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【摘要】本文通过对5根后张法预应力超高混凝土简支梁进行受剪试验来研究和分析预应力超高强混凝土梁的剪切延性。试验结果表明，预应力超高强混凝土的剪延性受试验梁的剪跨比、配箍率、混凝土强度、预应力等因素的直接影响。本试验结果对工程设计具有一定的参考价值。
【关键词】预应力；超高强混凝土梁；剪切延性；挠度
随着高层建筑、公路工程建设项目的数量的不断增加和规模的不断扩大，随着建筑工程项目性能要求的不断提高，对施工质量也提出了更高的要求。超高强混凝土以其高抗压强度、优质的耐久性、截面尺寸易控等优势，在我国的高层建筑、公路桥梁工程建设等领域被广泛应用。预应力超高强混凝土梁具有超高的强度，而且具有良好的延性，在应用过程中脆性破坏率低，采用此种材料结构的建筑和工程在内力重分布和抗震方面表现良好。
延性指的是材料、结构体系受荷载作用的影响进入非线性的状态，承载力没有明显变化的情况下所表现出来的抗变形的能力。从国内外对预应力高强混凝土的延性分析来看，主要侧重于对受弯构件的延性进行研究和分析，并且已经取得了一定的成果。但是从地震荷载的角度分析，受地震荷载的作用，混凝土构件的剪切破坏相对更为多发，破坏程度也更为严重，重视对剪切延性的研究对于提高混凝土梁的强度和抗变形能力有积极的意义。本文为了检验已有的混凝土结构延性计算方法是否对预应力超高强混凝土梁同样适用，以5根预应力超高强混凝土梁为研究对象进行斜截面受剪性能的试验。对影响预应力超高强混凝土梁的剪切延性的因素，如剪跨比、配箍率、预应力强度等进行研究分析。
1、试验基本情况
本试验以5根预应力超高强混凝土梁作为试验对象，截面尺寸为150mm×330mm。剪跨比为1.5、2.0和2.5。5根混凝土梁的强度等级分别为C40、C70和C100；受拉钢筋为HRB335级的钢筋，3根试验混凝土梁的钢筋直径为20mm，365N/mm2的屈服强度；试验梁的箍筋使用的是HPB235级钢筋，直径为6.5mm，330N/mm2的屈服强度；试验梁的预应力筋使用的试1860级钢绞线；选择使用低回缩预应力锚具，主要对试验梁的剪跨比、配箍率、混凝土强度和预应力进行试验测量。
2、试验加载和测点方案设计
见上图1所示，为了对箍筋的应变进行测量，在加载点和箍筋上装置应变片；为了对钢筋应变进行测量，在纵筋和预应力筋上装置应变片；为了对梁的主应变进行测量在试验梁的两个剪跨段内布设应变片；为了对梁的整体变形进行测量，在梁跨的支座位置和中底部位设置LVDT。试验的加载制度采用分级单调静力加载，利用千斤顶对梁的跨中进行载荷施加，采用IMC进行数据采集。
3、试验结果分析
3.1试验表现与结果
在加载的初始阶段，试验梁在弹性阶段，直到加载超过梁极限荷载的30%时，在加载点的正下方开始有弯曲裂缝出现。随着荷载的逐渐增加，在剪跨区出现纵向的弯曲裂缝。荷载达到荷载的50%，突然在预应力钢筋位置出现斜裂缝，荷载加大，裂缝随之加大。当裂缝扩大到荷载作用点，向支座方向延伸发展时，斜截面的承载达到了极限。在试验的过程中，最先屈服的是箍筋，纵筋发生剪压破坏。
3.2荷载-挠度曲线分析
参见上图2试验梁跨中截面荷载-挠度曲线，试验梁的荷载达到极限荷载的30%以内，挠度的增长态势呈线性，梁处于弹性阶段。当荷载超过极限荷载的30%以后开始出现弯曲裂缝，曲线出现拐点，达到极限荷载的50%以后，挠度增加加快，裂缝逐渐扩大，梁处于弹塑性阶段。当荷载超过极限荷载的85%，梁开始屈服，出现明显的屈服点；当达到梁承载的极限后，梁的承载能力突然降低，挠度增长呈现缓慢的态势。在试验梁当中都布设了纵筋，这使超高强混凝土材料的脆性破坏特点得到有效的改善。在荷载达到极限以后，挠度曲线的位移有微小的增加，可见如果对梁忠配置的纵筋的配筋率进行增加调整，对于改善超高强混凝土梁的脆性破坏，提高其刚度和抗弯性能十分有利。
3.3剪切延性系数分析
3.3.1剪跨比的影响
根据本次试验结果的分析，试验梁的剪跨比增加，剪切延性系数也随之增加，究其原因是因为随着剪跨比的增加，与临界斜裂缝相交的箍筋肢数增加，从而耗能作用增多。剪跨比大的试验梁在达到荷载极限后，荷载下降的速度相对慢些，这也表示其剪切延性有所增强。
3.3.2配箍率的影响
随着配箍率的增加，梁的剪切延性得以提高，当剪切斜裂缝出现后，受箍筋的约束和拉结作用，斜裂缝的发展受到抑制。由此可见，适当的将箍筋的数量增加，能够对梁的变形能力有效的改善，提高梁的剪切延性。
3.3.3混凝土强度的影响
从试验的结果来看，当梁剪跨比为1.5时，混凝土强度增加时，梁的剪切延性提高了13%左右。当梁的剪跨比提高到2.0时，混凝土强度提高20%左右。也就是说对于混凝土材料本身而言，其强度增加导致其脆性增大，但是延性却也随之提高，可见混凝土强度的提高对于剪切延性的增加具有一定的效果。
3.3.4预应力的影响
梁的剪跨比为1.5时，预应力从初始的0逐渐增加到0.42，剪切延性系数降低了35%左右，由此可以得出，预应力的不断增加使得试验梁的变形能力随之逐渐降低，剪切延性相应的随之降低。
4、结论
通过本文的试验可以得出，预应力超高强混凝土梁剪切延性与梁的剪跨比、配箍率、混凝土强度以及预应力的大小等因素有直接的关系，前三者因素的增加，剪切延性也随之提高，只有预应力的提高会导致剪切延性的降低。
参考文献
[1]蒲心诚.超高强高性能混凝土[M].重庆：重庆大学出版社，2012.
[2]王文炜，李果，韩武钦.FRP加固钢筋混凝土粱非线性有限元分析[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2012，31（2）.
[3]毛伟，贾金青.分离模型预应力混凝土梁数值模拟[J].铁道建筑，2011（7）.
【关键词】预应力；超高强混凝土梁；剪切延性；挠度
随着高层建筑、公路工程建设项目的数量的不断增加和规模的不断扩大，随着建筑工程项目性能要求的不断提高，对施工质量也提出了更高的要求。超高强混凝土以其高抗压强度、优质的耐久性、截面尺寸易控等优势，在我国的高层建筑、公路桥梁工程建设等领域被广泛应用。预应力超高强混凝土梁具有超高的强度，而且具有良好的延性，在应用过程中脆性破坏率低，采用此种材料结构的建筑和工程在内力重分布和抗震方面表现良好。
延性指的是材料、结构体系受荷载作用的影响进入非线性的状态，承载力没有明显变化的情况下所表现出来的抗变形的能力。从国内外对预应力高强混凝土的延性分析来看，主要侧重于对受弯构件的延性进行研究和分析，并且已经取得了一定的成果。但是从地震荷载的角度分析，受地震荷载的作用，混凝土构件的剪切破坏相对更为多发，破坏程度也更为严重，重视对剪切延性的研究对于提高混凝土梁的强度和抗变形能力有积极的意义。本文为了检验已有的混凝土结构延性计算方法是否对预应力超高强混凝土梁同样适用，以5根预应力超高强混凝土梁为研究对象进行斜截面受剪性能的试验。对影响预应力超高强混凝土梁的剪切延性的因素，如剪跨比、配箍率、预应力强度等进行研究分析。
1、试验基本情况
本试验以5根预应力超高强混凝土梁作为试验对象，截面尺寸为150mm×330mm。剪跨比为1.5、2.0和2.5。5根混凝土梁的强度等级分别为C40、C70和C100；受拉钢筋为HRB335级的钢筋，3根试验混凝土梁的钢筋直径为20mm，365N/mm2的屈服强度；试验梁的箍筋使用的是HPB235级钢筋，直径为6.5mm，330N/mm2的屈服强度；试验梁的预应力筋使用的试1860级钢绞线；选择使用低回缩预应力锚具，主要对试验梁的剪跨比、配箍率、混凝土强度和预应力进行试验测量。
2、试验加载和测点方案设计
见上图1所示，为了对箍筋的应变进行测量，在加载点和箍筋上装置应变片；为了对钢筋应变进行测量，在纵筋和预应力筋上装置应变片；为了对梁的主应变进行测量在试验梁的两个剪跨段内布设应变片；为了对梁的整体变形进行测量，在梁跨的支座位置和中底部位设置LVDT。试验的加载制度采用分级单调静力加载，利用千斤顶对梁的跨中进行载荷施加，采用IMC进行数据采集。
3、试验结果分析
3.1试验表现与结果
在加载的初始阶段，试验梁在弹性阶段，直到加载超过梁极限荷载的30%时，在加载点的正下方开始有弯曲裂缝出现。随着荷载的逐渐增加，在剪跨区出现纵向的弯曲裂缝。荷载达到荷载的50%，突然在预应力钢筋位置出现斜裂缝，荷载加大，裂缝随之加大。当裂缝扩大到荷载作用点，向支座方向延伸发展时，斜截面的承载达到了极限。在试验的过程中，最先屈服的是箍筋，纵筋发生剪压破坏。
3.2荷载-挠度曲线分析
参见上图2试验梁跨中截面荷载-挠度曲线，试验梁的荷载达到极限荷载的30%以内，挠度的增长态势呈线性，梁处于弹性阶段。当荷载超过极限荷载的30%以后开始出现弯曲裂缝，曲线出现拐点，达到极限荷载的50%以后，挠度增加加快，裂缝逐渐扩大，梁处于弹塑性阶段。当荷载超过极限荷载的85%，梁开始屈服，出现明显的屈服点；当达到梁承载的极限后，梁的承载能力突然降低，挠度增长呈现缓慢的态势。在试验梁当中都布设了纵筋，这使超高强混凝土材料的脆性破坏特点得到有效的改善。在荷载达到极限以后，挠度曲线的位移有微小的增加，可见如果对梁忠配置的纵筋的配筋率进行增加调整，对于改善超高强混凝土梁的脆性破坏，提高其刚度和抗弯性能十分有利。
3.3剪切延性系数分析
3.3.1剪跨比的影响
根据本次试验结果的分析，试验梁的剪跨比增加，剪切延性系数也随之增加，究其原因是因为随着剪跨比的增加，与临界斜裂缝相交的箍筋肢数增加，从而耗能作用增多。剪跨比大的试验梁在达到荷载极限后，荷载下降的速度相对慢些，这也表示其剪切延性有所增强。
3.3.2配箍率的影响
随着配箍率的增加，梁的剪切延性得以提高，当剪切斜裂缝出现后，受箍筋的约束和拉结作用，斜裂缝的发展受到抑制。由此可见，适当的将箍筋的数量增加，能够对梁的变形能力有效的改善，提高梁的剪切延性。
3.3.3混凝土强度的影响
从试验的结果来看，当梁剪跨比为1.5时，混凝土强度增加时，梁的剪切延性提高了13%左右。当梁的剪跨比提高到2.0时，混凝土强度提高20%左右。也就是说对于混凝土材料本身而言，其强度增加导致其脆性增大，但是延性却也随之提高，可见混凝土强度的提高对于剪切延性的增加具有一定的效果。
3.3.4预应力的影响
梁的剪跨比为1.5时，预应力从初始的0逐渐增加到0.42，剪切延性系数降低了35%左右，由此可以得出，预应力的不断增加使得试验梁的变形能力随之逐渐降低，剪切延性相应的随之降低。
4、结论
通过本文的试验可以得出，预应力超高强混凝土梁剪切延性与梁的剪跨比、配箍率、混凝土强度以及预应力的大小等因素有直接的关系，前三者因素的增加，剪切延性也随之提高，只有预应力的提高会导致剪切延性的降低。
参考文献
[1]蒲心诚.超高强高性能混凝土[M].重庆：重庆大学出版社，2012.
[2]王文炜，李果，韩武钦.FRP加固钢筋混凝土粱非线性有限元分析[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2012，31（2）.
[3]毛伟，贾金青.分离模型预应力混凝土梁数值模拟[J].铁道建筑，2011（7）.