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本文作者：易偉建1余東1江濤2作者單位：1湖南大學(xué)土木工程學(xué)院2湖南省建筑設(shè)計(jì)院

試驗(yàn)概況

1試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)制作3榀1層2跨鋼筋混凝土框架，試件編號(hào)為KJ1、KJ2和KJ3，其中試件KJ1和KJ2采用HRB500級(jí)鋼筋作為受力主筋，為了與試件KJ2進(jìn)行對(duì)比，具有相近承載力的試件KJ3采用HRB400級(jí)鋼筋作為受力主筋。框架柱高h(yuǎn)=1800mm(從基礎(chǔ)梁頂算起)，2跨跨度均為4000mm，梁截面尺寸為150mm×300mm，柱截面尺寸為250m×250mm，基礎(chǔ)梁橫截面尺寸為600mm×250mm，3榀框架試件尺寸如圖1所示。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，鋼筋混凝土框架柱配筋均為320，對(duì)稱(chēng)配筋。框架梁則按跨編號(hào)為KL1、KL2，其配筋如表1所示。3榀試件框架梁的非加密區(qū)箍筋配置雙肢8@150，加密區(qū)箍筋配置雙肢8@75。縱向受力鋼筋材料性能如表2所示。

2試驗(yàn)加載及量測(cè)

試驗(yàn)加載采用框架梁跨中集中加載(圖2)。分4個(gè)階段進(jìn)行加載。第1階段，分4～5級(jí)加載，每級(jí)荷載增量20～40kN，直到框架梁中柱端(C端)、跨中(B、D端)以及邊柱端(A、E端)都出現(xiàn)裂縫，分級(jí)卸載。第2階段，首先按第1階段加載方式加載至其卸載時(shí)的荷載值，再按框架梁中柱端(C端)計(jì)算的承載力分6～7級(jí)加載，每級(jí)荷載增量為10～40kN，待主裂縫寬度達(dá)到0.3mm，分級(jí)卸載。第3階段首先分級(jí)加載至第2階段卸載時(shí)的荷載值，按照第2階段的荷載級(jí)差加載，加載至框架梁中柱端(C端)計(jì)算承載力的90%，改變級(jí)差以計(jì)算極限荷載的5%分級(jí)加載。試驗(yàn)量測(cè)的主要內(nèi)容包括:測(cè)量梁端、梁跨中、柱頂、1/3柱高以及柱底等關(guān)鍵截面的混凝土應(yīng)變和受拉鋼筋應(yīng)變;用6個(gè)量程50mm的百分表來(lái)測(cè)量梁跨中以及1/4跨度處的撓度，5個(gè)量程10mm的百分表測(cè)量柱頂以及柱側(cè)向的位移;用6個(gè)電子傾角儀測(cè)量梁端及邊柱柱頂轉(zhuǎn)角;用4個(gè)量程1mm的千分表測(cè)量邊柱柱底的平均位移，用來(lái)校核所測(cè)混凝土應(yīng)變;框架梁開(kāi)裂后，描繪每級(jí)荷載作用下裂縫形態(tài)并量測(cè)記錄縱筋處的裂縫寬度。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

1裂縫形態(tài)

3榀框架試件在加載過(guò)程中，首先框架梁在中柱支座的梁端附近出現(xiàn)第1條裂縫(試件KJ1～KJ3對(duì)應(yīng)的開(kāi)裂荷載分別為19kN，22kN和21kN)，繼續(xù)加載，梁跨中附近和邊柱端也出現(xiàn)1條新裂縫，中柱支座端在第1條裂縫靠跨中一側(cè)出現(xiàn)1條新裂縫。原有的裂縫寬度進(jìn)一步增大，在己開(kāi)展的裂縫相鄰一定間距內(nèi)又有新裂縫出現(xiàn)，已開(kāi)展的2條裂縫之間很少再有新裂縫出現(xiàn)。所有裂縫沿豎直方向延伸一定高度以后斜向發(fā)展，框架梁柱邊裂縫斜向支座端，跨中裂縫斜向加載點(diǎn)。緊靠柱邊的梁端裂縫沒(méi)有傾斜，沿垂直方向延伸。進(jìn)一步加載，梁跨中的下排鋼筋首先屈服，裂縫寬度加大，梁兩端轉(zhuǎn)角增大。隨后跨中裂縫發(fā)展進(jìn)一步加速，撓度增大更加明顯。最終跨中受壓區(qū)混凝土壓碎(試件KJ1～KJ3對(duì)應(yīng)的極限荷載分別為216kN，200kN和230kN)，框架梁裂縫形態(tài)如圖3所示。

2裂縫寬度

在3榀框架梁支座端附近各選取4條主裂縫(A端裂縫編號(hào)A1、A2、A3、A4，E端裂縫編號(hào)E1、E2、E3、E4，中柱左側(cè)梁KL1端裂縫編號(hào)C1、C2、C3、C4，中柱右側(cè)梁KL2端裂縫編號(hào)C1''''、C2''''、C3''''、C4'''')，在正常使用荷載作用下進(jìn)行裂縫寬度比較分析，如圖4～6所示。由圖4～6可知，在正常使用荷載作用下，除了試件KJ2的E端以及試件KJ3的C端，其余框架梁支座截面端部的裂縫寬度最大，且靠近柱邊的裂縫在每級(jí)荷載作用下的裂縫寬度增量也較其他裂縫大，這些支座端的裂縫是控制整個(gè)框架梁裂縫的關(guān)鍵。對(duì)于試件KJ1和試件KJ3，具有相近配筋率、不同鋼筋直徑的A端和E端，每級(jí)荷載作用下的最大裂縫寬度比較如圖7所示，直徑較大的鋼筋導(dǎo)致較寬的裂縫。對(duì)承載力相近分別配有HRB500鋼筋的試件KJ2和配有HRB400鋼筋的試件KJ3的A、C端在每級(jí)荷載作用下的最大裂縫寬度比較如圖8所示。由于HRB500級(jí)鋼筋使配筋率降低，導(dǎo)致較寬的裂縫。試件KJ1、KJ2、KJ3在正常使用荷載作用下實(shí)測(cè)框架梁端最大裂縫寬度明顯大于按2010版規(guī)范公式計(jì)算的裂縫寬度(表3)，而梁跨中的最大裂縫寬度與按2010版規(guī)范公式計(jì)算的寬度之比小于1。

計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

圖12包含文獻(xiàn)［14-15］的共51個(gè)數(shù)據(jù)，wj為實(shí)測(cè)梁端主裂縫最大寬度;wjmax1為按2010版規(guī)范公式計(jì)算的短期荷載作用下的裂縫寬度最大值;wjmax2為按式(11)計(jì)算的短期荷載作用下的裂縫寬度最大值。由圖可知:wj/wjmax1與wj/wjmax2分布近似服從正態(tài)分布。進(jìn)行k-s檢驗(yàn)，檢驗(yàn)P值分別為0.08與0.05，均不小于0.05，可以認(rèn)為符合正態(tài)分布。試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與按2010版規(guī)范計(jì)算的短期裂縫寬度最大值和采用式(11)計(jì)算的短期裂縫寬度最大值的比較列于表3。由表3的計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析可知:1)wj/wjmax1均值23，wj/wjmax2均值00，說(shuō)明2010版規(guī)范裂縫寬度計(jì)算結(jié)果小于試驗(yàn)值，而式(12)計(jì)算值與試驗(yàn)值符合良好。2)wj/wjmax1變異系數(shù)0.13，wj/wjmax2變異系數(shù)0.09，說(shuō)明式(12)計(jì)算值與2010版規(guī)范裂縫寬度計(jì)算值相比可靠性較好。