竹筋混凝土板的初步研究

来源 :哈尔滨工业大学学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wocaonima3344521
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用竹筋混凝土建造楼板在我国已有四十多年历史。过去建造这种楼板未经过计算,竹筋也未经过防水、防腐及防虫处理。竹筋和混凝土间的粘着力很低,因此在建筑工程中推广应用便受到了限制。鉴于竹材的抗拉强度很高,容易加工,在我国产量丰富,价格低廉,许多机关都开始了竹结构和竹筋混凝土的研究。自1955年10月起,哈尔滨工业大学在苏联专家科学技术博士M.E.卡冈(M.E)教授的指导下开始了竹筋混凝土板的研究。这些研究包括了竹筋的防水问题和竹筋混凝土板工作的理论及试验分析。未经防水处理的竹筋放置在混凝土内,由于竹筋吸水膨胀,使混凝土表面出现裂缝。为验算放置板内的竹筋因吸水而引起纵向裂缝,拟定了近似计算公式:不考虑竹筋及混凝土的共同工作时,(εw Eα90y Eбp)[1+3.5((1/2)-(a/h))](d/n)(?)Rp;考虑竹筋及混凝土的共同工作时,(εw Eα90y Eбp)/(1+(Eα90d)/(Eбph))[1+3.5((1/2)-(a/h))](d/h)(?)Rp.式中εw——竹筋的横向单位压缩,其值等于竹的切向线胀系数;Eα90——竹的切向横纹抗压弹性模数;εy——混凝土的收缩;Eбp及Rp——混凝土抗拉弹性模数及混凝土的抗拉强度极限;3.5——混凝土受弯工作时的修正系数;c 及d——竹筋的宽度及厚度;h——板的厚度;α——竹筋截面中心至板底的距离(参看图1)。以上两式中考虑了竹筋的偏心位置的影响,但未考虑空间应力状态和沿竹筋厚度不均匀线胀系数的影响。减小未经防水处理竹筋的截面尺寸可以消除板内裂缝。试验确定,采用竹筋截面尺寸小于10×5MM 以下时板内不出现由竹筋膨胀而引起的裂缝。保护层厚度在2.5—3.5CM 间变化对裂缝没有显著影响。测定了涂刷酚醛防水胶(3胶)、热沥青及酚醛防水漆(天津永明厂出品)的竹筋试件的吸水性。试验说明,竹筋表面复盖各种涂料时其吸水速度均将变慢。涂3胶的竹筋吸水百分率最低,而涂热沥青的最高(参看图5)。涂刷3胶的竹筋试件浸水三天后,其吸水百分率较未涂刷者低27.7倍;而同样涂刷永明漆和热沥青的竹筋试件的吸水百分率则相应低8.6及6.6倍。共进行了19块竹筋混凝土板的静载荷试验。这些板曾按允许应力计算法、按破坏阶段计算法(强度总安全系数为K=3、K=4及K=5)、按裂缝开展计算法和按粘着力计算法进行计算。试验时计算荷载系根据按破坏阶段计算法K=5计算而得。试验结果如下(当混凝土标号为110号时):用小截面竹筋(截面尺寸小于12×7MM)配筋的板具有较好的工作。这种板在试验时由于竹筋表面积较大,竹筋和混凝土间有足够的粘着力。这种板的破坏原因是竹筋的断裂。试验证明,这种板的实际破坏荷载超过了计算破坏荷载,因此在保证板的刚度及裂缝开展的条件下还有可能将安全系数K=5略为降低。用大(?)面竹筋(试验时采用截面尺寸大于15×7MM 者)配筋时必须复盖涂料进行防水处理。这种板在试验时横向裂缝出现较早,裂缝开展较大且分布较稀。和用小截面竹筋配筋的板相比较,在设计使用荷载时其挠度值较大。由于竹筋和混凝土间的粘着力较低,在计算破坏荷载前竹筋已在板内滑动,而没有断裂。这种板的实际破坏荷载较设计使用荷载仅大2—3倍,所以在这种情形下不可能充分利用板的承载能力。试验说明,用大截面竹筋配筋的板应特意地计算竹筋和混凝土间的粘着力,这在钢筋混凝土结构中一般是不须计算的。粘着力计算的实质如下:由竹筋所承受的从混凝土中拔出的力T=ωτсцm Sl/2;竹筋沿混凝土的滑移力T’=τα(bl/4)=Ql/4z;保证竹筋和混凝土间粘着力的条件为T’(?)T.式中τсц——竹筋和混凝土间的粘着力强度;ω——沿竹筋长度粘着力图形的完整系数;m——竹筋根数;S——竹筋截面的周界;Q——板中切力;τα=Q/bz——支座处板中的切应力;b 及l——竹筋混凝土板的宽度及跨度。计算粘着力时采取了ω=0.5及清华大学工程结构教研组研究的数据τсц=3.4 кг/см2。所进行的试验证明了试验研究结果和理论分析结果相符。由于从低的竹筋和混凝土间粘着力所设计的板不能充分利用其承载能力,对用大截面竹筋配筋的竹筋混凝土板必须研究增进竹筋和混凝土间粘着力的措施。同济大学圬工教研组所建议的按裂缝开展计算理论假设φ=1及裂缝间距为常数,不能反映竹筋混凝土板的真实工作,因为对用小截面竹筋配筋的板按此理论计算得出过高的强度储备,而对用大截面竹筋配筋的板,又没有考虑到对这种板起很大作用的竹筋和混凝土共同工作的情况。按极限状态计算法是竹筋混凝土板计算理论发展的主要方向,制定此计算法必须一系列数据:板的持久强度系数、计算裂缝开展时所采用的修正系数φ、竹筋和混凝土间的粘着力强度等。此外还必须进行竹筋混凝土板的耐火性及耐久性的研究。为加速在建筑工程中推广竹筋混凝土,所有这些问题都要系统地进行研究。
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