【《装配式组合梁静力性能分析案例》4600字】

IV装配式组合梁静力性能分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u16831装配式组合梁静力性能分析案例 1217481.1试验目的与意义 1117991.2加载方案 1252441.2.1极限承载力估算 1237291.2.2试验加载方法 2248881.2.3测点布置与测试内容 336441.3静力加载试验结果与分析 7242171.3.1静力破坏现象及特征 745381.3.2静力加载试验结果 9试验目的与意义本次试验对1片装配式组合试验梁进行静载破坏试验，确定试验梁的静力破坏特征及抗弯承载力，分析试验梁结合的滑移量、各测点挠度、各掀起测点随跨中集中荷载增加的变化规律；同时对组合梁进行应变测试，分析试验梁跨中截面应变与螺栓连接件应变随跨中集中荷载增加的变化规律。加载方案极限承载力估算根据材料试验结果，钢梁的屈服强度为fy=267MPa，极限强度f=363MPa，弹性模量取为Es=2.06×105MPa；螺栓的屈服强度取为fy=500MPa，极限抗拉强度取为fu=847MPa；C50混凝土抗压强度为46MPa~51MPa，弹性模量为Ec=3.45×104MPa。为了计算试验梁的极限抗弯承载力，在下列计算中，将钢梁的强度设计值用其屈服强度fy=267MPa代替，混凝土的抗压强度设计值用其最小极限抗压强值fcd=46MPa代替。按照截面塑性抗弯承载力进行计算。钢梁截面面积As=2945.5mm2，钢材的强度设计值fd=267MPa。在计算截面塑性抗弯承载力时，按照组合梁的塑性中性轴位置不同，须按两种类型分别计算。由判断式：得知塑性中性轴位于混凝土翼板内，钢梁全部处于受拉状态。属于第一类型截面（x≤hd）。故可以令截面上所有的力水平投影之和为零，得：进而由截面上所有力对受压区混凝土合力作用点取矩的平衡条件，得：其中Z为钢梁截面应力合力作用点至混凝土受压区应力合力作用点之间的距离：。故截面塑性抗弯承载力为：在实际试验中，采用单点加载，加载的力为P，令，得：由以上计算可知，螺栓试验梁极限承载力大小约176kN。试验加载方法试验梁均为简支，一侧采用铰支座，另一侧采用滚动支座。梁两端支座下垫厚钢板，并用水准尺找平。静载试验的加载程序分为三个阶段：预载、标准荷载、破坏荷载，加载程序如图3-1所示。图3-1静载试验加载程序预载的目的是为了使试件各部位接触良好，检查观测仪表是否工作正常。装配式组合梁采用跨中单点加载，加载示意图如图3-2所示：图3-2试验梁加载示意图测点布置与测试内容静力试验主要测试内容包括：荷载测试；跨中、L/4处的竖向挠度测试；跨中、L/4、支座处的滑移量测试；组合梁梁端掀起测试；跨中处组合梁应变测试；螺栓应变测试。本次试验采用的测试仪器为：液压式压力试验机，见图3-3。图3-3液压式压力试验机本次试验掀起及滑移量测试采用普通位移计，见图3-4。布置方式是由位移计固定支架将其固定在钢梁上，将位移计测试指头对准粘贴在混凝土下缘板的槽钢光滑面上，见图3-5。固定支架有两种，见图3-6.图3-4普通位移计图3-5普通位移计布置方式（a）（b）图3-6位移计固定支架本次试验梁端滑移量测试采用激光位移计，见图3-7。布置方式是将激光位移计红外线仪粘在磁力固定支架上面，再将磁力固定支架吸附在钢梁腹板处，红外线照射位置为粘贴在混凝土下缘板的槽钢光滑面，实际测试方式见图3-8。图3-7激光位移计图3-8激光位移计布置方式跨中挠度测试采用拉线位移计，见图3-9。布置方式是在组合梁跨中钢梁下缘板上外接铁钉，由拉线位移计上部拉线接在铁钉处，实际测试方式见图3-10。图3-9拉线位移计图3-10拉线位移计布置方式对于本次试验中的应变测试，采用两种不同大小的应变片，分别是基长8×4.5mm的BX120-5AA与基长56×5.2mm的BX120-80AA的高精度电阻式应变片，见图3-11、图3-12。图3-11BX120-80AA应变片图3-12BX120-5AA应变片8×4.5mm的BX120-5AA应变片用于螺栓应变测试与跨中钢梁截面应变测试，56×5.2mm的BX120-80AA应变片用于跨中混凝土截面应变测试，测试布置见图3-13、图3-14。图3-13螺栓应变片布置方式图图3-14跨中应变布置方式图试验加载过程中，对组合梁混凝土板进行观测，使用如图3-15裂缝观测仪，对混凝土板裂缝进行观测记录。图3-15裂缝观测仪滑移量测点布置如图3-16：图3-16静力试验滑移量测点布置挠度测点布置如图3-17：图3-17静力试验挠度测点布置掀起测点布置如图3-18：图3-18静力试验掀起测点布置应变测试主要采用短标距电阻应变片。其测试精度较高。但是电阻应变片受温度影响较大，需专门设置温度补偿片。同时对应变片做防水处理。应变片布置如图3-19：螺栓应变片测点布置（b）跨中截面应变片测点布置（c）跨中底板中点测点布置图3-19静力试验应变片测点布置静力加载试验结果与分析静力破坏现象及特征试验结果显示组合梁发生了弯曲破坏。试验过程中，钢梁与混凝土板表现出良好的协同作用，随着荷载增加，混凝土板与钢梁界面分离，出现微小滑移，然后荷载增加跨中钢梁首先进入屈服阶段，后荷载不断增加，最后表现为混凝土板上缘被压碎破坏。试验梁极限承载力Pu=176kN，与理论计算结果176kN完全一致，这进一步证明了弹塑性理论的正确性。组合梁具体破坏过程如下：试验初期，施加荷载力大小与组合梁跨中挠度基本呈线性关系。当试验力加载到0.17Pu时，开始听见微小声音，此时混凝土板与钢梁界面脱开，开始产生滑移；当试验力加载到0.51Pu时，跨中混凝土板出现第一条裂缝，裂缝从混凝土板下缘开始向上延展，最大处为0.03mm，此时裂缝并未贯穿至上缘板；当试验力加载到0.68Pu时，试验梁开始进入屈服阶段，跨中出出现多条从混凝土下缘板延展的竖向裂缝；随着试验力增加，旧裂缝不断延展，新裂缝逐渐产生，一些旧裂缝已经贯穿混凝土板上下缘；当试验力加载到0.90Pu时，跨中混凝土已经出现较多较大裂缝，并且上部混凝土开始出现被压碎的现象；当试验力加载到0.96Pu时，上部混凝土已经几近被完全压碎的状态，部分边缘混凝土已经剥落，最后到达极限荷载时，混凝土出现大面积剥落，跨中挠度为44mm。图3-20静力试验加载图（a）组合梁跨中正面（b）组合梁跨中背面（c）组合梁跨中上面图3-21静力试验跨中破坏图静力加载试验结果（1）荷载-挠度曲线图3-22为1/4跨、1/2跨挠度与荷载的关系，由图可以看出，荷载-挠度曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段、破坏阶段。在弹性阶段，试验力大小与挠度呈线性关系，直至组合梁进入屈服；由图可知在荷载达到0.68Pu时图像走势产生显著变化，此时进入弹塑性阶段，挠度与荷载呈现出非线性关系，在试验过程中就表现为混凝土板出现多条明显开裂，挠度增长速度开始变快，此时组合梁各构件受力发生显著变化，原先由混凝土板承受的力逐渐向钢梁过度，组合梁截面刚度下降，发生内力重分布现象；随后荷载-挠度曲线逐渐进入塑性阶段，曲线趋于平缓，随着荷载缓慢增加，位移发生明显增大；最后组合梁达到极限承载力，混凝土上缘被压碎破坏，大面积混凝土剥落，组合梁无法再承受更多荷载，曲线迅速下降。由图3-22可知1/4跨极限挠度为22mm，1/2跨极限挠度为44mm。1/2跨极限挠度为1/4跨极限挠度的2倍，故试验结果符合一般规律。图3-22荷载-挠度曲线图（2）荷载-滑移曲线对组合梁半跨内的滑移量进行测试与分析，图3-23是半跨内3个测点的荷载-滑移曲线。1号滑移曲线为混凝土板端部滑移量，2号滑移曲线为混凝土板1/8跨的滑移量，3号滑移曲线为混凝土板1/4跨的滑移量。由图可知，荷载达到30kN时开始产生滑移；越靠近跨中，混凝土板与钢梁上翼缘的滑移量越小，最大滑移量发生在混凝土板端部；荷载和滑移量基本呈线性关系，故可知螺栓一直在线弹性阶段。直接静力加载下，组合梁界面滑移量最大值达到2mm。图3-23荷载-滑移量曲线图（3）荷载-掀起曲线对混凝土板端部进行荷载-掀起测试，处理数据得到如下荷载-掀起曲线图。由图3-24可知在试验力加载全程，混凝土板端部掀起都十分微小，未超出1mm；在试验力加载初期，图像为平缓上升曲线，代表着随着荷载缓慢增加，混凝土板端部掀起度迅速上升，在荷载达到20kN时，混凝土板端部掀起已接近0.75mm；在这之后的时期，两者间的线性关系快速变化，图像为斜率很大的上升曲线，代表着随着荷载大幅度增加，掀起增加量一直很小；当达到极限承载力176kN时，掀起大小为0.97mm。图3-24荷载-掀起曲线图（4）荷载-应变曲线本次试验对多个位置进行了应变测试，下面依次进行阐述：①螺栓应变测试：试验对靠近钢梁端部螺栓、靠近钢梁1/4跨处螺栓、临近钢梁跨中处螺栓进行了应变测试，由于试验中不可避免的误差，导致靠近钢梁端部螺栓应变“死亡”，故图3-25展示靠近钢梁1/4跨处螺栓、临近钢梁跨中处螺栓的荷载-应变关系曲线。可以看出两处螺栓的荷载-应变曲线走向基本类似，在荷载加载前期，都成线性变化，不同的是在刚开始加载的时候（即30kN以前），跨中处螺栓一开始产生了很微小的压应变，猜测是螺栓过于临近加载点位置，由于荷载作用对现浇混凝土中的螺栓产生了微小的挤压，故应变片反应为微小压应变。随着荷载增加，应变曲线恢复正常走向，与靠近钢梁1/4跨处螺栓的应变曲线走向基本一致。在荷载达到120kN以前，1/4跨处螺栓的应变始终比跨中处螺栓应变大，推测这与1/4跨处、跨中位置处会产生不同的界面滑移量有一定关系，从上文荷载-滑移量关系图可以知道越靠近端点处滑移量越大，故产生的拉应变也会较大一些。在荷载达到120kN时，图形走势发生变化，从前文可以得知，这时荷载已经达到了0.68Pu，组合梁整体已经进入的屈服阶段，此时的螺栓荷载-应变曲线走势也趋于缓和，1/4跨处与跨中螺栓的应变大小相差不大，跨中处螺栓的应变甚至略微高于1/4跨处螺栓的应变大小。图3-25荷载-应变曲线图（螺栓连接件）②组合梁跨中截面应变测试：试验对装配式钢-混凝土组合梁跨中截面进行了应变测试，在组合梁跨中位置的混凝土板与钢梁腹板上各选取上、中、下三个测试点。数据处理后得到图3-26，可以发现装配式组合梁整体性良好，荷载-应变曲线基本沿0点处Y轴对称，同时混凝土板与钢梁上、中、下的荷载-应变曲线走向相同。混凝土板截面上缘压应变大于钢梁截面上缘压应变；钢梁截面下缘拉应变大于混凝土板截面下缘拉应变。图3-26荷载-应变曲线图（组合梁截面）下面对组合梁上部混凝土板与下部钢梁上的应变测试进行分别讨论。混凝土板截面应变：试验对混凝土板截面进行了应力测试，对截面上、中、下三处的应变进行处理，得到了图3-27。试验中，在荷载加载到0.68Pu时，混凝土板下缘产生多条裂缝，导致应变片受损破坏推出工作，故这里只讨论在组合梁屈服阶段之前的荷载-应变曲线。在跨中集中力作用下，混凝土板跨中截面上缘受压，图中反映为压应变，随着荷载增加呈线性增长；混凝土板跨中截面中间处因为是中和轴位置，应变变化较小，虽因为产生应力重分布现象而导致有一点变化，但整体来看变化并不大；混凝土板跨中截面下缘受拉，反映为拉应变，荷载初期呈线性增长，在荷载达到50kN以后，应变增加速度变快，推测是由于这时的混凝土板下缘即将产生裂缝，使得拉应变增加速度变快。图3-27荷载-应变曲线图（混凝土板截面）同时在分析混凝土跨中截面荷载-应变曲线图基础上，绘制了混凝土截面应变分布图，如图3-28通过10kN、30kN、50kN、80kN、100kN时对应的上下缘应变变化，不难发现，在加载过程中，混凝土板中和轴发生上移。这是由于下缘混凝土开裂退出工作，使得原先由下缘混凝土承担的力分担给了上部混凝土，这就发生了应力重分布现象，中和轴上移。图3-28混凝土截面应变分布图钢梁截面应变：对钢梁跨中腹板处测试应变，得到了图3-29。其规律变化与混凝土板截面荷载-应变基本相同。钢梁截面上部与下部荷载-应变曲线在荷载增加前期都呈线性增加，且下部应变增加速度较快。截面中部