新型组合结构——给水钢管混凝土组合梁的试验研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

新型组合结构—— 给水钢管混凝土组合梁
的试验研究
张祁，应泺，王清远，沈培文，伍云天
(1．重庆市建筑科学研究院，重庆400015；
2．协信地产控股有限公司，重庆400005；
3．四川大学建筑与环境学院，四川成都610065；
4．重庆大学土木工程学院，重庆400045)
摘要：对模拟实际工程中将给排水钢管埋于梁内的组合梁进行了试验研究，为在工程中更好地应用与完善钢骨
混凝土结构设计理论提供试验依据。根据6根不同的埋梁给排水钢管组合梁的三点弯试验结果，研究该特殊的组
合结构构件正截面抗弯的受力性能、刚度和构件的裂缝发展与破坏形态。从现有的几种计算方法出发建立适合该
组合梁的计算公式。并对几种计算方法的优缺点进行了分析和讨论，以便工程应用。
关键词：组合梁；粘结滑移破坏；正截面抗弯承载力；延性；二期承载力
中图分类号：TU398 ．7 文献标志码：A 文章编号：1008—1933(2014)04—060—07
A new type com posite structure experimental research
of composite beams with water supply steel pipe
ZHANG Qi ，YING Luo ，WANG Qingyuan ，SHEN Peiwen ，WU Yuntian
(1．Chongqing Research Institute of Building Science，Chongqing 400015，China；
2．Sincere Prope~y Holdings Limted，Chongqing 400005，China；
3．The College of Architecture and Environment of Sichuan University，Chengdu 610065，China；
4．College of Civil Engineering of Chongqing University，Chongqing 400045，China)
Abstract：In this paper，the experimental base is provided to perfect the steel reinforced concrete structure design theory and apply it
widely in the actual engineering，by doing experimental research of composite beams with water supply and drainage steel pipe that
buried in the beam simulate the practical engineering．The cross—section bending force performance，stiffness of the special composite
structure component and it’S fracture development and failure type is researched，according to the three bending test results of six
different composite beams with water supply and drainage steel pipe．This paper tries to establish suitable calculation formula of the
composite beams from some existing calculation methods．It also analyses and discusses merit and demerit of the several calculation
methods for engineering practice．
Key words：composite beams；bond—slip damage；flexural capacity；ductility；phase 1I bearing capacity
O 引言
我国从20世纪80年代开始对该类组合结构进
行了较为系统的研究，并已经应用于工程实践。先
后颁布了《钢骨混凝土结构设计规程》和《型钢混凝
土组合结构技术规程》两部规程，但由于两部规程
只列出了一般的受力情况。连十字形钢骨都没有完
整的理论公式，只提出了一种对于压弯构件非常粗
收稿日期：2013-06-03
作者简介：张祁(1981一)，男，湖南祁阳人，工学硕士，主任工程
师，主要从事复杂高层结构设计和高边坡、加固与组合结构、结构优
化方面设计与研究工作。
E —m ail：zhangqithx@ 163．COIIl
略的查表核算法。对于本文研究的圆钢管与空心圆
钢管并未提及。但两部规程都建议在抗震结构中宜
采用实腹式钢骨混凝土构件。此外，两部规程只介
绍了钢骨对称配置的情况，而钢骨不对称配置的情
况研究的比较少，并且其他研究者也是停留在工字
钢与T型钢的不对称配置的情况，钢管的情况更复
杂。本文研究的新型组合梁是以给排水钢管内埋作
为钢骨的组合梁，该组合梁结构属于钢骨混凝土梁
的特殊形式。
1 试件概况
1．1 试件设计与制作
本次试件的制作和试验都在四川大学水力学与
2014 No．4 张祁，等：新型组合结构—— 给水钢管混凝土组合梁的试验研究 61
山区河流保护国家重点实验室完成。试验包括6根
梁：1根钢筋混凝土梁LB用于对比，2根空钢管混
凝土组合梁，2根内填膨胀混凝土钢管加固组合梁，
1根空钢管外包钢筋混凝土加固组合梁。试件详图
见图1，试件截面属性见表1。
(a)LW梁横截面 (b)LP梁横截面 (c)LR梁横截面 (d)LC梁横截面
图1 受弯试件截面详图
Fig．1 Details of flexural specimens’cross sections
表1 梁试件的截面属性
Table 1 Cross section properties of beams’test specim ens
注：LC1梁与LC2梁分别内填C30与C35的膨胀混凝土(掺量5％ )；
试件长度均为1600 mm，架立钢筋每根梁都为2~bl0。LP梁与LR
梁加了钢纤维，在梁中只改善构件性能不考虑受力。保护层厚均
为25 mm，箍筋间距均为100 mm。
1．2 试验加载与测量装置
试验采用分级加载制，加载方式为力控制的两
点单调同步加载，弹性范围内每级荷载为预计极限
荷载的1／10。当钢管屈服后，每级荷载约为极限荷
载的5％，并在试件中部及两端支座设置位移计，以
测量各试件的挠度变化情况。每级荷载的持荷时间
约为2 min，接近破坏时，慢速连续加载。应变和百
分表数值通过IMP数据采集系统自动采集。对于
试件的变形，在每个试件中截面4个面的钢板中部
纵向和横向贴电阻应变片，并在试件的三分点及支
座处共设置了5块百分表以测量试件的挠度变化，
如图2所示。
I l { I l l l 筋曲率仪＼f＼
I
钢垫板百分表＼埋梁钢管￡座
150 l 400 i 250 i 250 j 400 150
l600
图2 纯弯试验测量装置示意
Fig．2 Flexuring test m easurement device
为了防止加载的应力集中而产生局部脆性破
坏，在集中加载与支座部分设置了钢垫板用于均匀
分配局部集中力。为了使钢管与混凝土更好的粘
结，钢管上采用绕管预应力钢丝。
2 主要试验结果
2．1 试验破坏过程分析
采用两点集中加载方法，对6根梁进行破坏试
验。从试验结果可知，组合梁的受力与钢筋混凝土
梁相似。试验结果表明，该组合梁的受力过程可分
为3个阶段：未裂阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶
段。破坏形态有两种：抗弯破坏、粘结破坏。
1)未裂阶段：混凝土开裂前，荷载值较小，梁截
面弯矩与挠度基本上成正比，整个梁处于弹性工作
阶段，截面抗弯刚度很大，挠度很小。
2)带裂缝工作阶段：当荷载达到破坏荷载的
18％一30％时，在荷载作用点对应的梁底首先出现
裂缝，因为该处的弯矩与剪力同时为最大。此时对
应的荷载可称为开裂荷载。此后，随荷载增加，裂缝
逐渐增多。刚度开始减小，挠度发展加快。
3)破坏阶段：当荷载增至破坏荷载的70％～
90％时，底部裂缝发展充分，混凝土压应变达到极限
压应变时，混凝土压溃，但不同的试件有不同的破坏
形态(图3)。
图3 组合梁破坏时的现场照片
Fig．3 Com posite beams being destroyed
试验结果显示，有局部异常破坏，组合梁异常破
坏形态的原因分析如下：
1)发生粘结滑移破坏LC2梁，从梁的钢管、钢
筋与混凝土的应变值可以看出，在弹性阶段各组成
部分的变形基本协调一致。在临近破坏即达到极限
承载力的80％左右时，LC2梁的钢管与混凝土之间
发生滑移，至破坏时最大滑移量达5 mm。当然，结
构内部发生滑移受到很多因素的影响，如钢管截面
尺寸大小及表面粗糙程度、绕管预应力钢丝的锚固，
混凝土振捣密实程度等。但从试验可以看出，LC2
梁滑移后有一定的二期承载力(图4)。
2)LW2梁几乎在破坏的同时在梁跨中底部钢
管部位出现水平撕裂裂缝，但仍为弯曲破坏。出现