华北理工大学 建筑工程学院 河北 唐山 063009
摘要：本文对钢筋混凝土简支双向板进行大变形下的静力加载试验，得到双向板在均布荷载作用下的竖向挠度、板边处横向位移、荷载－挠度曲线、裂缝开展以及塑性铰线形式，研究钢筋混凝土简支双向板在大变形条件下的力学性能。
关键词：钢筋混凝土；双向板；力学性能
钢筋混凝土板是最重要的水平承重构件，不仅在多层建筑、高层建筑，甚至在超高层建筑中被普遍应用[1-4]。钢筋混凝土板作为建筑结构的水平结构体系，在保证建筑结构的承载力和结构的整体刚度方面具有重要作用。钢筋混凝土板的设计要考虑很多环境因素以及灾害的影响，如腐蚀、恶劣的温度条件以及火灾等，火灾对板的影响是钢筋混凝土板设计需重点考虑的因素之一。由于火灾时混凝土板往往处于大变形状态，通过试验发现，即使板的挠度达到板长跨的1/10甚至更大，混凝土板仍然没有破坏，说明此时在混凝土板中存在受拉薄膜效应，从而使钢筋混凝土板的承载力远大于塑性铰线理论计算值。本文通过开展钢筋混凝土简支双向板大变形下的静力加载试验，测定板的荷载－挠度曲线，破坏形态以及最终极限承载力，研究钢筋混凝土简支双向板大变形条件下的力学性能。
1试验现象
图1为钢筋混凝土双向板裂缝图。由图可见，当总荷载加至5.3kN/m2时，混凝土板底开始在板的跨中沿着长跨方向出现裂缝，并且一出现即已开展了较长长度。随着荷载的增长，裂缝不断增加，但仍主要集中在跨中长跨方向。当加至9.2kN/m2时，已有的跨中裂缝逐渐开始沿对角线方向扩展，并向板角发展。沿着短跨方向，逐渐出现了裂缝①，②和③，并且②和③出现的时间要略早于裂缝①。此后，跨中挠度的增加速度较之前明显加快。板底形成的裂缝簇形式与经典屈服线理论假设的塑性铰线模式相似。随着荷载的增大直至加载结束，各裂缝宽度继续变大，再未出现新的裂缝发展形式。当荷载加至13.3kN/m2时，板底的裂缝⑤宽度达到1.5mm，如图1(b)所示。在混凝土板顶，当荷载加至22.1kN/m2时，板角处开始出现圆弧形裂缝④，如图1(a)所示。当荷载增加至24.8kN/m2时，四个板角的圆弧形裂缝④逐渐在四个板边的中部连通并在板顶形成椭圆形裂缝。加载的中后期，短跨方向的裂缝①，②和③在板顶看已经较为明显，其中裂缝①位于长跨方向的跨中，并最终形成沿着短跨方向上下贯通的、明显的大裂缝。这是在一般小挠度加载时不会出现的裂缝。
图1 钢筋混凝土双向板的裂缝图
2 荷载-挠度曲线
图2为板的荷载-挠度曲线，由图可知，加载初期，荷载与挠度呈线性增长。当荷载加至5.0kN/m2时，板底开始出现裂缝，刚度开始逐渐衰减，挠度增长有所加快。当荷载超过15.0kN/m2后，刚度基本稳定，挠度与荷载基本上又呈现线性关系，直至加载结束。由钢筋应变可知，板底的短跨钢筋在10.0kN/m2左右时就已开始屈服。当荷载达到15.0kN/m2左右时，板底裂缝已经开展的较为明显，形成了典型的塑性铰线模式，一般所说的屈服线理论预测的受弯极限承载力即对应这一阶段。随着荷载的增加，板的刚度逐步衰减至一定程度后稳定，跨中挠度持续线性增长。由跨中位置处的钢筋应变可知，此时钢筋已经屈服，且较多的塑性变形均集中在了塑性铰线处。试件的变形表现出了较为明显的机构破坏特性，以各个刚性板块绕支座和塑性铰线转动为主，但承载力始终在不断增长。
图2 板的荷载挠度曲线
3 结语
钢筋混凝土板是工程结构的基本构件，在各类建筑中有着广泛的应用，它作为建筑结构中的水平结构体系，在保证建筑结构的承载力和结构的整体刚度方面具有重要作用。板在发生大变形时，由于板中存在受拉薄膜效应，从而使钢筋混凝土板的承载力远大于塑性铰线理论计算值。本文研究钢筋混凝土简支双向板大变形条件下的力学性能，并将其应用到结构抗火中，为结构抗火的性能化设计提供依据。
参考文献
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论文作者:李亚泽,韩建强,魏沛泽
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/14
标签：荷载论文; 裂缝论文; 挠度论文; 钢筋混凝土论文; 塑性论文; 双向论文; 承载力论文; 《防护工程》2018年第36期论文;