專利名稱：一種確定帶裂鋼筋混凝土梁彈性模量及抗彎剛度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶裂紋工作的鋼筋混凝土梁的受拉楊氏彈性模量 5+和受壓楊氏彈性模量的測(cè)量方法以及抗彎剛度D的確定方法。
背景技術(shù)：
采用預(yù)制鋼筋混凝土梁加載試驗(yàn)，測(cè)量其楊氏彈性模量及抗彎剛度，對(duì)鋼筋混凝 土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論具有指導(dǎo)意義。目前，鋼筋混凝土梁的彈性模量測(cè)量及抗彎剛度的確定，大 多數(shù)基于經(jīng)典的等模量彈性理論，即在絕對(duì)值相同的拉壓應(yīng)力下，材料將產(chǎn)生絕對(duì)值相同 的拉壓應(yīng)變。大量的試驗(yàn)和研究表明，材料在絕對(duì)值相同的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力作用下，會(huì)發(fā)生 絕對(duì)值不同的拉應(yīng)變和壓應(yīng)變，即材料具有拉壓不同模量的非線性特性。隨著科學(xué)技術(shù)的 日益發(fā)展，對(duì)材料力學(xué)性質(zhì)的研究提出了更高的要求，研制新型材料以及挖掘材料自身特 性的潛力，成為新的研究動(dòng)向。大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)普遍存在著材料的拉壓不同模量彈性力學(xué) 特性，尤其像陶瓷、有機(jī)玻璃、鋼筋混凝土等。材料具有拉壓不同模量的彈性力學(xué)性質(zhì)本質(zhì) 上是非線性問(wèn)題(雙線性)。如果工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)材料的這種非線性特性不予重視，仍 然沿用經(jīng)典的等模量彈性理論，在某些情況下會(huì)因本構(gòu)關(guān)系不符合而造成計(jì)算誤差過(guò)大， 這有可能是結(jié)構(gòu)失效的真正隱患。事實(shí)上，大多數(shù)鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)，通常處于帶裂紋 工作狀態(tài)，尤其是鋼筋混凝土梁，此時(shí)構(gòu)件的拉壓不同楊氏彈性模量特征尤為突出。因此， 仍沿用經(jīng)典的等模量彈性理論確定帶裂鋼筋混凝土梁的抗彎剛度，勢(shì)必造成過(guò)大的計(jì)算誤 差，不利于工程結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服采用經(jīng)典的等模量彈性理論確定帶裂鋼筋混凝土梁抗彎剛度的不足，本 發(fā)明提供了一種帶裂鋼筋混凝土梁拉壓不同楊氏彈性模量的測(cè)量方法以及抗彎剛度的確 定方法。該方法所測(cè)得的拉壓不同楊氏彈性模量，包含了鋼筋混凝土梁在給定荷載范圍內(nèi) 的開(kāi)裂因素，因而所確定的抗彎剛度適用于帶裂紋工作的鋼筋混凝土梁。從而解決了鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論中，普遍關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
制作一根長(zhǎng)力寬為b、高為h的矩形截面鋼筋混凝土梁，作為待檢測(cè)的試件，其中 i>5h。試件的兩端采取鉸支座支承，并在距離支座u處兩點(diǎn)集中對(duì)稱施加荷載戶，如圖1 所示。測(cè)出試件跨度中部的撓度值《以及試件跨度中部最底端的應(yīng)變值。如圖2所示。 根據(jù)拉壓不同模量理論給出的矩形截面簡(jiǎn)支梁在兩點(diǎn)集中對(duì)稱加載下的解析解，推導(dǎo)出鋼 筋混凝土梁拉壓不同楊氏彈性模量和抗彎剛度的計(jì)算表達(dá)式，由荷載值f、撓度值w、應(yīng)變 值。,便可以精確地計(jì)算出拉壓楊氏彈性模量值和抗彎剛度值。根據(jù)淺梁的小撓度平面彎曲理論，簡(jiǎn)支梁在荷載作用下，梁會(huì)撓曲，并處于下部受拉而上部受壓的受力狀態(tài)，從而形成既不受拉也不受壓的中性層。如果按經(jīng)典的等模量彈 性理論，該中性層恰好位于橫截面的半高處。然而，如果考慮構(gòu)成梁的結(jié)構(gòu)材料在拉伸和壓 縮時(shí)的彈性模量不相同，那么中性層則不再位于橫截面半高處，而是根據(jù)拉壓彈性模量值 的不同位于截面的某個(gè)高度上，如下式所示
其中，A1表示受拉截面高度，h表示受壓截面高度，E+和E-分別表示構(gòu)件的拉壓楊氏 彈性模量，各個(gè)量的單位采用國(guó)際單位制。同時(shí)，梁的抗彎剛度D可表示為
根據(jù)不同模量彈性理論(C. A.阿姆巴爾楚米揚(yáng)著.鄔瑞鋒，張?jiān)收娴茸g.不同模量 彈性理論[M].北京中國(guó)鐵道出版社，1986.)，考慮拉壓不同模量的簡(jiǎn)支梁，并在距離支 & ^處兩點(diǎn)集中對(duì)稱施加荷載P，其跨中的撓度計(jì)算表達(dá)式為 W A"2)Pa
將抗彎剛度D的表達(dá)式(2b)代入公式(3)，可得僅含有丑+和E-的關(guān)系式
同時(shí)，跨中底部的最大受拉彎曲應(yīng)力的計(jì)算表達(dá)式為
其中，M為簡(jiǎn)支梁的跨中彎矩，I =辦，將Ji , D和 的表達(dá)式代入，可得到另外-個(gè)僅含有鏟和f的關(guān)系式
聯(lián)立式(4 )和式(6 )，可解得和f分別如下 12 Paw12(3l2 - 4a2) Paw
這樣，就求得了鋼筋混凝土構(gòu)件的受拉楊氏彈性模量S+和受壓楊氏彈性模量。然 后，由公式(2b)可以求得抗彎剛度^ 本發(fā)明的有益效果是待測(cè)M的參數(shù)少，僅需要測(cè)量試件跨中底部的撓度值w和 應(yīng)變值F即可；該方法所測(cè)得的拉壓不同楊氏彈性模量，包含了鋼筋混凝土梁在給定荷載 范圍內(nèi)的開(kāi)裂因素，因而所確定的抗彎剛度適用于帶裂紋工作的鋼筋混凝土梁。從而解決 了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論中，普遍關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明采用的兩邊簡(jiǎn)支的鋼筋混凝土梁在兩點(diǎn)集中對(duì)稱加載下的力學(xué)模 型。圖中，1為鋼筋混凝土梁；2為加厚矩形( χ )加載鋼墊板。圖2為本發(fā)明儀器安裝示意圖，圖中，1為電阻應(yīng)變片、2為千分表?yè)隙扔?jì)。
具體實(shí)施例方式(1)試件制作
制作一根長(zhǎng)力寬為 、高力'的矩形截面鋼筋混凝土梁，作為待檢測(cè)的試件，其中 /> 。試件的兩端采取鉸支座支承，在梁的上表面距離支座《處，各設(shè)置一塊加厚矩形 加載鋼墊板，其中 為沿梁寬方向矩形加載鋼墊板的長(zhǎng)度，為沿梁的跨度方向矩 形加載鋼墊板的長(zhǎng)度，要求 '<//1(]0，以滿足簡(jiǎn)支梁在集中荷載作用下的力學(xué)模型，如圖1 所示。(2)實(shí)驗(yàn)儀器安裝
如圖2所示，在試件跨中底部貼一枚電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片與應(yīng)變儀相連；在試件跨 中底部(或頂部)安裝千分表?yè)隙扔?jì)。(3)第一次加載及測(cè)量
采用兩點(diǎn)集中對(duì)稱加載模式，在兩塊加載鋼墊板上，各施加一個(gè)集中荷載 等結(jié)構(gòu) 變形穩(wěn)定后，準(zhǔn)確測(cè)得試件跨度中部的撓度值W1、試件跨度中部最底端的應(yīng)變值Ei，記錄 對(duì)應(yīng)的荷載值f。(4)卸載及第二次加載測(cè)量
緩慢卸掉荷載5觀察鋼筋混凝土梁是否能夠完全恢復(fù)變形，若鋼筋混凝土梁能夠完 全恢復(fù)變形，則視為“完全彈性”(否則所施加的荷載值P已經(jīng)超出結(jié)構(gòu)的彈性響應(yīng))。然后 在試件跨中底部，重新貼一枚電阻應(yīng)變片，對(duì)鋼筋混凝土梁第二次施加荷載至第一次的荷 載值P。等結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后，準(zhǔn)確測(cè)得試件跨度中部的撓度值巧、試件跨度中部最底端的
應(yīng)變值(5)計(jì)算
取計(jì)算用的撓度值w = (W1 + W2)/2、應(yīng)變值ε= O1 + ε2)/2,利用荷載值ρ、計(jì)算撓度值 w、計(jì)算應(yīng)變值ff、距離支座的距離^、梁長(zhǎng)I、梁寬 和梁高A ,采用以下公式計(jì)算出帶裂鋼 筋混凝土梁的受拉楊氏彈性模量值S+和受壓楊氏彈性模量值以及抗彎剛度值D
Tl(Il2-Aa2)Paw hh[24kw-(3i2 -4a2)ef各個(gè)物理量的單位采用國(guó)際單位制。
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種確定帶裂鋼筋混凝土梁彈性模量及抗彎剛度的方法，其特征在于制作一根長(zhǎng)為 、寬為、高為的矩形截面鋼筋混凝土梁，作為待檢測(cè)的試件，其中，試件的兩端采取鉸支座支承，并在距離支座處兩點(diǎn)集中對(duì)稱施加荷載，測(cè)出試件跨度中部的撓度值，以及試件跨度中部最底端的應(yīng)變值，利用下式確定帶裂鋼筋混凝土梁的受拉楊氏彈性模量值和受壓楊氏彈性模量值以及抗彎剛度值其中為加載點(diǎn)與支座間的距離、為矩形截面鋼筋混凝土梁梁寬、為梁長(zhǎng)、為梁高；各個(gè)物理量的單位采用國(guó)際單位制。dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,dest_path_image006.jpg,dest_path_image008.jpg,dest_path_image010.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image016.jpg,dest_path_image018.jpg,dest_path_image020.jpg,dest_path_image022.jpg,dest_path_image024.jpg,dest_path_image026.jpg,dest_path_image028.jpg,183049dest_path_image004.jpg,278044dest_path_image002.jpg,665163dest_path_image006.jpg
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種確定帶裂鋼筋混凝土梁彈性模量及抗彎剛度的方法，涉及帶裂紋工作的鋼筋混凝土梁的受拉楊氏彈性模量和受壓楊氏彈性模量的測(cè)量方法以及抗彎剛度的確定方法。制作一根長(zhǎng)為、寬為、高為的矩形截面鋼筋混凝土梁，作為待檢測(cè)的試件，其中，試件的兩端采取鉸支座支承，并在距離支座處兩點(diǎn)集中對(duì)稱施加荷載，測(cè)出試件跨度中部的撓度值，以及試件跨度中部最底端的應(yīng)變值，根據(jù)拉壓不同模量理論給出的矩形截面簡(jiǎn)支梁在兩點(diǎn)集中對(duì)稱加載下的解析解，推導(dǎo)出、和的計(jì)算表達(dá)式，由荷載值、撓度值、應(yīng)變值，便可以精確地計(jì)算出、和。該方法所確定的、和，包含了鋼筋混凝土梁在給定荷載范圍內(nèi)的開(kāi)裂因素，因而可用于結(jié)構(gòu)的力學(xué)精細(xì)分析。
文檔編號(hào)E04C3/20GK101923024SQ201010245010
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者何曉婷, 孫俊貽, 寧全潤(rùn), 朱海橋, 胡興健, 許勁, 鄭周練 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)