型钢再生混凝土梁受弯性能实验研究

摘要：为研究型钢再生混凝土梁的受弯性能，进行了3根型钢再生混凝土梁和1根型钢普通混凝土梁的受弯性能实验。通过实验现象和数据分析发现，型钢再生混凝土梁与型钢普通混凝土梁受力性能相似，抗弯性能良好。

关键词：型钢再生混凝土梁；抗弯性能；实验研究

中图分类号：TV331文献标识码： A

通过大量的研究发现，由于再生混凝土的各项力学性能、耐久性能等指标低于普通混凝土，使得再生混凝土结构性能较之普通混凝土结构性能有不同程度的降低，这严重阻碍了再生混凝土在实际工程中的应用。组合结构可使得钢材和混凝土两种不同性质的材料避重就轻，最大程度发挥各自的长处，具有一系列的优点。若将再生混凝土应用在组合结构中，即可弥补再生混凝土的不足，又具有组合结构的优点，这将为再生混凝土在结构工程中应用提供更宽广的道路。

1 实验设计

本次试验共浇注了 4 根混凝土梁，梁长2400mm。其中一根为原生混凝土梁，编号为 L1；2 根为50%再生粗集料取代率的再生混凝土梁，其纵向受拉钢筋分别为 2Φ12 和 2Φ16，按顺序编号为 L2 和 L3；另一根为 100%再生粗集料取代率的再生梁，其纵向受拉钢筋为 2Φ12，编号为 L4。每根梁配置的型钢均为热轧普通工字钢I10，Q235钢。通过试验，研究型钢再生混凝土梁的变形性能、混凝土的开裂及裂缝发展，梁的破坏特征等；计算分析不同配筋率，不同集料取代率对型钢再生混凝土梁正截面受力，极限承载力、开裂弯矩的影响。分析型钢普通混凝土梁的计算公式对型钢再生混凝土梁的适用性。构件的基本参数见表1。

表1试件梁的设计参数

实验在西华大学结构实验室进行。加载装置采用50T级液压千斤顶。实验采取单调静力加载，通过分配梁将荷载对称施加到实验梁上，在跨中形成600mm的纯弯段。

图2加载现场

本次实验主要测试的内容有：型钢的应变、受拉钢筋的拉应变、纯弯段混凝土的应变、裂缝开展情况、跨中位置的挠度。观察实验构件的受力性能，破坏过程及破坏特征。

2、实验现象

型钢再生混凝土梁的破坏形式与型钢普通混凝土梁的破坏模式基本相同，都具有明显的弹性、开裂、屈服和极限 4 个阶段。加载初期无明显现象，荷载和梁挠度接近直线变化，型钢、钢筋、混凝土的应变也比较小。荷载加到极限荷载的 15%左右时，在跨中出现与梁纵向垂直，宽度约为 0.05mm的裂缝。随着荷载的增加，跨中左右两侧开始出现细微裂缝，同时段，梁的弯剪段出现多条斜向的弯剪裂缝，斜向指向加载点。在加载的过程中，纯弯段裂缝缓慢向上发展，延伸到试件中部才基本停止向上发展，而不是遇到型钢翼缘就停止向上发展。

荷载达到极限荷载90%附近时，混凝土梁的挠度增大速度加快，同时梁的纯弯段上表面出现混凝土被压碎的现象，继续加载，千斤顶读数增加缓慢，但跨中裂缝宽度明显增加，跨中顶部混凝土破坏越来越显著，压碎面积增大，并伴有混凝土碎渣剥落。在停止加载期间，因混凝土梁扰度仍在增加，千斤顶读数略有回落，但变化不大。进入下一级加载，此时千斤顶读数不再变大，跨中裂缝已持续发展到 5-15mm。此后，荷载已加不上去，并不断回落，宣告梁达到受弯承载力而破坏。

3、实验结果

开裂荷载和极限承载力是受弯构件的两个重要指标，实验测得4根梁的特征荷载及极限挠度见表3。

表3 实验主要结果

4、结论

在本实验的基础上，通过分析及计算的结果，到处一下结论：

（1）型钢再生混凝土梁破坏过程与型钢普通混凝土梁相似，也具有明显的弹性，开裂、屈服和极限 4 个阶段，型钢再生混凝土梁受弯机理与普通型钢混凝土梁相同，钢―再生混凝土组合结构应用于实际工程中是可行的。

（2）在达到极限承载力之前，梁在受力过程中基本符合平截面假定。

（3）再生集料取代率对型钢再生混凝土梁的开裂弯矩、极限承载力并无显著影响，与型钢普通混凝土梁一样，其极限承载力主要受受拉钢筋配筋率的影响。

（4）型钢再生混凝土梁从达到极限荷载到最终破坏，经历了很长的一段过程，构件在变形持续增长的情况下，承载力下降很慢，型钢的存在使得梁的延性变得非常好。因此，可将型钢再生混凝土组合结构应用于地震地区。

（5）现行的组合结构规程可以应用到钢―再生混凝土结构当中。因现行的两种组合规范计算所得的结果相差较大，可根据工程结构的重要性和安全等级，来选取合理的计算方法。

参考文献

[1] 王庆. 建筑垃圾的“涅”[N]. 中国建设报，2009，02,24

[2] 孙跃东，肖建庄. 再生混凝土集料[J]. 混凝土 2004 年第 6 期（总第 176 期）

[3] 刘坚. 钢与混凝土组合结构设计原理[M]. 科学出版社 2005