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无腹筋的钢筋混凝土加腋梁的疲劳性能

——Carlos Zanuy, Juan M. Gallego, and Luis Albajar

在本文中，首次提出了钢筋混凝土加腋无腹筋梁的疲劳试验结果。该结论获得了两类失效模式，一种是由于钢筋疲劳，另一种是由于剪切疲劳。此外，测量了逐步增加的带有载荷循环的挠度。展开了根据疲劳荷载对钢筋混凝土极限强度和耐久性的影响的测试分析。对于疲劳强度，现有模型的局限性正在凸显并得到讨论。关于耐用性，结果显示其挠度甚至比理论上完全破坏的构件得到的还要高。这是由于剪切变形、蠕变和负张力硬化在卸载阶段的发展。

关键词：桥梁板；疲劳；加腋梁；钢筋混凝土梁；剪切。

摘要

由于设计、美学或建筑的原因，许多结构混凝土构件呈现可变的深度。例如，悬臂板混凝土桥。这种构件通常制作成无剪切加固的类型。此外，由于交通影响，这类构件通常受到大量的周期负荷，因而人们特别担心悬臂梁桥的疲劳安全。关于剪切强度的标准要求已经在加紧制定，而是否需要在此类构件中加箍筋也正在讨论中。此外，关于可变深度和疲劳性能对构件的影响的知识仍然很匮乏。

加腋梁斜压弦的正面影响已被许多标准接受，但额外贡献明确表述仅限于德国标准。由MacLeod和Houmsi取得的第一个实验成果表明伴随腋角的剪切强度的渐进性增加，也展示出固定厚度的构件不同的失效模式。根据Nghiep或Latte最近所做的调查，有证据表明斜拉弦构件的活动原理并不明确，从而引入一些对腋梁强度的疑问。

无剪力钢筋混凝土梁在疲劳载荷作用下可以产生弯曲或剪切破坏。弯曲疲劳破坏的典型是钢筋的脆性疲劳断裂。混凝土在受压时的疲劳是可能的，但是增强应力重分布的混凝土截面的高承载力延迟了混凝土破坏和最终钢筋的破坏结果。尽管事实上剪切疲劳破坏已经被记载在文献中了，但是很少有人知道这种失效模式。Chang和Kesler展示了剪切疲劳过程的现象学描述。通常，在剪跨中经过一定荷载的斜裂纹形式是既有弯曲裂纹的循环。这个对角线裂纹既能迅速发展并导致突然失效破坏，又能缓慢地向下传播到支撑物上或向上直至受压区，直到它太小无法抵抗施加的荷载而失效为止。Chang和Kesler将这种失效模式命名为斜裂破坏和剪切压缩破坏。后来的实验结果证实了Chang和Kesler关于剪切疲劳机理的描述。但目前为止没有进行任何关于加腋构件的疲劳试验。

钢筋的疲劳强度可以在S-N曲线的基础上得到评估，它提供最大可承受的载荷循环次数作为应力的函数振幅。因此，S-N模型已被实践标准所采用。因为上面提到的再分配过程，S-N-based方法对于混凝土疲劳存在着严重缺陷。对于剪切， S-N-based模型或Goodman图表广泛被各种标准采用。这种方法的适用性值得怀疑，因为最大适用剪力用剪力强度表示，其量化不同于一个模型到另一个模型（即使是最后两种版本的模型标准也在有同样的S-N曲线的情况下有不同的剪切强度模型）。目前还没有一个钢筋混凝土的剪切疲劳的力学模型，这说明了这个问题的困难。

在上述的意见来看，有无腹筋钢筋混凝土加腋梁的疲劳特性缺乏理论和实验研究。作为第一步，本文首次给出了实验结果。这种测试的分析是显而易见的，现有的模型仍然需要改进，以考虑在极限状态下的重复载荷。此外，对试验中观测到的挠度的逐渐增加进行了分析，以了解剪切变形、循环蠕变和拉伸刚度贡献的演变的贡献。

研究意义

加腋钢筋混凝土梁常用的在结构应用中，如桥面板。尽管这些构件承受了大量的载荷循环，对疲劳性能的关注仍然存在，但迄今为止还没有进行具体的试验。本文首次公示了对无腹筋的加腋钢筋混凝土梁的实验结果。分析了其破坏模式、疲劳强度和挠度的演变，并对公认标准的局限性提出了批评。

表1—鉴定试验和材料性能清单

图1—（a）几何结构，加固，负载配置，仪器标本；（b）在实验室标本ST-3。（注：cm中的尺寸；1厘米＝0.39英寸。）

——ACI结构杂志，第112期，第3期，2015年6月。

MS号s-2014-036.r3，DOI：10.14359/51687411，收到2014年6月30日，所出版的政策回顾。版权copy;2015，美国混凝土学会。版权所有，除经版权所有人许可外，不得复制。有关的讨论，包括作者的结束，如果有的话，将发表十个月，从本杂志的日期，如果讨论收到的四个月内的纸张印刷出版物。

实验研究

测试描述

对无腹筋的钢筋混凝土加腋梁实验活动已经在西班牙的马德里技术大学结构实验室进行（UPM）。这项运动包括在实际桥面上复制悬臂板的10个试验。标本对称设计，使每一半再现一个简单的三点弯曲配置悬臂板。虽然实际悬臂板具有空间重排效应的双向行为，但更简单的单向试件进行了测试，以避免在确定截面力的结果的解释上进一步不确定。试样的尺寸相当于一个典型的公路桥梁悬臂板，悬臂长度有2米（6英尺6英寸。）并在夹紧边缘0.40米的高度（16英寸）（长细比= 1/5）。3.81度的腋角（如参考资料1）对应的斜率为1/15。八标本包含一个小的配筋率（/ bdmax = 0.008），类似于真正的桥梁，和两个标本在钢筋（如/ bdmax = 0.024）。没有提供压缩或抗剪加固。四值的剪切细长性（美联社/ Dmax = 2.1，3，3.8，和5）采用跨度四值之间的支持测试（参见表1），覆盖在悬臂板车轮荷载的可能位置。最长的跨度（3.80米[ 12英尺]，对应的AP / Dmax＝5）是用来测试标本的最大配筋率。图1（a）中绘制了测试的几何结构、增强布局和负载配置。图1（b）中提供了实验室中一个测试的视图。四个试样（每一个剪切长细值中的一个）被单调加载到静态失效，以便所有的疲劳试验都可以进行参考静力试验。通过这种方式，避免了估计剪切强度模型的不确定性。六标本进行重复加载到疲劳失效。疲劳载荷被选为代表45到60%的极限剪切应力和一个大致的耐力极限的钢筋应力范围。对混凝土桥梁疲劳的大多数关注是由于这样的限制是按照标准达到的。

试样支撑在圆柱钢轧辊上，允许自由旋转。负载被施加在跨中。静态测试是装入1000千牛液压致动器（2.25Chi;105磅）的能力。疲劳试验载荷进行了plusmn;200 kN液压致动器（4.5Chi;104磅）的能力。在试样和致动器之间放置了0.25times;0.25times;0.02米（10times;10times;0.8英寸）的钢板。在疲劳试验中施加的载荷有一个正弦形式，表2列出了极限和频率。一个线性可变位移传感器测量跨中挠度（LVDT）。两枚短程LVDT传感器用于测量深度变化的路段0.50米（1英尺7英寸）的支持，以检测和监控剪切裂缝的一种间接的方式。传感器的位置可以在图1中观察到。

表2—载荷细节和疲劳试验结果

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