混凝土开孔梁实验研究

　　混凝土开孔梁的模型进行分国家自然科学基金重点资助项目（59338130）表1弯曲孔梁极限承载力与比值M/注：①pU为同类型实心梁的极限承载力；②孔宽w为8（X）丨mm孔高h为180丨mm孔竖向位置c为200mm 1双孔梁的受力（特！性1.梁截面为lMi=Publi应力与开孔参数的关系为erved.回归后，关系曲线方程为其中ho为截面有效高度，上述关系为一无量纲方开孔梁的变形特征。由仿真试验结果可以看出，变形曲线受孔的空腹桁架作用明显，开孔梁的变形曲线基本可以看成是同类型实心梁的变形与考虑孔空腹桁架作用产生变形的叠加。作者计算了9个模型，所有曲线均带有此特征，这是计算混凝土开孔梁变形的重要依据之一。

　　开孔梁的开裂特性。为了了解开孔梁在荷载作用下，产生裂缝，及其分布、开展的情况，作者用文中的B2模型进行了仿真试验，荷载分为7级。从分析结果可知：微裂缝首先在荷载作用点处梁下边缘形成，然后向孔口扩展，开裂沿孔对角发生。由于孔两侧有密布箍筋，使得裂缝扩展在孔侧限制在两排箍筋之内。随着荷载的加大，从左至右，在梁的支座至荷载、荷载至孔、孔至支座、支座至支座之间有几条斜裂缝逐步显现，终导致梁的破坏。

　　000mm，两个孔宽均为w，高度均为h孔水平中心截面至梁下边缘距离为c两孔距离为d（见）。纵筋016As=804mm2，a/=儿，预应力筋面积为Ap，预应力为F偏心距e为100mm，直线型分布。箍筋I级，纵筋级，预应力筋的/Py=107GPa/碑=157GPa.正交试验4个因素为：孔宽w，孔高h孔的竖向位置c及孔间距d等4个开孔参数，为分析方便均采用无量纲参数。双孔中心线至左支座及荷载的距离相等，均为a=1000mm.故孔为剪切孔。仿真试验的目的有3个：一是探讨仅在预应力作用下，双孔击穿所需的预应力与开孔参数的关系；二是预应力一定时（F=113kN），孔的开裂荷载；三是极限荷载与开孔参数的关系。试验结果如表2所示。

　　由试验可知：使双孔梁击穿的开裂预应力F与开孔参数关系密切。（FCT）max为225kN，对应的参数为：h=100mm，d=160mm，c= 200mm，w=500mm.可见孔高、孔宽的这两个参数对开裂预应力影响较大，经回归分析，开裂预表2预应力双孔梁正交仿真试验结果Tab.2SimulatingresultsofPC编号参数为h 500mm，可见孔间距d、孔竖向位置c及孔宽w对开裂荷载P影响较大，其回归方程为P（。r=788.6（h/H）34.9（d/H）在预应力F―定时（F=113kN）极限荷载Pu在所给试验条件下变化不大。其平均值为132.6kN，大极限荷载与小极限荷载相差11小极限荷载为（Pu）=综合以上诸点的分析结果，建议进行双孔梁设计时，孔间距宽取：：>0.75H，孔高宽取h< 2混凝土（RC/PC）开孔梁实测试验通过上述的仿真试验及回归分析，已对开孔梁基本特性有了一个大概的了解。本文的研究是在前人研究基础上进行的，故有必要进行针对性的补充。

　　开裂编号荷载（kN）开裂部位破坏荷载破坏部位破坏形态荷载点梁下边缘纯弯段纯弯破坏左侧孔口右上角左孔口斜对角剪切破坏左孔右上角左孔斜对角剪切破坏荷载点梁下边缘大弯矩处弯曲破坏左孔右上角大弯矩处及孔斜对角弯、剪几乎同时破坏左孔右上角孔斜对角剪切破坏荷载点梁下边缘大弯矩处弯曲破坏孔口左上角上弦撕裂反弯点及撕裂破坏孔口左上角大弯矩处及孔口上下弦反弯点破坏及弯曲破坏伴有针状裂纹孔口左上角大弯矩处及上弦撕裂弯曲及撕裂破坏向后水平发展的主裂缝，这表明上弦在后期有撕裂破坏的特征。如果能防止撕裂破坏的发展，梁的承载力会明显提高。例如YC1、YC2同位于反弯点上，YC1上弦高度为梁高的0.275倍，YC2上弦高度为梁高的0. 375倍，实验结果是，YC1过早地出现了水平撕裂破坏，而YC2则裂缝发展比较充分，其破坏荷载为YC1的1.34倍，基本上与上弦高度的比值（1.36倍）一致。

　　裂缝的分布形态。裂缝在孔口的分布几乎都是沿斜对角方向，这表明孔口剪力应力集中作用是构成裂缝形成及开展的主要原因，在反弯点处的孔口上下弦还有少量的针状裂缝，大部分开孔梁临近破坏时，在上弦（或延伸部分）都会出现水平裂缝，且一旦水平裂缝形成，开展迅速，进而导致梁承载力丧失。这种裂缝分布形态表明：上弦受力后，形成一种劈裂效应，导致混凝土与钢筋之间的粘结力逐步损失。除了上述受力特征所致外，施工质量也是不可忽视的一个原因，在施工时，笔者发现孔周围钢筋密布，为了保证混凝土密实（尤其是上弦），振捣时间较长，粗骨料在重力及振捣力的作用下下沉，上弦上部骨料偏少，导致咬合力下降。

　　刚度特征。开孔后，混凝土梁（RC/PC）的刚度均有不同程度的削弱，给出了几个典型试件从P―A对比及变形曲线，从这些曲线对比中可以看出：①与同类型实心梁相比，开孔后梁刚度均有所削弱，但削弱程度不尽相同。普通混凝土开孔梁的刚度削弱的程度比相应预应力梁严重，削弱的范围主要体现在使用阶段（0. ~0.8PU）；②孔上下位置不同，梁刚度削弱程度也不同，YC2梁上弦高度为YC1的1.36倍，反映在户一曲线上，随着荷载的加，两根梁刚度退化幅度出现明显差异。YC1梁在P=150kN后，变形迅速加，导致梁过早地丧失了承载能力，而YC2梁则相对比较平缓，它的承载力达到实心梁钢筋及混凝土应变特征。实测中，孔上下弦中间位置的箍筋应变一般都很小，在靠近有裂缝的角附近，箍筋应变变化较大，分析这些应变曲线可以发现：①对双孔梁而言，孔附近箍筋应变因间距不同而不同。YL4右孔先出现开裂，左孔后开裂，这时应变图上右孔右上角应变出现一个卸载现象，而YL3左孔先出现开裂，右孔后开裂，故卸载现象发生在4点，这种应力重分布现象很有规律性。大应变发生在两孔之间，这表明，两孔之间应力集中现象较为严重，应力分布也极为复杂；②加预应力后，斜向钢筋承担的应变比普通混凝土梁的大。荷载越大，这种差距越大，其它试件两侧箍筋应变情况也有类似特点，这说明加预应力后，可以发挥孔周围不同种类钢筋参加工作，使梁强度、刚度等得到提高。

　　32一刘荣桂。预应力混凝土开孔梁回归分析与计算。工业建筑，1998，28（8）：30―33.刘荣桂，吕志涛，周志勇。预应力开孔梁抗剪配筋