框架梁研究论文：框架梁性能实验探究
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本文作者：易伟建1余东1江涛2作者单位：1湖南大学土木工程学院2湖南省建筑设计院
试验概况
1试件设计
试验共设计制作3榀1层2跨钢筋混凝土框架，试件编号为KJ1、KJ2和KJ3，其中试件KJ1和KJ2采用HRB500级钢筋作为受力主筋，为了与试件KJ2进行对比，具有相近承载力的试件KJ3采用HRB400级钢筋作为受力主筋。框架柱高h=1800mm(从基础梁顶算起)，2跨跨度均为4000mm，梁截面尺寸为150mm×300mm，柱截面尺寸为250m×250mm，基础梁横截面尺寸为600mm×250mm，3榀框架试件尺寸如图1所示。混凝土设计强度等级为C40，钢筋混凝土框架柱配筋均为320，对称配筋。框架梁则按跨编号为KL1、KL2，其配筋如表1所示。3榀试件框架梁的非加密区箍筋配置双肢8@150，加密区箍筋配置双肢8@75。纵向受力钢筋材料性能如表2所示。
2试验加载及量测
试验加载采用框架梁跨中集中加载(图2)。分4个阶段进行加载。第1阶段，分4～5级加载，每级荷载增量20～40kN，直到框架梁中柱端(C端)、跨中(B、D端)以及边柱端(A、E端)都出现裂缝，分级卸载。第2阶段，首先按第1阶段加载方式加载至其卸载时的荷载值，再按框架梁中柱端(C端)计算的承载力分6～7级加载，每级荷载增量为10～40kN，待主裂缝宽度达到0.3mm，分级卸载。第3阶段首先分级加载至第2阶段卸载时的荷载值，按照第2阶段的荷载级差加载，加载至框架梁中柱端(C端)计算承载力的90%，改变级差以计算极限荷载的5%分级加载。试验量测的主要内容包括:测量梁端、梁跨中、柱顶、1/3柱高以及柱底等关键截面的混凝土应变和受拉钢筋应变;用6个量程50mm的百分表来测量梁跨中以及1/4跨度处的挠度，5个量程10mm的百分表测量柱顶以及柱侧向的位移;用6个电子倾角仪测量梁端及边柱柱顶转角;用4个量程1mm的千分表测量边柱柱底的平均位移，用来校核所测混凝土应变;框架梁开裂后，描绘每级荷载作用下裂缝形态并量测记录纵筋处的裂缝宽度。
试验结果及分析
1裂缝形态
3榀框架试件在加载过程中，首先框架梁在中柱支座的梁端附近出现第1条裂缝(试件KJ1～KJ3对应的开裂荷载分别为19kN，22kN和21kN)，继续加载，梁跨中附近和边柱端也出现1条新裂缝，中柱支座端在第1条裂缝靠跨中一侧出现1条新裂缝。原有的裂缝宽度进一步增大，在己开展的裂缝相邻一定间距内又有新裂缝出现，已开展的2条裂缝之间很少再有新裂缝出现。所有裂缝沿竖直方向延伸一定高度以后斜向发展，框架梁柱边裂缝斜向支座端，跨中裂缝斜向加载点。紧靠柱边的梁端裂缝没有倾斜，沿垂直方向延伸。进一步加载，梁跨中的下排钢筋首先屈服，裂缝宽度加大，梁两端转角增大。随后跨中裂缝发展进一步加速，挠度增大更加明显。最终跨中受压区混凝土压碎(试件KJ1～KJ3对应的极限荷载分别为216kN，200kN和230kN)，框架梁裂缝形态如图3所示。
2裂缝宽度
在3榀框架梁支座端附近各选取4条主裂缝(A端裂缝编号A1、A2、A3、A4，E端裂缝编号E1、E2、E3、E4，中柱左侧梁KL1端裂缝编号C1、C2、C3、C4，中柱右侧梁KL2端裂缝编号C1''''、C2''''、C3''''、C4'''')，在正常使用荷载作用下进行裂缝宽度比较分析，如图4～6所示。由图4～6可知，在正常使用荷载作用下，除了试件KJ2的E端以及试件KJ3的C端，其余框架梁支座截面端部的裂缝宽度最大，且靠近柱边的裂缝在每级荷载作用下的裂缝宽度增量也较其他裂缝大，这些支座端的裂缝是控制整个框架梁裂缝的关键。对于试件KJ1和试件KJ3，具有相近配筋率、不同钢筋直径的A端和E端，每级荷载作用下的最大裂缝宽度比较如图7所示，直径较大的钢筋导致较宽的裂缝。对承载力相近分别配有HRB500钢筋的试件KJ2和配有HRB400钢筋的试件KJ3的A、C端在每级荷载作用下的最大裂缝宽度比较如图8所示。由于HRB500级钢筋使配筋率降低，导致较宽的裂缝。试件KJ1、KJ2、KJ3在正常使用荷载作用下实测框架梁端最大裂缝宽度明显大于按2010版规范公式计算的裂缝宽度(表3)，而梁跨中的最大裂缝宽度与按2010版规范公式计算的宽度之比小于1。
计算结果与试验结果对比分析
图12包含文献［14-15］的共51个数据，wj为实测梁端主裂缝最大宽度;wjmax1为按2010版规范公式计算的短期荷载作用下的裂缝宽度最大值;wjmax2为按式(11)计算的短期荷载作用下的裂缝宽度最大值。由图可知:wj/wjmax1与wj/wjmax2分布近似服从正态分布。进行k-s检验，检验P值分别为0.08与0.05，均不小于0.05，可以认为符合正态分布。试验实测值与按2010版规范计算的短期裂缝宽度最大值和采用式(11)计算的短期裂缝宽度最大值的比较列于表3。由表3的计算结果统计分析可知:1)wj/wjmax1均值23，wj/wjmax2均值00，说明2010版规范裂缝宽度计算结果小于试验值，而式(12)计算值与试验值符合良好。2)wj/wjmax1变异系数0.13，wj/wjmax2变异系数0.09，说明式(12)计算值与2010版规范裂缝宽度计算值相比可靠性较好。
