钢筋混凝土结构试验可以重复吗?

理论探讨 6个月前 (12-26) 894 人围观 0

话说在2009~2011年间,咱土木行业里也有一个博客圈,朋友们通过博客交流,不亦乐乎。王博士便是这样一位老朋友,当年他在同济大学读博士,这些年联系少,估计早已毕业了吧。在整理友情链接的时候,发现他近期写了这样一篇文章,讨论混凝土结构实验是否也可以重复,这是挺有意思的话题,转载过来,大家看看有啥想法?

文 / 王斌

如果读过湖南大学易伟建教授的著作《混凝土结构试验和理论研究》,你可能就会清楚在半个多世纪前的1963年,美国University ofCalifornia Berkeley的B. Bresler教授和A. C. Scordelis教授在ACI Structural Journal上发表了一篇关于RC梁的抗剪性能的论文“Shear Strength of ReinforcedConcrete Beams”,所完成了12个试件中有9个试件发生了剪切破坏(截止当前,这篇文章引用数为313次)。由于试验完成的比较早并且具有代表性,后来的研究者多次采用此试验数据(Benchmark)进行分析模型的验证。

 

Bresler–Scordelis的试验

然而40年后,2004年加拿大University of Toronto的F. J. Vecchio教授和其学生W. Shim在Journal of Structural Engineering发表了一篇论文“Experimental and analyticalreexamination of classic concrete beam tests”,是针对Bresler–Scordelis试验的再重复研究。至于为什么要重复这个试验,Vecchio在论文中说明了3点原因:(1)探究构件承载力与破坏模式的可重复性;(2)对Bresler–Scordelis试验的补充;(3)探究影响数值模拟精度的关键因素。

Vecchio- Shim的试验

Vecchio- Shim的试验

Vecchio- Shim的试验

虽然在Vecchio的重复试验中,混凝土的强度难以保证等同(最大误差近31%),但是其他参数大致相同。如果Bresler–Scordelis的试验存在明显的误差,那么以此作为Benchmark的分析需要进一步的审视。结果能够较好地重复40年前的试验,在一定程度上也说明了混凝土结构非线性的可靠性。

然后相比起Bresler和Scordelis两位教授,美国Northwestern University的Z. P. Bazant教授可能就没有这么“幸运”了。1991年Bazant教授的研究团队做了5组不同比例的梁的试验,主要是为了研究梁受剪破坏的尺寸效应,在ACI Structural Journal上发表了“Size Effect on Diagonal ShearFailure of Beams without Stirrups”。通过这个系列试验,Bazant教授将自己提出的尺寸率尝试推广到混凝土结构,这篇试验的文章影响比较大,后来也多次被他人引用(截止当前,这篇文章引用数为226次)。

但是到了2005年,加拿大University of Toronto的E. C. Bentz对这个试验的结果持有一定的质疑,便“重复”了这个试验,同样在ACI上发表了“Repeating a Classic Set ofExperiments on Size Effect in Shear of Members without Stirrups”,发现试验的结果和Bazant教授以前的结论差别很大,之所以给重复二字加引号,是因为后者的试验并不是完全的再现了前者的试验,只是在一定参数上和前者的试验一致,所以这也为后来两个研究团队的论战埋下了伏笔。所以Bazant后来有回复说,难以理解Bentz为何不采用相同的试验参数,反而,2005年的试验再一次证明了1991试验结论的正确性。

读到这里可能才发现,原来在钢筋混凝土试验中曾经也存在重复试验的例子,虽然试验材料和试验条件的差异会增加“重复可操作性”的难度,但是对于尚未达成共识的难点问题(如以上关于混凝土受剪破坏的问题),试验结果的可重复性也正是深入认识机理的标志。

参考文献:

[1] 易伟建. 混凝土结构试验和理论研究[M]. 北京:科学出版社,2012.
[2] Bresler B, Scordelis A C. Shear strength of reinforced concrete beams[J]. ACIstructural journal. 1963, 60(1): 51-74.
[3] Vecchio F J, Shim W. Experimental and analytical reexamination of classicconcrete beam tests[J]. Journal of Structural Engineering, 2004, 130(3):460-469.
[4] Bazant Z P, Kazemi M T. Size effect on diagonal shear failure of beams withoutstirrups[J]. Structural Journal, 1991, 88(3): 268-276.
[5] Bentz E C, Buckley S. Repeating a classic set of experiments on size effect inshear of members without stirrups[J]. ACI structural journal, 2005, 102(6):832-838.

 

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