混凝土受拉狀態(tài)下栓釘?shù)某休d力試驗(yàn)方法

混凝土受拉狀態(tài)下栓釘?shù)某休d力試驗(yàn)方法

1鋼-混凝土-鐵-鋼-墻體的裂近10年來，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在中國(guó)得到了迅速發(fā)展，并且在鐵路橋的應(yīng)用越來越廣泛。結(jié)構(gòu)形式從最初的單一支臂梁改為連續(xù)梁、鋼-中梁連續(xù)梁（蕪湖橋上層）、下承式梁組合梁。未來10年，高速鐵路在中國(guó)得到了快速發(fā)展，上述形式的聯(lián)合結(jié)構(gòu)橋梁將得到廣泛應(yīng)用。在連續(xù)結(jié)合梁、連續(xù)鋼桁結(jié)合梁的中支座附近和整個(gè)下承式桁梁結(jié)合梁中,混凝土板處于受拉狀態(tài).連續(xù)結(jié)合梁早期出現(xiàn)時(shí),為防止混凝土開裂,曾采取如下措施:1)在負(fù)彎矩區(qū)不設(shè)連接件,即鋼與混凝土不結(jié)合,或設(shè)柔性連接件,主要用于抵抗鋼與混凝土的豎向分離,而允許鋼與混凝土間產(chǎn)生較大的滑移.這種方法或多或少降低了負(fù)彎矩區(qū)梁的剛度和承載力,使其承載力與外荷載引起的內(nèi)力不協(xié)調(diào).2)采用各種方法,對(duì)負(fù)彎矩區(qū)混凝土施加預(yù)應(yīng)力,如中支座頂落法、張拉法等.這些方法的缺點(diǎn)是:隨著混凝土的收縮徐變,預(yù)應(yīng)力會(huì)損失,而且在給混凝土施加預(yù)應(yīng)力時(shí),不經(jīng)意中對(duì)鋼梁也施加了預(yù)應(yīng)力.近年來,設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了用高配筋代替預(yù)應(yīng)力、用裂紋寬度限值代替拉應(yīng)力限值的轉(zhuǎn)變,在連續(xù)結(jié)合梁的負(fù)彎矩區(qū)采用高配筋(3%以上),允許混凝土開裂,裂紋寬度控制在0.2mm以下.現(xiàn)有組合結(jié)構(gòu)規(guī)范(如BS5400和ECCS等)在混凝土受壓狀態(tài)下對(duì)連接件的靜、動(dòng)承載力都有規(guī)定(盡管具體數(shù)值差別較大),而且還規(guī)定了測(cè)連接件承載力的試驗(yàn)方法.筆者也曾做過許多試驗(yàn)研究,成果已用于蕪湖長(zhǎng)江大橋等.但對(duì)于混凝土受拉狀態(tài)下的連接件既沒有規(guī)定承載力,也沒有規(guī)定承載力測(cè)試方法.有些文獻(xiàn)中建議混凝土受拉區(qū)的連接件承載力取受壓狀態(tài)下的80%,筆者認(rèn)為缺乏依據(jù).我國(guó)鐵路結(jié)合梁中,鋼構(gòu)件大多采用14MnNbq,混凝土為C50,連接件為《22栓釘.為研究鐵路結(jié)合梁混凝土受拉狀態(tài)下《22栓釘?shù)某休d能力,作者采用反向推出法,做了多組對(duì)比試驗(yàn),為設(shè)計(jì)提供依據(jù).2混凝土配筋率.反向推出試驗(yàn),是使上、下兩個(gè)鋼構(gòu)件中間相隔一段距離,而兩側(cè)的混凝土則上下相連.中間空腹內(nèi)放置千斤頂,將上、下兩個(gè)鋼構(gòu)件反向推出,見圖1所示.為比較栓釘?shù)呐帕小⒒炷恋呐浣盥实葘?duì)栓釘極限承載力的影響,試件分為A、B、C3種.其中A試件每個(gè)鋼構(gòu)件每側(cè)2個(gè)栓釘橫向排列,B試件豎向排列,C試件則有4個(gè)栓釘,排成2排2列.混凝土的配筋率分為2類,第1類試件約30%,用下標(biāo)1表示;第2類試件約2%,用下標(biāo)2表示.圖2為B1試件,其余試件與此類似,只是栓釘排列和配筋率不同.試驗(yàn)概況見表1.試驗(yàn)時(shí),每排栓釘所在的橫向截面上都裝上4個(gè)千分表.每個(gè)千分表底座固定在鋼構(gòu)件上,指針指在一個(gè)小鋼片上,該小鋼片固定在混凝土板上,以此測(cè)鋼與混凝土之間的滑移u.還用機(jī)測(cè)測(cè)了每塊混凝土板兩側(cè)內(nèi)、外邊緣的應(yīng)變.但混凝土開裂后,該讀數(shù)變得無意義.荷載分級(jí)施加.每級(jí)荷載施加半小時(shí)后讀數(shù).但最后達(dá)到極限狀態(tài)時(shí),荷載、滑移不再一一對(duì)應(yīng),荷載在減小,而滑移在增加.極限荷載是指加載過程中達(dá)到的最大荷載.3混凝土板上、下表面裂紋實(shí)測(cè)所得的極限荷載和平均單釘?shù)某休d力列于表1.各試件的P-u曲線見圖3～7.P-u曲線中P為總荷載,u為栓釘所在截面鋼與混凝土的相對(duì)位移,即滑移值.u的取值,A試件為每個(gè)截面4個(gè)表的平均值,B、C試件為2個(gè)截面8個(gè)表的平均值.表2為各組試件的單釘荷載p與滑移u的關(guān)系,p與u都取各組試件的平均值.圖8是各組試件的平均p-u曲線,p為單釘荷載,其中虛線為《22栓釘單向推出試驗(yàn)(混凝土受壓)的p-u曲線.由這些曲線可見,當(dāng)荷載P在200KN(σc平均=1.75MPa)以下時(shí),P-u大致成線性關(guān)系,200KN以后曲線逐漸變彎,300KN以后位移u的增加明顯加速.當(dāng)P=350KN(σc平均=3.07MPa)時(shí),混凝土板表面已有可見橫向裂紋.裂紋首先出現(xiàn)在栓釘所在截面內(nèi)側(cè).隨著荷載的增加,橫向裂紋逐漸由混凝土板的內(nèi)側(cè)向外擴(kuò)展,裂紋數(shù)量也不斷增加,但裂紋寬度發(fā)展較緩慢.直至試驗(yàn)結(jié)束,A試件混凝土外側(cè)表面始終無裂紋出現(xiàn),而B、C試件混凝土外表面也有較多的橫向裂紋.C試件橫向裂紋最多,且內(nèi)、外、左、右貫通;B試件外側(cè)也有橫向裂紋,但沒有貫通.接近極限荷載時(shí),試件上、下兩端混凝土板中出現(xiàn)了斜裂紋.A試件斜裂紋只出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)的頂面,外側(cè)沒有.而B、C試件則內(nèi)側(cè)、外側(cè)和頂面都有斜裂紋.與橫向裂紋不同,這些斜向裂紋寬度的增加很快.從上述圖、表可見:極限荷載C最大,B次之,A最小;單釘承載力則B最大,A次之,C最小;配筋率3%的A1、B1試件承載力分別比配筋率2%的A2、B2試件稍大,但差別較小;所有反向推出試驗(yàn)的單釘承載力都小于單向推出試驗(yàn),但在單釘荷載p為C試件25KN其余試件50KN以下時(shí),反向推出試驗(yàn)的曲線斜率(即栓釘剛度)大致與單向推出試驗(yàn)的相同,約為575KN/mm.4混凝土受拉狀態(tài)1)混凝土受拉情況下,栓釘?shù)臉O限承載力是由混凝土的破壞控制的,與混凝土中的應(yīng)力水平、應(yīng)力分布、應(yīng)力集中程度和裂紋等因素密切相關(guān),而栓釘?shù)牟贾眯问綄?duì)上述因素有直接影響,從而也對(duì)栓釘?shù)某休d能力有所影響.但無論如何,混凝土受拉狀態(tài)下栓釘?shù)某休d力明顯地比混凝土受壓時(shí)小.當(dāng)單釘荷載小于25KN時(shí),混凝土受拉狀態(tài)下的栓釘剛度與混凝土受壓狀態(tài)下的基本相同,對(duì)《22栓釘、C50混凝土可取K=575KN/mm.2)按取最小值90%的原則,混凝土受拉情