HRB500高强钢筋在UPC梁中的应用研究

摘要：本文通过3根分别配置HRB335、HRB400和HRB500非预应力纵筋的无粘结部分预应力混凝土试验梁的静载试验研究，对比分析在三分点荷载作用下采用不同强度纵筋对无粘结预应力结构的力学性能的影响。结果证明：HRB500钢筋的使用，表现出典型的三阶段受力过程，具有良好地破坏预兆，提高了试验梁的抗裂缝能力与承载能力，具有很好的受力性能。

关键词：HRB500，高强钢筋，无粘结，力学性能

中图分类号：O3 文献标识码：A 文章编号：

引言

无粘结部分预应力混凝土结构，因其不但具有操作方便、更换方便、经济合理的优点，还有与有粘结部分预应力混凝土结构类似的优秀力学性能。随着预应力混凝土结构的发展，无粘结部分预应力混凝土结构在工程中的应用也已越来越广泛。[1][2]目前，我国《混凝土结构设计规范 GB50010-2010》已完成并开始实施，其中针对无粘结预应力结构提出了一些新的要求并且增加了HRB500热扎带肋钢筋。[3]而目前我国国内学者的研究内容主要集中在配置HRB400及更低强度钢筋的无粘结部分预应力混凝土结构的受力性能，并未进行配置HRB500钢筋的试验研究。随着材料高强化发展，新材料在桥梁工程中的应用日益普遍，有必要对配置HRB500级钢筋的无粘结部分预应力混凝土梁进行系统的研究，扩大该结构形式工程中的应用范围。

本文通过3根分别配置HRB335、HRB400和HRB500非预应力纵筋的无粘结部分预应力混凝土试验梁的静载试验研究，对比分析在三分点荷载作用下采用不同强度纵筋对无粘结预应力结构的力学性能的影响。

试验设计

2.1 试验概况

本次试验共设计3根试验梁，截面形式与配筋率完全相同，唯独非预应力筋强度不同，三根试验梁分别配置HRB500、HRB400和HRB335非预应力纵筋，并以非预应力筋强度命名。试验梁设计尺寸为300mm×400mm×4500mm，计算跨径为4200mm；混凝土强度等级为C50；无粘结预应力筋采用抗拉强度为1860MPa、直径为15.2mm的钢绞线；非预应力筋直径为22mm。加载方式为三分点分级加载。截面形式见图1。

图1 试验梁截面形式（单位：mm）

2.2极限状态标志

静载试验，在加载或者持荷时出现下列标志之一，即认为试验梁已经达到或者超过承载能力极限状态[4]：

（1）受拉主钢筋应力达到屈服强度，受拉应变达到0.01；

（2）受拉主钢筋拉断；

（3）受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm；

（4）挠度达到跨度的1/50；

（5）受压区混凝土压坏。

受力过程分析

图2 试验梁荷载-跨中挠度曲线

根据试验现象，配置HRB500钢筋的UPC梁正截面受弯过程同样表现为典型的三个阶段：Ⅰ阶段－弹性阶段，即由开始施加荷载至首批裂缝开裂；Ⅱ阶段－带裂缝工作阶段，即由首批裂缝开裂至首条纵筋屈服；Ⅲ阶段－破坏阶段，即出现首条纵筋屈服后继续加载至试验梁破坏。本试验考虑试验的安全性，非预应力筋屈服后未施加荷载至试验梁破坏。但由试验梁荷载-跨中挠度曲线图可以看出：配置HRB500钢筋的UPC梁在HRB500高强纵筋屈服后荷载与跨中挠度仍呈线性变化，说明配置HRB500钢筋的UPC梁同配置HRB400 和HRB335钢筋的UPC梁一样，破坏前有明显的预兆，且具有一定的延性。

裂缝分析

HRB500UPC梁极限荷载裂缝

HRB400UPC梁极限荷载裂缝

HRB335UPC梁极限荷载裂缝

图3 试验梁极限荷载作用下裂缝分布图

裂缝的发展过程均可描述为：荷载加载至开裂时，纯弯段初始裂缝的位置出现在加载点附近。随着荷载的增加，裂缝条数增多，此时裂缝宽度及高度稳定增长，裂缝间距减小，梁处于稳定的裂缝扩展阶段。当试验荷载达到破坏荷载的60%左右时，裂缝数目基本出齐，裂缝间距趋于稳定，变化的仅仅是裂缝高度及宽度。继续加载，接近破坏时裂缝宽度增长较快，当首条非预应力纵筋屈服，宣告梁的最终破坏。卸载后由于预应力作用裂缝大多闭合，恢复能力明显。

由试验梁极限荷载作用下裂缝分布图可以看出：相同条件下，随着非预应力纵筋的强度增加，梁体裂缝间距变小，裂缝条数增多，裂缝范围增大，配置高强钢筋的试验梁对裂缝的控制能力更好。

承载力分析

图4试验梁荷载-跨中非预应力筋应变曲线

通过各试验梁的荷载-跨中非预应力筋应变曲线可以看出：相同条件下，随着非预应力纵筋的强度增加，试验梁的开裂弯矩及极限承载力均得到相应的增加。HRB500高强钢筋的加入表现出较好的裂缝控制能力与承载能力。

结论

配置HRB500钢筋的UPC梁正截面受弯过程表现为典型的三阶段；

配置HRB500钢筋的UPC梁破坏前有明显的预兆，且具有一定的延性；

配置HRB500钢筋的UPC梁裂缝的发展过程与配置低强度钢筋的UPC梁相似，且具有更好的裂缝控制能力；

配置HRB500钢筋的UPC梁承载力高于配置低强度钢筋的UPC梁。

参考文献

肖长礼等．后张法无粘结部分预应力混凝土公路桥．北京：人民交通出版社，1998．1

房贞政．无粘结与部分预应力结构．北京：人民交通出版社，1999．95

中华人民共和国住房与城乡建设部．GB，50010-2010．混凝土结构设计规范．北京：中国建筑工业出版社，2010

中华人民共和国建设部．GB，50152－1992，混凝土结构试验方法标准．北京：中国建筑工业出版社，1992