活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究

活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究


2024年4月28日发(作者:莱卡相机报价)

第3 2卷,第5期 

2 0 1 1年9月 

文章编号:1001—4632(201 1)05—0038—05 

中 国 铁 道 科 学 

CHINA RAII WAY SCIENCE 

Vo1.32 No.5 

September,2011 

活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究 

季文玉,丁 波,安明拮 

(北京交通大学土木与建筑工程学院,北京 100044) 

摘要i通过改变模型试验梁的剪跨比、配箍率和纵筋配筋率,对12根钢筋活性粉末混凝土(RPC)T形 

试验梁进行试验,研究活性粉末混凝土T形梁抗剪承载力和破坏形态及主要影响因素。结果表明:与普通混凝 

土梁相比,活性粉末混凝土T形试验梁具有较高的抗剪承载力和变形能力;剪跨比在1~4范围内时,试验梁的 

破坏形态表现为斜压和剪压破坏,且与普通混凝土梁的破坏形态有着明显差异;剪跨比、配箍率和纵筋配筋率 

对试验梁的抗剪承载力影响显著,抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小,随配箍率的提高而提高,随纵筋配筋 

率的增大而增大。 

关键词:活性粉末混凝土;T型梁;抗剪承载力;抗剪破坏形态;剪跨比;配筋率 

中图分类号:U444:U448.35 文献标识码:A 

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栅 

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活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete, 

RPC)是一种具有高强度、高耐久性、高延性的新 

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型高性能混凝土材料[1 ]。自其问世以来,国内外 

学者对其材料性能、抗弯承载力、变形特性等方面 

的研究较多,而对抗剪破坏性能及其承载力的研究 

很少。作为一种具有较高抗压、抗拉强度的高性能 

混凝土[ ,在材料组成方面与普通混凝土的区别决 

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箍筋06L 

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(b)配筋图 

主 

定了活性粉末混凝土梁的剪切破坏过程有别于普通 

混凝土梁的破坏过程。本文根据活性粉末混凝土的 

l! .1 

(a)截面尺寸 

图l试验梁截面尺寸及配筋图(单位:mm) 

l兰 

基本力学性能,考虑剪跨比、配箍率、纵筋配筋率 

等影响因素,进行活性粉末混凝土T形梁的抗剪 

性能试验研究。 

表1试验用活性粉末混凝土配合比 kg・m 

水l鎏 

1试验概况 

1.1试件设计与制作 

叠 

活性粉末混凝土的水泥采用42.5号普通硅酸 

试验设计了12片T形梁,各试验梁的截面尺 

寸相同,截面尺寸及配筋如图1所示。除其中2片 

不加碎石外,其余l0片在原始活性粉末混凝土配 

合比[ ]中增加碎石替代部分石英砂,在保证材料强 

度前提下,改善其施工性能和经济性。试验梁养护 

经过静停、初养、终养及自然养护4个阶段,蒸汽 

养护的温度采用自动控制系统。试验梁活性粉末混 

凝土配合比见表l。各试验梁参数见表2。 

收稿日期:2011-01-20;修订日期:2011-07—3 

基金项目:铁道部科技研究开发计划项目(2010G004一M) 

盐水泥。为保证梁在受剪破坏之前有足够的抗弯能 

力,纵筋采用HRB335级B28和B32。试验梁 

L-1—100一a_8的箍筋梁采用Q235级A8,其他梁采 

用Q235级A6。 

1。2加载方式和测试方案 

试验采用千斤顶和荷载分配梁系统对试验梁进 

行两点对称集中加载,以便在跨中形成纯弯段,两 

集中荷载由压力传感器通过应变测量系统进行监控 

作者简介:季文玉(1960),男,辽宁北票人,教授,博士生导师。 

第5期 活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究 

加载。试验装置如图2所示。正式加载前先进行预 

加载,确定各测量仪器工作状态正常,然后再缓慢 

加载直至破坏。 

表2试验梁参数 

试件编号 辙

mm rn 

注:试件编号中100,150,200为箍筋间距,mm;a,b,C代表不同的纵 

筋配筋率。 

P上千斤顶 

试验梁 

1 ???l I I =3=  

…一

_L—L-L—L_l2一一一: 

———————— 

底纵梁 

1为箍筋应变片,2为纵筋应变片,3为跨中活性粉末混凝土表面 

应变片,4为剪跨区活性粉末混凝土表面应变花 

图2加载装置及测点布置示意图 

测试内容包括:通过梁底的位移计测量试验梁 

在荷载作用下的跨中挠度;布置剪跨区箍筋应变片 

以研究箍筋应力变化规律;在加载点及跨中处的纵 

筋上布置应变片测量纵筋应变;为研究梁纯弯段混 

凝土的应变,在跨中截面布置混凝土应变片;在剪 

跨腹板布置应变花研究混凝土主应变变化规律,典 

型测点布置如图2所示。在试验过程中,考察梁体 

裂缝的发生、发展情况以及分布规律,记录其开裂 

荷载和极限抗剪承载力。试验数据通过DH3816应 

变测量系统自动连续采集。 

2试验结果及分析 

试验梁的试验结果汇总于表3,其中斜裂缝开 

裂荷载均为肉眼能够观察到裂缝时的荷载值。剪跨 

比 ===1的3根试验梁,由于具有很高的抗压强度, 

试验未进行到梁的最后完全破坏状态。 

表3试验结果 

注: 为10 cm边长的立方体试块抗压强度;P 为斜裂缝开裂荷 

载;P 为试件极限破坏荷载;f为破坏时梁的跨中挠度。 

2.1 破坏形态 

剪跨比决定混凝土梁的破坏形式_5]。根据试验 

结果将活性粉末混凝土试验梁的破坏形态归纳为以 

下2类。 

2.1.1斜压破坏 

剪跨比 一1的试验梁发生此类破坏。该破坏 

与普通混凝土梁剪切破坏形态类似,首先在加载点 

和支座之间出现一些近似平行的斜裂缝,随着荷载 

的加大,斜裂缝相互贯通,将梁腹分割成若干个倾 

斜的小柱体。最后在剪跨内形成主裂缝。破坏时小 

柱体内混凝土被压碎成小块,但由于活性粉末混凝 

土中参有钢纤维,加载过程中没有出现崩裂现象。 

2.1.2剪压破坏 

剪跨比 一2,3,4的试验梁均发生此类破坏。 

由于活性粉末混凝土中钢纤维的阻裂作用,导致 

一2的试件梁基本没有弯曲斜裂缝,而仅在较大 

剪跨比 一3和4的梁底出现少量弯曲斜裂缝。荷 

载作用下,在腹板剪跨区不断出现一系列腹剪斜裂 

缝,分布多而密,并逐渐贯通后形成主斜裂缝。主 

斜裂缝出现后,就很少有新的斜裂缝出现。主斜裂 

缝随着荷载的增加而变宽,伴有钢纤维不断被拔出 

的声音,最终穿过斜裂缝的箍筋被拉断而破坏,表 

现出较好的延性。破坏过程中没有混凝土碎块进 

出,与临界斜裂缝平行的其他裂缝也有不同程度的 

张开,沿破坏斜截面产生明显的破碎带,其中入一 

4的试验梁出现了3条宽2 cm左右的主斜裂缝。 

2.2试验结果分析 

2.2.1平截面假定的验证 

由于篇幅所限,图3仅列出了剪跨比 一1~4 

40 中国铁道科学 第32卷 

的4片试验梁纯弯段正截面应变分布。由图3可以 

看出:试验梁的跨中截面沿高度方向的应变分布近 

基本不变。这是因为活性粉末混凝土抗拉强度高, 

梁底仅有少量弯曲裂缝,且发展不充分,不足以引 

似符合平截面假定。随着荷载增加,中性轴的位置 起中性轴上移。 

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应变/10“ 

(d)L_4一lOO—a 

应变/10-4 

(c)L一3—100一a 

图3部分试件跨中各截面应变 

2.2.2荷载一挠度曲线分析 

展也较一致。 

根据试验现场采集的数据绘出了不同剪跨比、 

2.2.3抗剪承载力的影响因素 

配箍率及纵筋配筋率水平下的荷载一跨中挠度曲线 

如图4所示。从图中可以看出,在主裂缝出现前, 

梁处于弹性工作阶段,曲线基本呈线性增长,之后 

进入非弹性工作阶段,曲线斜率变缓。试验梁的荷 

载一跨中挠度曲线均较为平滑,并未出现明显折 

1)剪跨比的影响 

剪跨比对试验梁抗剪承载力的影响如图5所 

示。剪跨比决定梁的破坏形式和P 的大小l5 ,在 

其他条件一定时,活性粉末混凝土梁的抗剪承载力 

随着剪跨比的增大而减小。当剪跨比由小增大时, 

点,这是由于活性粉末混凝土中钢纤维的桥架作 

用 ,试验梁开裂后裂缝很细,且开裂位置处的混 

梁的破坏形态从混凝土抗压强度控制的斜压型转化 

为顶部受压区和斜裂缝骨料咬合等控制的剪压型, 

抗剪承载力下降趋势逐渐变小。 

2)配箍率的影响 

提高配箍率,活性粉末混凝土梁的抗剪承载力 

也随之提高,但对斜裂缝开裂影响很小。如图6所 

示,活性粉末混凝土梁配箍率从0.235 增加到 

0.314 ,抗剪承载力提高了1.4 ;而从0.314 

增加到0.471 ,抗剪承载力提高了9.6 9/6。可见 

在一定范围内,配箍率的提高能提高梁的抗剪承载 

力,配箍率越高抗剪承载力提高的幅度越大。 

3)纵筋率的影响 

凝土还可以继续承担应力,在开裂点其刚度没有发 

生很大突变,故荷载一跨中挠度曲线较平滑。 

由图4(a)可以看出,在相同配箍率和纵筋 

配筋率下,试验梁的抗剪承载力随着剪跨比的增大 

而减小,跨中挠度随着剪跨比的增大而增大。由图 

4(b)可以看出,提高纵筋配筋率p可以提高梁的 

变形能力和抗剪承载力,但当p过高时提高作用并 

不明显。由图4(c)可以看出,不同配箍率试验 

梁的荷载一跨中挠度曲线发展较一致,说明配箍率 

对试验梁的弯曲刚度影响很小,但可以提高试验梁 

的抗剪强度和变形能力。由图4(d)可以看出, 

为保证试验梁发生剪切破坏,试验梁配置了较 

含碎石和不含碎石的试验梁荷载一跨中挠度曲线发 

高的纵筋配筋率。从图7可见,活性粉末混凝土试 

第5期 活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究 41 

枷伽抛咖渤 枷瑚。 

柩 

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0 5 1O l5 2O 25 30 35 4O 

跨中挠度/mm 

(a】不同剪跨比 

跨中挠度/mm 

(b)不同纵筋配筋率 

栏 

O 

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5 l0 15 20 

2 O 8 6 4 2 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ O 

跨中挠度/mm 

(c)不同配箍率 

跨中挠度/mm 

(d)含碎石与不含碎石 

图4荷载一跨中挠度曲线 

矗 

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1 

剪跨比 

纵筋配筋率 % 

图5剪跨比对抗剪承载力的影响 

图7纵筋率对抗剪承载力影响 

3结

R 

论 

密 

(1)活性粉末混凝土T形试验梁的剪切破坏 

形态和普通混凝土梁不同,剪跨比 一1~4的试验 

梁仅呈现斜压和剪压2种破坏形态,尤其 ≥3的 

试验梁的破坏完全不同于普通混凝土梁的斜拉破坏 

形态。对于活性粉末混凝土梁不同剪切破坏形态的 

配箍率p % 

剪跨比界限还需进一步研究。 

(2)由于活性粉末混凝土中钢纤维的“桥架” 

作用,约束了斜裂缝的开裂和发展,提高了活性粉 

末混凝土梁的变性能力,故其荷载一挠度曲线较平 

滑。剪跨比越大,跨中挠度越大。提高纵筋配筋率 

图6配箍率对抗剪承载力的影响 

验梁抗剪承载力随着纵筋配筋率的增大而增大。纵 

筋配筋率越小,对抗剪承载力的影响越显著。 

42 中国铁道科学 第32卷 

有利于梁的变形能力,而配箍率对梁跨中挠度影响 

较小。 

剪跨比的增大而减小,随配箍率的提高而提高, 

纵筋配筋率的增大而增大;且纵筋配筋率越小, 

响越显著。 (3)活性粉末混凝土试验梁的抗剪承载能力随 

参 考 文 献 

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(ZHANG Hongzha ̄Experimental Study on Shear Performance of High Strength Concrete Beams[D].Dalian: 

Dalian University of Technology,2005.in Chinese) 

Experimental Study on the Shear Capacity of 

Reactive Powder Concrete T--Beams 

JI Wenyu,DING Bo,AN Mingzhe 

(School of Civil Engineering and Architecture,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China) 

Abstract:Experiments of 1 2 reinforced reactive powder concrete(RPC)T—shaped test beams with differ— 

ent shear span—depth ratios.stirrup ratios and longitudina1 reinforcement ratios were carried out.The 

shear strengths,failure patterns and their main influencing factors of reinforced RPC T-shaped beams were 

随影 

investigated.The experimental results indicate that T—shaped RPC test beams possess higher shear 

strength and better deformation capacity compared with normal concrete beams.When shear span-depth 

ratios are in the range from 1 to 4,the failure patterns of test beams represent to be diagonal compression 

failure and shear compression failure,which are quite different from the failure patterns of normal concrete 

beam.The shear span-depth ratios,stirrup ratios and longitudinal reinforcement ratios have great effect on 

the shear strength of test beams.The shear strength declines with the increase of the shear span-depth 

ratio and enhances with the increase of stirrup ratio and longitudinal reinforcement ratio. 

Key words:Reactive powder concrete;T-shaped beam;Shear strength;Shear failure pattern;Shear span 

depth ratio;Reinforcement ratio 

(责任编辑吴彬) 


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