混凝土收縮裂縫對框架梁正常使用性能影響與分析

唐正輝 （安徽富煌建筑設(shè)計(jì)研究有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前 言

混凝土收縮裂縫是混凝土構(gòu)件中常見病害，關(guān)于混凝土收縮裂縫對構(gòu)件承載能力的影響， 許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究[1-3]?；炷潦湛s裂縫對構(gòu)件使用性能的判斷會直接影響后期處理方法及維修成本。本文結(jié)合工程實(shí)例，闡述了含收縮裂縫框架梁在正常使用極限荷載作用下框架梁跨中撓度與應(yīng)變的增量與有限元模型分析對比情況。

1 工程概況

某工程設(shè)計(jì)為6 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，建筑物抗震不設(shè)防，混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境類別：地面以上為一類。梁混凝土強(qiáng)度等級為C30，梁頂設(shè)計(jì)為200mm 厚空心砌塊砌筑填充墻。建筑平面布置如圖1 所示。裂縫在梁跨中側(cè)面呈豎向不對稱分布。裂縫中間寬兩端細(xì)，由結(jié)構(gòu)層測得最大裂縫寬度為0.09mm。

試驗(yàn)前對混凝土框架梁施工質(zhì)量進(jìn)行檢測。梁截面尺寸為200mm×370mm（設(shè)計(jì)梁高500mm、板厚120mm），梁底主筋為3C16，梁端、梁中箍筋間距滿足設(shè)計(jì)要求?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30， 回彈法測得框架梁現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為32.4MPa。

2 試驗(yàn)荷載與測點(diǎn)布置

2.1 試驗(yàn)荷載取值

本次試驗(yàn)原位荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)荷載取值為正常使用極限荷載即荷載標(biāo)準(zhǔn)組合[4-6]。活荷載取值為2.0 kN/m2，裝修恒載取值為1.0kN/m2，試驗(yàn)前梁頂墻體已砌筑完成，墻體恒載作用已施加。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取值為1.0。加載面積為58.6m2，試驗(yàn)加載區(qū)域及構(gòu)件布置詳見圖1。試驗(yàn)加載總荷載質(zhì)量為17580kg。

2.2 測點(diǎn)布置

試驗(yàn)中使用電子百分表對梁底撓度進(jìn)行檢測。兩端支座處各布置1 只電子百分表，跨中布置2 只電子百分表；梁側(cè)混凝土應(yīng)變（應(yīng)力）通過電阻應(yīng)變片進(jìn)行檢測，測點(diǎn)分別位于跨中梁底與梁頂（板底處）側(cè)面，具體位置見圖2 所示，試驗(yàn)現(xiàn)場照片詳見圖3。

3 數(shù)值分析與理論計(jì)算

使用ABAQUS 有限元軟件建立實(shí)體彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析。為能模擬荷載作用在梁板間傳遞與分布，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立整層梁、板模型。為模擬邊界條件及梁、柱節(jié)點(diǎn)彎矩分配，模型中將上、下兩層柱模型一并建立，通過柱端約束較為準(zhǔn)確的模擬真實(shí)邊界條件。模型詳見圖4 所示。分析模型雖為單層模型，與整棟結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況存在一定差異，但與試驗(yàn)對象（單層單梁）現(xiàn)狀已較為接近。

模型中樓面活荷載為2.0kN/m2， 樓面恒載為1.0kN/m2，分析得到梁底應(yīng)變云圖詳見圖5。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值分析對比

4.1 撓度測試結(jié)果與理論對比

采用電子百分表對試驗(yàn)加載過程各測點(diǎn)位移進(jìn)行實(shí)時連續(xù)記錄，各測點(diǎn)撓度增量與荷載曲線（加載過程）詳見圖6，具體位移值詳見表1。

荷載作用下測點(diǎn)位移增量（單位：mm） 表1

實(shí)測框架梁在試驗(yàn)荷載作用下，跨中撓度增量為0.43mm，撓度相對殘余小于20%，撓度增量與荷載呈線性分布。實(shí)測值與有限元模型分析數(shù)值接近。

4.2 應(yīng)變（應(yīng)力）測試結(jié)果

現(xiàn)場測得混凝土梁跨中梁頂、 梁底應(yīng)變增量與荷載曲線（加載過程）詳見圖7。實(shí)測梁頂應(yīng)變（應(yīng)力）增量較小，未能在圖中清晰反應(yīng)。

荷載作用下各測點(diǎn)混凝土應(yīng)變增量 表2

實(shí)測框架梁在試驗(yàn)荷載作用下，跨中梁底最大拉應(yīng)變增量為56με，拉應(yīng)力增量為1.68MPa。鋼筋應(yīng)力增量11.2MPa。

5 裂縫變化

試驗(yàn)前測得最大裂縫寬度為0.09mm。在荷載作用下測得裂縫寬度為0.11mm，卸載后測得裂縫寬度為0.09mm。

6 結(jié) 論

①試驗(yàn)過程中跨中撓度增量—荷載曲線呈線性分布，實(shí)測值與有限元模型分析數(shù)值接近， 因此框架梁處于彈性工作狀態(tài)。

②跨中梁頂（板底位置）受壓區(qū)實(shí)測應(yīng)變增量較小，梁底混凝土拉應(yīng)變增量為56με，梁底鋼筋應(yīng)力增量為11.2MPa。 混凝土梁工作性能較好。

依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型綜合分析：框架梁滿足正常使用極限狀態(tài)要求。現(xiàn)有收縮裂縫尚未影響構(gòu)件正常使用，對裂縫進(jìn)行封閉處理后可滿足正常使用。

[1]朱耀臺.混凝土結(jié)構(gòu)早期收縮裂縫的試驗(yàn)研究與收縮應(yīng)力場的理論建模[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[2]左印波.具有斜裂縫鋼筋混凝土梁抗剪承載力的試驗(yàn)研究以及數(shù)值分析[D].沈陽：東北大學(xué)，2011.

[3]曹雙寅,邱洪興.混凝土裂縫在受彎構(gòu)件承載力評估中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，1994(7).

[4]GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[5]GB 50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[6]GB/T 50152-2012,混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.