李志雙 楊國(guó)華 房其娟

山東協(xié)和學(xué)院 山東 濟(jì)南 250109

目前對(duì)RPC構(gòu)件抗彎性能及穩(wěn)定性研究較多，有學(xué)者就研究RPC梁抗彎性能，如UHPC預(yù)應(yīng)力梁。此外，還有部分要研究人員注重分析RPC構(gòu)件受彎的機(jī)理，從構(gòu)件截面受拉區(qū)域的方式，分析RPC貢獻(xiàn)正截面所受到的承載力，分析其剛度、裂縫參數(shù)等數(shù)據(jù)。但目前研究這個(gè)對(duì)HRB500鋼筋RPC構(gòu)件抗彎及穩(wěn)定性性能研究較少，以下就對(duì)其作進(jìn)一步研究分析。

1 .高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土構(gòu)件抗彎性能研究

1.1 試驗(yàn)情況

（1）材料

42.5級(jí)硅酸鹽水泥

微硅粉

石英砂（φ0.16-1.25mm）

鋼纖維（φ=0.22mm，長(zhǎng)12-15mm，抗拉強(qiáng)度在2800MPa以上）

高效聚羥基減水劑

配合比為：水泥（1）：微硅粉（0.18）：石英砂（1.17）：高效減水劑（0.02）：鋼纖維（0.13）：水（0.19），RPC參數(shù)為：抗壓強(qiáng)度120MPa，彈性模量：4.52x104Ma。

選擇HRB400、HRB500兩種鋼筋。

（2）制備

共制作20根RPC.

（3）加載方案及測(cè)點(diǎn)

該試驗(yàn)圍繞《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50152-2012）為標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)。以千斤頂分級(jí)加載，梁跨設(shè)3位移計(jì)，觀測(cè)梁撓度。梁底混凝土純彎段設(shè)6應(yīng)變片，跨中側(cè)面混凝土均勻布置5-6應(yīng)變片，純彎段鋼筋應(yīng)變片間距控制為150mm，測(cè)試混凝土及鋼筋應(yīng)變。以DH316靜態(tài)應(yīng)變儀，加載及測(cè)點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

（1）梁破壞結(jié)果

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)各梁均有受彎排，少筋梁在RPC開(kāi)裂后，其荷載增加，鋼筋斷裂；適筋梁純彎段發(fā)生的變化為，其縱向會(huì)向鋼筋屈服，之后RPC受力發(fā)生碎裂。而超筋梁純彎段和適筋梁純彎段有明顯區(qū)別，其鋼筋并未屈服，但是受壓的RPC會(huì)突然被破壞；無(wú)筋梁出現(xiàn)開(kāi)裂后，其自身荷載增加，鋼纖維拔出，梁在加載點(diǎn)、純彎段會(huì)斷裂。

（2）裂縫發(fā)展分布

試驗(yàn)中觀察梁體裂縫產(chǎn)生及發(fā)展：

適筋梁：分級(jí)加載到開(kāi)裂荷載，純彎段跨中、加載點(diǎn)出現(xiàn)1-3條豎向裂縫，寬0.01-0.02mm。荷載增加，裂縫向梁受壓邊緣蔓延，底面裂縫向底面軸心延伸，純彎段及加載點(diǎn)有更多裂縫，裂縫間距小、寬度增加。屈服荷載時(shí)，構(gòu)成1-2主裂縫，之后裂縫越來(lái)越寬，但裂縫數(shù)量基本不發(fā)生變化。持續(xù)受壓，RPC被壓碎，梁受到破壞。

少筋梁：裂縫出現(xiàn)后延伸到梁高2/3，荷載增加，裂縫也加寬且向上延伸。梁受到破壞則鋼纖維從基體內(nèi)被拔出，梁被破壞呈現(xiàn)出延性特點(diǎn)。

超筋梁：超筋梁早期接縫發(fā)展和適筋梁基本一致，但荷載到0.4-0.5倍極限荷載后無(wú)新裂縫產(chǎn)生，已有裂縫寬度緩慢增加，向上緩慢延伸。繼續(xù)加載，梁上RPC被破壞。

1.3 極限抗彎承載力

考慮到抗彎承載力理論分析復(fù)雜，多針對(duì)受力合力作用區(qū)域及合力穩(wěn)定原則，將應(yīng)力分布等效成矩形圖，為設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，由水平力平衡條件、彎矩平衡條件得到：

其中：以Mu表示RPC受彎的極限彎矩，x表示等效受壓區(qū)的高度儀，k為受拉區(qū)等效系數(shù)，其他參數(shù)見(jiàn)《鋼筋活性粉末混凝土簡(jiǎn)支梁正截面受力性能試驗(yàn)研究》（鄭文忠，李莉，盧姍姍）。解析（1）、（2），得到具體的等效受壓區(qū)高度、受拉區(qū)等效系數(shù)。少筋RPC，其極限載荷時(shí)受拉區(qū)開(kāi)案寬度的，超筋RPC實(shí)際的裂縫開(kāi)展寬度不算大，但是其鋼筋處于未屈服狀態(tài)，承載力由RPC抗壓強(qiáng)度控制，得到的k為負(fù)值，不予考慮。適筋梁RPC抗拉強(qiáng)度大，計(jì)算承載力需考慮拉區(qū)RPC作用，k取0.24。最終計(jì)算發(fā)現(xiàn)，以該方式計(jì)算得到極限彎矩值，數(shù)值和試驗(yàn)結(jié)果有一定誤差，但誤差較小，最大誤差在17%，Mu，t、Mu，c平均為1.08，標(biāo)準(zhǔn)差0.058，變異系數(shù)0.054，表明該計(jì)算方式可準(zhǔn)確應(yīng)用到RPC梁設(shè)計(jì)及工程正截面極限荷載運(yùn)算中。

2 .高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土構(gòu)件穩(wěn)定性分析

2.1 試驗(yàn)分析

文章以活性粉末混凝土矩形板作為研究對(duì)象，矩形板高厚比、寬厚比、邊界條件為參數(shù)。板厚t=25mm，高厚比（a/t）處于36-48mm范圍，寬厚比（b/t）范圍為21.15-45.83mm。設(shè)19個(gè)試件。

實(shí)驗(yàn)裝置：活性粉末混凝土矩形板開(kāi)展屈曲試驗(yàn)，用φ=12cm的螺桿將加載支架固定到地面，水平橫梁以螺栓固定到支架上。確保水平衡量處于水平位置。加載時(shí)水平衡量約束加載梁，確保加載梁垂直。

測(cè)點(diǎn)布置：測(cè)點(diǎn)的布置以專(zhuān)業(yè)的靜態(tài)應(yīng)變儀輔助，這里選用DH3816型號(hào)的靜態(tài)應(yīng)變儀，將不同荷載影響下的法向位移都記錄下來(lái)，而后觀察板材在整個(gè)過(guò)程中發(fā)生的變化。荷載方面，計(jì)算屈服荷載和極限荷載，二者均可以通過(guò)專(zhuān)業(yè)的壓力傳感器讀數(shù)得到數(shù)據(jù)參數(shù)。之后分析法向位移，其板的側(cè)邊無(wú)約束，則沿板豎軸中心線均勻布置5位移計(jì)，若板側(cè)邊采用的為兩/一邊簡(jiǎn)支方式，則可以得到橫軸、豎軸的中心線位置。

加載的具體操作為：在試驗(yàn)開(kāi)始前，需要做好一系列準(zhǔn)備工作，如分配梁、千斤頂作幾何、物理對(duì)中等，完成之后才能進(jìn)行預(yù)加工，對(duì)試件加載，預(yù)加荷載設(shè)置為預(yù)估的15%，之后檢查加載的儀器、設(shè)備是否正常工作，要控制彈性變形出現(xiàn)，無(wú)誤后可以正常加載。加載采取分級(jí)加荷的方式，每個(gè)級(jí)別的加荷極限為5%，基本達(dá)到極限荷載后，要減小荷載的分級(jí)，控制每一級(jí)別的荷載持荷時(shí)間為10min-15min范圍。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行上述試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)板材都為屈曲破壞。經(jīng)試驗(yàn)得到：對(duì)于邊界及尺寸基本一致的板材，其自身屈曲荷載及破壞荷載也并不相同，主要是鋼材質(zhì)的原子排列影響下，粉末性混凝土屬于多孔材料，且其質(zhì)地并不均勻，自身質(zhì)量有一定缺陷問(wèn)題；再者，活性粉末混凝土矩形板制作中，板材厚度較小的情況下，內(nèi)部可能也有一定氣泡，在運(yùn)輸顛簸過(guò)程中，板材氣泡被震出，導(dǎo)致板材出現(xiàn)眾多微小的裂縫。而在板材后期養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，就可能出現(xiàn)初彎曲，導(dǎo)致屈曲荷載及破壞荷載發(fā)生明顯變化。試驗(yàn)加載過(guò)程中，必須準(zhǔn)備保障板材垂直、分配梁完全垂直并不現(xiàn)實(shí)，導(dǎo)致加載出現(xiàn)誤差。

（1）試件破壞特征

對(duì)試件進(jìn)行破壞試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)板材的破壞可分為單方裂縫屈曲、雙向裂縫屈曲。前者破壞時(shí)，板材較窄，沿著板材高度方向，會(huì)出現(xiàn)三條裂縫，裂縫為橫向。若板材較寬，則板材中間會(huì)出現(xiàn)一整條裂縫，裂縫對(duì)簡(jiǎn)支兩邊自由板造成單向破壞。后者四邊簡(jiǎn)支主要在豎向、橫向都有裂縫出現(xiàn)，且裂縫基本對(duì)稱(chēng)。三邊簡(jiǎn)支主要是自由板雙向曲率裂縫破壞，其曲率和裂縫并不對(duì)稱(chēng)。簡(jiǎn)支邊有較多約束裂縫，自由邊裂縫較少。

（2）荷載-法向位移曲線

活性粉末混凝土矩形板的荷載-法向位移曲線.

試件加工初期變形并不明顯，但荷載增加，加載初始偏心及板澆筑制作時(shí)候發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)缺陷。板在一方向形成彎曲，且荷載不斷增加，板材的法向位移也隨之增加，一直到板受到破壞，法向位移的幅值在板一半高度的位置。對(duì)屈服荷載分析，發(fā)現(xiàn)受荷載影響，板材不再穩(wěn)定之后，會(huì)發(fā)生變形，此時(shí)板材的荷載和屈曲荷載，若荷載力持續(xù)增加，板材變形加劇，會(huì)發(fā)生脆性斷裂。屈曲承載力會(huì)導(dǎo)致板材自身法向變形持續(xù)增加，若變形較大，荷載為屈曲荷載。

3 .結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土構(gòu)件抗彎及穩(wěn)定性能研究，發(fā)現(xiàn)鋼筋和活性粉末混凝土其極限粘結(jié)應(yīng)力和粘結(jié)長(zhǎng)度存在反比關(guān)系，粘結(jié)長(zhǎng)度增加，極限粘結(jié)應(yīng)力則不斷減少。極限粘結(jié)應(yīng)力和鋼筋屈服強(qiáng)度存在正比關(guān)系，伴隨屈服強(qiáng)度不斷增加，極限粘結(jié)應(yīng)力也有所上升?；钚苑勰┗炷吝m筋梁正截面的破壞過(guò)程和普通的混凝土梁基本相同，其延性滿(mǎn)足要求，且對(duì)少筋梁、無(wú)筋梁分析，發(fā)現(xiàn)其也具有一定的延性，可滿(mǎn)足使用要求。在保證各處鋼筋強(qiáng)度基本一致后，發(fā)現(xiàn)活性粉末混凝土的開(kāi)裂彎矩、承載能力等和具體的配筋率存在正比關(guān)系，配筋率逐漸增加，則開(kāi)裂彎矩、承載能力等也隨之增加。此外，若鋼筋自身的配筋率基本一致，則鋼筋的強(qiáng)度將直接影響混凝土梁實(shí)際承載能力，鋼筋強(qiáng)度越大，則梁的極限承載能力就越大。但鋼筋強(qiáng)度并不影響開(kāi)裂彎矩。高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土梁的正截面承載例以及開(kāi)裂彎矩的計(jì)算需要考慮活性粉末混凝土梁的受拉區(qū)域纖維僑聯(lián)作用。對(duì)活性粉末混凝土板的穩(wěn)定性分析，發(fā)現(xiàn)其屈曲荷載伴隨寬厚比增加而不斷增加，高厚比增加則屈曲荷載不斷減小。邊界約束增強(qiáng)，則屈曲荷載變小。