝土结构 设计规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 规定的计算公式进行计算；4 、通过对试验梁在各级 弯矩下实测的跨中短期挠度与按照现行规范公式计算的短期挠度的对比分析，结 果表明采用h r b 5 0 0 级钢筋作为非预应力钢筋的后张有粘结预应力混凝土梁的 挠度可以按照现行混凝土结构设计规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 规定的计算公式进行 计算，且有较大的富余量和安全度；5 、h r b 5 0 0 级钢筋作为非预应力钢筋的后 张有粘结预应力混凝土梁在达到破坏标志时，承载力仍能继续有少量增加，破坏 时挠度变形比较大，表现出了良好的延性变形破坏特征，属于延性破坏。 2 0 0 7 年郑州大学胡丹丹等人1 2 8 】对四根配置5 0 0 m p a 级折线先张法预应力混 凝土梁构件的受力性能试验研究表明，构件截面混凝土应变基本上符合平截面假 定。5 0 0 m p a 级折线先张法预应力混凝土梁仍然可按现行混凝土结构设计规范 g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 中受弯构件的正截面的承载力计算公式计算，取钢筋强度设计值 为f ，= 4 5 0 m p a 时，采用5 0 0 m p a 级的先张法折线形混凝土构件均有足够的安全 储备。在正常使用极限状态下，5 0 0 m p a 级折线先张法预应力混凝受弯构件的 挠度、裂缝间距、裂缝宽度均可按现行混凝土结构设计规范g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 中规定公式计算。由于5 0 0 m p a 级钢筋在正常使用极限状态下的工作应力盯。较 大，建议在设计中对5 0 0 m p a 级折线先张法预应力混凝土受弯构件进行裂缝宽度 验算。5 0 0 m p a 级折线先张法预应力混凝土梁构件整个试验过程和最后的破坏形 态来看，先张法折线形预应力混凝土梁受力性能稳定，且在加载后期表现了良好 的延性变形特征。 综