地下管沟变形缝抗剪钢筋反复加荷实验研究*

蒋春霞，黄志成

（广东理工学院，广东 肇庆 526020）

引言

按照相关规范规定在每隔不大于30 米的地方现浇钢筋混凝土地下管沟就要设置温度伸缩缝，如遇有一些不利工程地质条件还要设置变形缝，在地基不均匀沉降等作用下变形缝会发生相对位移，这些位移会使管沟内的管线产生附加内力影响管线的正常使用，在实际施工中为了减少这种影响，经常在变形缝中布设抗剪钢筋。在很多工程实践中表明这种方法真实有效，本文就在实验室中建立缩尺模型对两种不同钢筋在布置方法、数量、锚固长度下得到它们的破坏方式、力-位移关系曲线、延性指数等，为以后的地下管沟的建设提供基础研究资料和设计参考。

1 试验基本情况

本文在实验时共做了4 个缩尺试件编号分别为GLS1-GKS3，分成2 组，都现浇于混凝土基础底座两端。混凝土基础底座于地面刚性连接，试件抗倾覆系数满足要求。试件包括与底座一起浇筑的节段1、悬臂端节段 2和中间的变形缝组成，变形缝中间有抗剪钢筋把两个节段连成一个整体。节段1 和节段2 尺寸为纵长都为350毫米，截面高1000 毫米，宽800 毫米，变形缝宽10 毫米，顶板和底板板厚都为120 毫米，侧壁壁厚100 毫米。管沟总截面积510000 平方毫米，钢筋总截面积2873.9 平方毫米，配筋率0.564%，这些构造与实际结构相近。

图1 实验加荷装置

抗剪钢筋牌号为HRB335 的直径为10 钢筋，长度300 毫米，两端植入节段1 和节段2 中，沿管沟壁均匀布置或仅侧壁布置，其具体布置方案如下表1。

材料为混凝土选用C35 等级，预埋管为Q235b。抗剪钢筋承载计算公式为：

表1 抗剪钢筋布置方案

其中p 为试件受到的集中荷载，a 为荷载位置处变形缝之间的距离，n 为抗剪钢筋数量，Wpn为单根钢筋的截面抵抗矩，fy为钢筋抗拉强度设计值，试件受力之后产生的弯矩和剪力图如下：

图2 试件受力图

根据强度理论计算公式：

其中 σ1、σ2、σ3分别为三个维度上的应力，[σ]为材料容许应力。把实验数据代入得到，当 n=25 时，P=310.8kN。

2 实验方案

为保证试件在变形缝处的受力以受剪为主，结合实验室条件，采用了把变形缝处的钢筋布置成铰接，在试件顶部用千斤顶竖向施加剪力。试件的混凝土基础跟实验室的地槽为刚性连接，其中节段1 让它保持与混凝土基础整体现浇，节段2 悬挑。本次实验采用控制位移和荷载双重因素进行反复加载，每次加载后持荷2 到3 分钟，观察试件裂缝和破坏的发展情况。加载过程分为预加载和正式加载两个阶段，在预加载阶段以每级0.21kN/s 速率均匀地分三级加载在试件上；在正式加载阶段以25kN/s的速率均匀地反复地加载在试件上，并记录管沟在每次循环荷载下地变形缝处地竖向位移值和管沟的顶板、底板及管沟侧壁裂缝的出现、发展情况。

3 实验结果

GLS1 试件当荷载加载到55kN 时开始出现裂缝，在管沟的正面也出现了一条连接顶板到底板的贯穿裂缝，继续增大荷载，这条裂缝不断加宽，同时在管沟的侧面和底部也开始出现多条裂缝，当把剪力加到110kN 时，上部的抗剪钢筋处的混凝土开始剥落，前面的裂缝继续发展变宽变大。位移加载初始值为10 毫米，剪力=250kN时，管沟顶板底面和板混凝土都出现了可见的裂缝，增大位移量，裂缝也跟着继续发展。

GLS2 试件当竖向剪力等于65kN 时开始出现裂缝，管沟正面中部出现两条竖向斜裂缝，继续加大荷载，正面裂缝向地面方向发展，侧面也由水平和斜向裂缝出现；当荷载加到150kN 时，同时进行位移加载，发现随着位移增加，位于侧壁上下端边的裂缝斜向发展直至正面；继续加载和加位移，变形缝周围的混凝土开始剥落，裂缝继续发展，最后抗剪钢筋断裂。

GLS3 试件当剪力等于33kN 时，管沟正左面出现了竖向贯穿裂缝，继续加大荷载，管沟侧面，底板都出现了很多竖向裂缝；开始加位移，这时中部的抗剪钢筋的混凝土有少量剥落，继续增加位移量和力，管沟正面裂缝都向两端发展，混凝土持续剥落，裂缝继续加大变宽，直至最后抗剪钢筋断裂，以剪切为主的试件破坏。

GLS4 试件当剪力等于35kN 时出现开裂，管沟正面也出现一条竖向裂缝，继续加大荷载，侧面出现多头水平和竖向裂缝；加载到160kN 时，开始加载位移，既有裂缝不断向周围发展，当加载到200kN 时，管沟端边的抗剪钢筋出现了肉眼可见的受弯扭曲现象，周边混凝土也有少量剥落，继续加载，最后抗剪钢筋断裂，破坏以剪切断裂为主同时也伴随受弯受扭。

图3 实验中出现最频繁的裂缝分布图

表2 试件承载力、位移和位移延性系数表

根据实验数据得出试件承载力、位移和位移延性系数见表2。

4 结论

通过以上实验可得：地下管沟在变形缝处设置抗剪钢筋具有良好的延性和抗震性，实验中在抗剪钢筋植入混凝土内部的钢筋均没有出现破坏现象，说明在地下管沟中抗剪钢筋的植入锚固长度最后为15d 左右，试件破坏以承受抗剪断裂为主，同时有混凝土剥落现象，试件在加载过程中，裂缝先出现在两端，即该部位先受力且受力较大，在以后的布设中，可以适当加大这个部位的配筋，整个受力形式接近单跨简支梁受力形式。