特种结构bookmark0钢纤维矩形钢管混凝土梁的研究余志伟邓洪洲（同济大学建筑工程系上海200092）梁抗弯极限承载力的数值计算方法，并进行了钢纤居矩形钢管混凝土梁试验，通过入不同参数钢纤居梁和末掺入钢纤居梁的理论计算与试验分析，得出入钢纤居来提高梁的抗弯极限承载力是可行的。

　　矩形钢管混凝土作为一种较新的结构形式，其良好的受力性能己经得到公认。过去，矩形钢管混凝土主要应用于柱构件中，但是考虑到工厂预制及装配式施工，也可以尝试在梁构件中采用矩形钢管混凝土。由于矩形钢管的套箍作用仅使受压区的混凝土强度得到有效的提高，受拉区的混凝土强度却没有显著提高，造成了矩形钢管混凝土中大部分受拉区混凝土都过早地退出了工作，特别是在梁中，大部分截面处于受拉区，造成了混凝土的浪费。结合目前的钢纤维混凝土理论，考虑采用钢纤维矩形钢管混凝土，从而提高受拉区混凝土的极限承载力。本文运用数值分析方法计算了不同长径比及体积率的钢纤维对梁抗弯极限承载力的影响，并与试验结果进行比较，确定了掺入钢纤维来提高梁抗弯极限承载力的可行性。

　　一、钢纤维混凝土计算理论钢纤维混凝土与自古就有的麦秸土、麻刀砂浆等功用相同，其主要目的就是大脆性基材抵抗裂缝开展的能力，防止突然破坏，大韧性和延性。钢纤维由钢丝剪断、钢片（薄板）切割或高温高速熔抽等制成。掺入钢纤维的作用主要是防止混凝土开裂。在试件开裂之前，钢纤维中的应力很小，混凝土承担大部分拉力；试件开裂之后，与裂缝相交的各钢纤维因变形大而应力倍，渐次替代混凝土的受拉作用；当试件全截面开裂后，由纤维承担全部拉力；试件*终破坏时，钢纤维因粘结破坏而被拔出，而非拉断给出的考虑套箍作用后的受压混凝土的本构关系；对于矩形钢管，采用钢材单向受力的本构关系。通过建立的计算模型给出矩形钢管混凝土梁抗弯极限承载力数值分析过程，计算过程中通过不断调整初始挠度，改变跨中曲率，以跨中挠度达到跨度的1/400作为梁达到极限承载力的标志，从而求得掺入钢纤维后的矩形钢管混凝土梁的极限承载力。

　　1.掺入钢纤维后受拉混凝土的本构关系下降段：=X/一钢纤维混凝土的拉应变；/cu―素混凝土的立方抗压强度；a―对应于素混凝土同种本构关系的a值；e―素混凝土的极限拉应变；e/0―钢纤维混凝土的极限拉应变。

　　2.考虑套箍作用后受压混凝土的本构关系（忤）￡一混凝土的压应变；a―混凝土的极限压应力；一混凝土对应于极卩限玉应力的极限压应变；/ck一混凝土的标准抗压强度；―矩形钢管混凝土的套箍系数。

　　3.钢材的本构关系其中，a为钢的应力；￡为钢的应变；/.为钢的屈服点。

　　三、钢纤维的参数分析入/=Pl//d/是影响钢纤维矩形钢管混凝土梁抗弯极限承载力提高大小的主要参数。本文计算受均布荷载q作用的矩形钢管混凝土梁，截面管采用Q235钢，壁厚2mm.掺入不同参数令的钢纤维后q与跨中挠度S的关系如所示，梁的抗弯极限承载力Mf与V的关系如所示。

　　如所示，随着q的大，S逐渐大；随着V的大对应于同一挠度的q值也相应大。

　　如所示，随着V的大，Mf基本呈线性大。由此可见，钢纤维的掺入对构件抗弯极限承载力有显著提高，在梁中掺入钢纤维是可行的。

　　个，截面为150mmX250mm，梁长2m.矩形钢管米用Q235钢，壁厚4mm，―端预先封板，另一端在混凝土浇注2周后封板。

　　C30钢纤维混凝土，其中钢纤维选用上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的铣削型钢纤维，掺量为试验在同济大学建工系试验室进行。采用4个千斤顶通过分配梁分配为8个集中力模拟均布加载，加载方式采用连续加载，直至梁产生较大塑性变形且荷载不再有显著加为止。试验数据由数据采集系统自动采集。下面图片所示，分别为HSB311、HSB44受荷后产生较大塑性变形的情况。

　　试验中分别测定梁顶部、侧面、底部各点的应变和梁底部各6分点处的位移以及支座位移。加载点、应变和位移测点布置及部分测点编号如示。

　　在加载初期和加载末期均有明显的响声。表明在弹性阶段，梁的受拉区钢板与混凝土之间己经发生部分脱离；试验结束后通过敲打管壁发现跨中侧面大部分钢板己经与混凝土脱开，如及所示，在弹性阶段，跨中截面很好的符合了平截面假定，在接近极限承载力的时候，测点5、测点6的应变显著加，说明在此处不仅钢板与混凝土发生了脱离，而且钢板有轻微的向外鼓HSB44的抗弯承载力和刚度相对于HSB311有了显著提高，梁抗弯承载力提高14%.试验表明，在梁中掺入钢纤维从而提高梁的抗弯承载力是可行的。

　　五、结论*大允许挠度为1/400，因此理论分析时可以以跨中挠度达到1/400作为梁达-到极限承载力的标志之一。

　　3T提出，对于压弯构件以钢板受拉边缘纤维达应变片及位移计位置到10000戌作为构件屈服HSB311平截面HSB44平截面件受拉边缘钢纤维达到10000坪时，跨中挠度己经达到了1/80远远超过规范值；当跨中挠度达到1/400时，钢板受拉边缘纤维应变达到1400押左右，因此，理论分析时可参照此值作为构件达到极限承载力的标志之一。

　　掺入钢纤维可以改善矩形钢管混凝土梁受拉区的工作性能，从而提高梁的承载能力，并且具有良好的经济性，值得推广使用。钢纤维混凝土梁在施工中要注意确保质量，钢纤维在拌和料中应分散均匀，为了使钢纤维不产生纤维球团，使其均匀分散在混凝土中，应注意投料顺序。