钢筋混凝土梁在正常使用荷载下 [外压荷载作用下钢筋混凝土排水管试验]

　　【摘 要】本试验严格按照《混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法》进行，对钢筋混凝土排水管试件采用三点试验法，通过机械压力的传递，试验管子的裂缝荷载和破坏荷载。并对其试验数据进行整理和分析，就钢筋混凝土排水管的质量进行检测评定，为其在以后工程中的应用提供试验依据。
　　【关键词】检测；三点法外压荷载；钢筋混凝土排水管
　　1.引言
　　近年，随着城镇规模不断发展扩大，国家相继投入了大量资金用于市政建设和改造，钢筋混凝土排水管的生产技术也随着管材的产量，质量，规格品种的发展有了很大的进步。因此，对其工程质量控制要求也越来越高。本文就成品管进行三点法外压荷载试验，为目前工程建设提供试验数据。
　　2.样本概况
　　本样品数量为3个，公称内径平均值为2000mm。公称外径平均值为2400mm。管壁厚度平均值为200mm。有效长度平均值为2000mm。排水管沿环向配置内外两层钢筋。
　　3.检测内容
　　通过观察排水管内、外表面比较平整，无粘皮、麻面、蜂窝、塌落现象、在接口处有少许露筋现象；用铁锤敲击排水管表面未发现空鼓现象。
　　4.外荷载试验
　　通过三点法外压荷载试验，检测试件裂缝荷载与破坏荷载的实际值。具体试验步骤如下：（1）检查设备状况。（2）将试件放在外压试验装置的两个平行的下承梁上，然后将上承梁放在试件上，使试件与上、下支承梁的轴线相互平行，并确保上支承梁能在通过上、下支承梁中心线的垂直平面内自由移动。（3）通过上支承梁加载，选择在上支承梁中点加载。（4）开始加载。
　　试验装置整体布置，见图1。
　　图1 混凝土排水管试验装置整体布置 图2 混凝土排水管试验加载装置
　　严格按照国家规范中的《混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法》进行试验，得出试件裂缝荷载和破坏荷载的表述如下：
　　当加载至100%裂缝荷载时（134kN/m）在试件的顶部和底部两个下支承梁之间出现细小裂缝，裂缝宽度分别为管一：0.10，管二：0.09mm，管三：0.12mm，平均值为0.10mm。加载至105%裂缝荷载时（140.7kN/m）顶部和底部的裂缝宽度分别为管一：0.20mm，管二：0.22mm，管三：1.99mm，平均值为0.20mm。因此确定该三个试件的裂缝荷载为140.7kN/m。
　　当加载至105%破坏荷载（210kN/m）过程中，三个试件显现破坏状态，选用前一级荷载（200kN/m）为该三个试件的破坏荷载，因此取该三个试件的破坏荷载为200kN/m。
　　5.理论计算
　　根据管壁正截面砼塑性系数γm值，大于规范规定值的情况，建议γm的值可取：
　　管径D≥1000mm γm≥2
　　D≥1000mm γm≥2.2
　　相应的砼抵抗力矩为
　　M砼=2ftkW=0.33ftkbh? （1）
　　M砼=2.2ftkW=0.366ftkbh?
　　（2）预压应力产生的抵抗力矩M预
　　预应力环筋作用在管壁环截面上产生近似均等的预压应力。
　　预压应力产生的抵抗力矩为
　　M预=0.5bhσpc·0.58h=0.29bh?σpc （2）
　　将公式（1）及公式（2）数值代入公式Mα=M砼+M预可得
　　Mα=0.333ftkbh?+0.29bh?σpc=0.29bh?（1.15ftk+σpc）
　　D≥1000mm （3）
　　Mα=0.333ftkbh?+0.29bh?σpc =0.29bh?（1.26ftk+σpc） D﹤1000mm
　　也可表示为：
　　Mα=γm ftk W+1.75σpcW=（γm ftk+1.75σpc）
　　σ=γm ftk+1.75σpc （4）
　　按公式（4）可计算出管壁环截面上单位面积的综合抗拉应力σ集中线荷载p的数值，既可用下式计算：
　　P=M/0.318r均·p=0.524σh? （5）
　　M=σbh?/6 （b=1）
　　本试验的三个试件平均直径为2000mm，平均管壁厚h=200mm，r=1000mm，σpc=3.772Mpa，砼C50的ftk=2.01Mpa，代入公式（3）得：
　　Mα=0.333ftkbh?+0.29bh?σpc
　　=0.29×1000×200?×（1.15×2.01+3.772）=70.56KN·m/m
　　把数据代入公式（4）得：
　　σ=γm ftk+1.75σpc=2×2.01+1.75×3.772=9.542Mpa
　　把数据代入公式（5）得
　　P=0.524×9.542×200?/1000=201KN/m
　　因此通过理论计算和实际试验，确定此类型钢筋混凝土排水管的破坏荷载为200KN/m。
　　6.裂缝图片
　　当在外力作用下，随着线荷载的增加，裂缝逐渐加宽，随着荷载达到破坏荷载时，试件破坏后，排水管产生的裂缝如下图所示：
　　图3 混凝土排水管顶部裂缝 图4 混凝土排水管底部裂缝
　　图5 混凝土排水管外侧裂缝
　　试验结束后，经测量排水管的长宽为2.035m，短宽为1.970m。
　　7.结论
　　综合以上试验检测和理论计算结果，对此类型钢筋混凝土排水管的质量评定，见表1。
　　表1 质量评定表
　　序列号 检测项目 检测数量 技术要求
　　01 外观质量 3个 GB/T16752-2006
　　02 尺寸误差 3个 GB/T16752-2006
　　03 外压线荷载 3个 裂缝荷载 ≤140.7KN/m
　　破坏荷载 ≤200KN/m
　　04 混凝土强度 3个 GB/T50081 ≥30MPa
　　总评价 根据GB/T16752-2006《混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法》.该试验试件所检指标符合相关质量要求.
　　参考文献：
　　[1]GB/T 16752-2006混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法[S].2006，12.
　　[2]GB/T 11836-2009混凝土和钢筋混凝土排水管[S].2009，11.
　　[3]SL/T 191-96水工钢筋混凝土结构设计规范[S].
　　[4]王铁成.砼结构原理[M].天津大学出版社，2002，09.
　　作者简介：张福龙（1988—），男，甘肃兰州人，兰州交通大学在读硕士研究生，研究方向：岩土工程。

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