吳欣禹，楊 帆，吳金國，郭 凱

（沈陽建筑大學 土木工程學院，遼寧 沈陽 110168）

蜂窩梁是一種將H型腹板按一定的拆卸方式。在切割后改變位置，重新焊接而成的新型梁。其有許多的開孔形狀,原來有六邊形和八邊形,后來又發(fā)展成了圓形孔、矩形孔和橢圓孔等,這些孔根據(jù)某種規(guī)則依次排開。

由于蜂窩梁腹板開孔，因而相較于實腹梁有許多優(yōu)點：外觀方面更符合審美要求;當整體承載能力相同的情況下,總鋼材用量可以節(jié)省約25%~30%,并且還可以節(jié)省運輸安裝費與噴漆費用約1/6~1/3。近年來，在高層結(jié)構(gòu)中也廣泛應(yīng)用,蜂窩梁由于腹板中開洞的特性,在保證結(jié)構(gòu)功能與實用的情況下,既可以減少結(jié)構(gòu)層高度,降低自重,也方便在里面布設(shè)各類管道,故蜂窩梁在實際工程中有較高的使用價值[1]。由于相較于其他受彎結(jié)構(gòu),蜂窩梁具有諸多優(yōu)勢,因此，從20世紀初期就在建筑工程中開始使用至今,同時由于出現(xiàn)了大量軋壓寬翼緣鋼,因此蜂窩梁也在路橋、廠房、船舶和吊車大型橋等建筑工程中被廣泛應(yīng)用。

國外學者在較早時代即對蜂窩梁開展了研究,而且一些國家已經(jīng)將蜂窩梁的設(shè)計納入相關(guān)規(guī)范。國內(nèi)的學者馬宏偉等[2]對4根懸臂梁的蜂窩復(fù)合梁結(jié)構(gòu)進行了深入研究,提出在負最大彎矩的作用情況下,影響蜂窩復(fù)合梁結(jié)構(gòu)的最主要原因為擴張比。彭剛[3]通過針對鋼-混凝土連續(xù)復(fù)合梁所進行的有限元模擬研究,提出了鋼-混凝土連續(xù)復(fù)合梁在負彎矩作用下的抗彎承載力公式,同時針對栓釘?shù)目辜暨B接度也做了一定的折減。王文思[4]則利用實際施工情況作為算例,研究了變高度蜂窩梁的承載力狀況。張艷霞等[5]人運用實驗計算的大量實例,深刻研究了孔高比、距高比以及跨高度對于蜂窩梁撓度的影響。

綜合國內(nèi)外情況來看，針對連續(xù)開孔的蜂窩梁試驗研究較少，為此本文主要介紹了一種詳細的蜂窩梁靜力試驗的設(shè)計方案，希望能夠啟發(fā)讀者。

1 試驗概況

1.1 試驗裝置及加載方式

試驗裝置結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。本試驗通過沈陽建筑大學結(jié)構(gòu)實驗室5000kN多功能大型試驗機系統(tǒng)進行試驗。

圖1 試件加載裝置圖

圖2 試件側(cè)向支撐裝置圖

所需的具體試驗裝置：（1）支座：研究的蜂窩梁與蜂窩組合梁是簡支梁,試驗梁的支座上有支墩,將水管支墩或試驗室中專用于結(jié)構(gòu)測試的純鋼支墩支座置于支墩上,將水管支墩用地錨固定于測試地槽內(nèi),以提高水管支墩的穩(wěn)定性;（2）側(cè)向支撐：為防止在試驗加載過程中構(gòu)件出現(xiàn)整體失穩(wěn)，需要側(cè)向支撐來保證穩(wěn)定，先在試件上放置兩塊板，用以固定，同時為避免梁的上下移動影響試驗結(jié)果，架子上的滑輪穩(wěn)定由側(cè)向2根螺桿固定。

在變形加載前,應(yīng)先依次進行預(yù)試件加載;預(yù)加工承載試件負荷所取得的值約為極限荷載的10%,為能夠使兩個試件緊貼地組合并更快地迅速進入正常的試件工作運行狀態(tài),因而將預(yù)試件加載后的負荷取值荷載分三級依次進行變形加載，這樣就有了可以長期保持一個比較穩(wěn)定的試件變形加載范圍,同時檢查整個試驗設(shè)備的安全性以及觀測儀器的工作狀態(tài)。然后分級卸載回零,并記錄各儀表初值。實踐表明，正式試驗的成功進行與提前進行的預(yù)載試驗二者具有密不可分的關(guān)系，這是因為許多潛在問題都是在預(yù)載試驗中被找到并且解決的;按照有限元仿真中蜂窩梁的極限荷載值確定了各級加載負荷限值及其增加級數(shù),各級加載完畢以后,在中間休息約3min以等待全部施加,并觀察局部變化,然后實施下級加載。在此過程中要仔細觀察構(gòu)件的狀態(tài)，在構(gòu)件到達屈服狀態(tài)后要從最初的加載方式轉(zhuǎn)為連續(xù)加載，,當試件的負荷減少到極限荷載的80%~85%,且不小于屈服荷載后,就標志著試件的結(jié)構(gòu)徹底破壞，這之后用穩(wěn)壓器逐步卸載,完成整個測試過程。

整個結(jié)構(gòu)試驗操作過程中,要仔細認真觀察試驗結(jié)構(gòu)的損壞變形情況并準確記下結(jié)構(gòu)變形破壞位置的先后順序,并同時記下外部相應(yīng)的構(gòu)件加載最大程度，避免構(gòu)件在加載過程中受到其他阻力影響，以此來保證其具有充分的結(jié)構(gòu)變形損壞空間。同時應(yīng)該對各個構(gòu)件的整體平面外穩(wěn)定耐壓狀況予以時刻關(guān)注,為防止出現(xiàn)構(gòu)件平面外失穩(wěn),必要時可停止試驗。

1.2 試驗的器材準備及注意事項

試驗需要準備位移計、應(yīng)變片、電烙鐵、導(dǎo)線、砂紙、酒精、環(huán)氧樹脂、固化劑等。試驗開始前需用砂紙將各個梁的焊縫和孔洞周圍磨平，避免試驗中因應(yīng)力集中而引起孔角撕裂；將支座墊梁、支座、反力架、千斤頂?shù)仍囼炑b置安裝調(diào)整好；用砂紙打磨應(yīng)變片，并用丙酮溶液清洗干凈，接著用膠水將應(yīng)變片粘在構(gòu)件上；在澆混凝土之前，須對鋼筋和鋼梁上翼緣面上做環(huán)氧保護；將蜂窩孔處劃分網(wǎng)格。

出于安全考慮，要特別注意：(1)在試件安裝和吊裝時要注意吊點定位,以避免斷裂和傾覆;(2)對負載設(shè)備應(yīng)具備充分的安全儲備,避免加載時設(shè)備損壞;(3)嚴格遵守操作規(guī)程使用加載的設(shè)備；(4)加強結(jié)構(gòu)保護,避免試塊的損壞和傾斜,對較長細構(gòu)件設(shè)置側(cè)向支承以避免側(cè)向損壞;(5)在試驗設(shè)備進入破壞階段時應(yīng)做好特別保護,以避免碎片飛出,危及人身與實驗儀器設(shè)備的安全。

1.3 測量內(nèi)容及方法

荷載的采集采用東華DH3820測試分析系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，利用荷載感應(yīng)器向計算機輸入數(shù)據(jù),并監(jiān)控計算機窗口,以控制加載速度。記錄蜂窩結(jié)構(gòu)在發(fā)生巨大變形、屈服、損壞等時的最大荷載值;構(gòu)件的移動通過位移計來測量,采用YHD型位移計,量程為100mm和200mm。為研究蜂窩梁腹板的屈曲狀況,就必須測定腹板的側(cè)向位移;為計算構(gòu)件的實際撓度,必須扣除對支座處位置的影響;構(gòu)件各個部位的應(yīng)變情況主要由應(yīng)變片測得,采用三種型號應(yīng)變片,分別為BX120-3AA、 BX120-100AA、BX120-3CA。

試驗應(yīng)力測量的主要研究內(nèi)容:(1)不同跨中心梁加載的各節(jié)點連接處不同蜂窩梁的主體位置、負荷;(2)不同蜂窩橋在梁孔周圍和蜂窩孔間與梁腹層之間的主體位置應(yīng)力布置變化情況;(3)不同受力截面的蜂窩鋼梁主體翼緣受力應(yīng)變;(4)在各個混凝土板頂面的受力應(yīng)變;(5)不同受壓應(yīng)力筋在各個混凝土結(jié)構(gòu)中的主體應(yīng)力強度分布變化情況;(6)各個混凝土板主體裂縫的形態(tài)發(fā)展變化狀況;(7)各個主體構(gòu)件的應(yīng)力破壞形態(tài)。

此外,還應(yīng)通過數(shù)碼相機等多媒體工具清晰地記錄試件在不同階段的外形變化,主要涉及混凝土裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展過程,蜂窩梁腹板的平面外變化,蜂窩孔洞的孔角撕裂狀況等。

2 結(jié)語

本文提出了一種關(guān)于蜂窩梁靜力試驗的詳細設(shè)計方案，充實了蜂窩梁的試驗設(shè)計部分。通過該試驗方案的設(shè)計，我們可以在今后的試驗中利用比較實驗結(jié)果,進一步分析在靜力荷載影響下的蜂窩組合連續(xù)梁腹板形態(tài),進而根據(jù)有限元分析進行加勁肋布置,從而進一步研究樓板設(shè)置方法及其開孔率大小對蜂窩連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,豐富蜂窩梁的理論研究,推進蜂窩梁更好更快地應(yīng)用于各類實際工程中。