铝合金配筋新型混凝土梁试验研究

摘要：对6根铝合金配筋新型混凝土梁试件进行了单调静载试验，研究该类新型混凝土梁的破坏机理，分析铝合金配筋混凝土梁的破坏过程、荷载跨中挠度曲线以及纵筋应变和弯曲裂缝等的变化规律。研究结果表明：铝合金配筋新型混凝土梁发生弯曲破坏和粘结破坏2种典型模式，其中受弯破坏模式表现为铝合金纵筋拉断失效或受压区混凝土压溃失效，粘结破坏模式主要由“拱机理”导致，表现为试件在支座处锚固破坏或斜截面混凝土剪压破坏；该类新型混凝土梁的极限荷载和名义屈服荷载非常接近，二者之比均小于1.15；发生弯曲破坏的铝合金配筋混凝土梁试件的荷载跨中挠度曲线可分为弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏失效阶段。

关键词：混凝土梁；铝合金；受弯性能；承载力；拱机理；破坏模式；静载试验

中图分类号：TU375.4文献标志码：A

Abstract： According to the experiment investigation on six new type concrete beams reinforced with aluminum alloy bars under monotonic static loading， the failure mechanism of new type concrete beams was researched. The failure process， loaddeflection curve， longitudinal strain distribution and flexural crack development were analyzed. The study results indicate that there are two typical failure patterns of new type concrete beams reinforced with aluminum alloy bars： flexural failure and bond failure. The flexural failure pattern always occurs with tensile rupture of aluminum alloy bars or crushing failure of concrete. Owing to the “arch action”， the bond failure pattern always occurs with anchor failure of aluminum alloy bars at the supports or shearcompression failure of concrete in shearcompression zone. Moreover， the ultimate load is quite near with the nominal yielding load of new type concrete beams reinforced with aluminum alloy bars， the average ratio between the ultimate loads and the nominal yielding loads is less than 1.15. In addition， the loaddeflection curves of flexural failure specimen can be divided into three stages： elastic stage， crack stage and failure stage.

Key words： concrete beam； aluminum alloy； flexural behavior； bearing capacity； arch action； failure pattern； static experiment

0引言

混凝土结构是目前基础设施使用最广泛的结构形式，大量混凝土结构提前失效多数源于混凝土结构的耐久性不足。混凝土结构的耐久性问题已成为全球性可持续发展的重要问题，其中因钢筋锈蚀需要处理的工程具有普遍性。钢筋锈蚀是混凝土结构丧失原有承载力，难以达到预期使用寿命的主要因素[18]。

铝合金具有自重小、比强度高等优点，与传统结构材料相比，铝合金材料的强度与钢材相近，密度约为钢材的1/3，单位长度棒材综合造价约为钢材的3/4，耐腐蚀性能[910]显著优于钢材，因此，铝合金有望解决钢筋锈蚀引发的结构耐久性问题。此外，铝合金主要构成元素铝的矿藏储量远大于铁元素且易于加工，是当前较为理想的潜在结构材料之一。

本文中笔者对6根铝合金配筋新型混凝土梁试件进行单调静载试验，研究该类新型混凝土梁的破坏机理，分析铝合金配筋混凝土梁的破坏过程、荷载挠度曲线和纵筋应变、弯曲裂缝等的变化规律，对该类新型混凝土试件的受力性能进行初步研究，以探讨侵蚀环境下新型混凝土结构的受力性能。

1试验概况

（2）铝合金配筋新型混凝土梁的极限荷载和名义屈服荷载非常接近，二者之比均小于1.15，即该类新型混凝土梁受拉纵筋一旦达到名义屈服应变，试件很快达到峰值荷载，其强度方面的安全储备有限，设计时应予以重视。与传统钢筋混凝土构件相比，由于铝合金的弹性模量较小，该类新型混凝土梁的跨中挠度较大，应用于大跨度混凝土梁桥结构时应提出可靠方案。

（3）发生弯曲破坏的铝合金配筋混凝土梁试件的荷载跨中挠度曲线可以分为3个阶段：弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏失效阶段。由于加载后期，光圆纵筋与混凝土界面发生滑移，平截面假定不再成立。

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