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试验材料混凝土的设计强度等级为C25,选用325R普通硅酸盐水泥,水泥、砂、石子和水的质量按1241429063的比例拌和。钢筋选用直径为16mm的二级螺纹钢,相应的强度指标。
为了便于对比,选用南京某厂制造的与对比钢筋同直径的玻璃纤维增强塑料筋,通过30t液压万能试验机测得其抗拉、抗剪、抗压强度.由可见,同直径的玻璃纤维增强塑料筋的抗拉强度略高于钢筋,而其抗剪和抗压能力较普通钢筋低。
试验构件试验构件采用150mm150mm600mm(高宽长)的矩形断面梁.考虑到无腹筋梁较简单,导致斜截面破坏的因素较少,易于进行受力和破坏分析,所以在进行构件设计时只配1根无弯起的受拉筋,保护层厚度(h0)取30mm.钢筋和玻璃纤维增强塑料筋的公称截面面积(As)为2011mm2,配筋率为=Asbh0=2011150(150-30)=11%>min当构件的配筋率在经济配筋率的范围内时,构件的设计比较经济,且受力性能比较好。矩形截面梁的经济配筋率范围为06%15%<13>,所以配筋满足经济配筋率的要求。
当构件的剪跨比1时,梁发生斜压破坏;当剪跨比1<<3时,梁发生剪压破坏;当剪跨比3时,梁发生斜拉破坏<14>。剪压破坏有一定的预兆,且破坏时的荷载也比较高,是工程中常见的一种破坏形式。试验所用构件的剪跨比为=ah0=250150-30=21满足剪压破坏的要求。
试验设计钢筋和玻璃纤维增强塑料筋混凝土构件各1组,每组3根试件,在养护28d后开始试验,结果取平均值。采用30t液压万能试验机对构件进行两点对称集中加载,用千分表测量加载过程中的跨中挠度值。正式加载前先进行预加载,以确保各测量仪表工作状态正常;然后手动控制试验机进行缓慢加载直到构件破坏。每加载25kN记录一次数据,同时注意观察裂缝的开展情况,记录裂缝开始发生、迅速扩展和构件破坏时的荷载值。
试验现象为钢筋混凝土梁和玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的破坏形态。钢筋和玻璃纤维增强塑料筋2组6根梁都呈现出剪压破坏的特征。玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁剪压破坏形态与普通钢筋混凝土梁基本相似:当加大荷载至开裂荷载时,首先在梁的底部出现一条纵向裂缝。随着荷载的不断增加,纵向裂缝向荷载作用点缓慢发展,剪压区高度逐渐减小,最后剪压区混凝土被压坏,梁丧失承载能力。当主裂缝形成时,梁体还能继续承载,荷载主要由剪切区混凝土和主筋共同分担。剪压区内的主斜裂缝是由梁底下缘薄弱处扩展并延伸至加载点附近的<15>。由钢筋及玻璃纤维增强塑料筋的基本物理力学性能试验可知:玻璃纤维增强塑料筋的抗剪能力远小于其抗拉能力,且大约只有钢筋抗剪强度的1/2,这也是玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的抗剪承载力远小于钢筋混凝土梁的主要原因。
试验结果及分析试验测得的荷载挠度曲线如所示。由可以看出,钢筋混凝土梁的荷载跨中位移关系呈现3个线性阶段:荷载在0225kN之间,跨中位移缓慢呈线性增加;在225475kN之间,跨中位移增加较快;在荷载达到475kN之后,跨中位移突然快速增加。这个趋势同试验观察的现象基本一致:加载至25kN左右时,梁的底部及侧面中间开始出现裂纹并逐渐扩大;加载到50kN后,裂缝迅速蔓延,而承载力增加缓慢;当到达破坏荷载52kN后,承载力迅速减小,同时跨中位移急速增加直至梁彻底破坏。
结论a.对于钢筋混凝土梁,破坏前荷载跨中位移关系呈现3个线性增加的阶段。到达破坏荷载后,承载力减小,位移增大,直至梁彻底破坏。梁破坏是由于沿加载点至支座的一条斜裂缝造成的。b.对于玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁,开裂前位移呈现单线性增加的趋势。到达开裂荷载后,承载力减小,位移增加,然而承载力减小到某个值之后又开始上升,超过开裂荷载直至梁突然破坏。梁破坏也是由于沿加载点至支座的一条斜裂缝造成的。
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