混凝土框架梁原位加載試驗與有限元分析

汪兆年 （黃山市建設工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽 黃山 245000）

0 前 言

現(xiàn)行《混凝土結構試驗方法標準》中對原位試驗中受彎構件撓度檢驗依據(jù)為《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定的撓度允許值進行檢驗，當設計要求按實配鋼筋確定的構件撓度計算值進行檢驗時，或僅檢驗構件的撓度、抗裂或裂縫寬度時，試驗值還應小于在使用狀態(tài)試驗荷載作用下，按實配鋼筋確定的構件短期撓度計算值的1.2倍[1]。

1 工程實例

某6層局部1層框架結構商住樓因部分梁體有收縮性裂縫，為了解在正常使用極限荷載作用下裂縫開展、撓度與應力狀況，選擇一道具有典型裂縫的混凝土梁進行原位加載試驗。試驗荷載為正常使用極限荷載。梁截面為200mm×600mm，跨度為5.5m，跨中處有一道次梁，梁底鋼筋為4C25，腰筋4C12，梁頂2C16，支座負彎矩處梁頂鋼筋為3C16。梁上部為一層露臺，板面已裝修，試驗荷載取值為2.0kN/m2,加載面積為69.3m2，荷載總重為13860kg。

3 試驗過程與試驗數(shù)據(jù)

梁體撓度由梁底跨中與支座下方布置的百分表測得。梁體應變由支座與跨中最大拉力區(qū)域的應變傳感器測得。試驗現(xiàn)場照片見圖2、3所示。試驗數(shù)據(jù)如表1、圖4、圖5所示。

在試驗荷載下，測得跨中最大撓度值為0.23mm。規(guī)范撓度檢驗允許值為l0/200/θ=13mm。現(xiàn)場測得試驗荷載下，跨中最大拉應變值為34.81με。

荷載作用下混凝土梁撓度（單位：mm） 表1

部位 實測試數(shù)驗值值與數(shù)A值B分AQ模析U型結S實果體 MI線DA性S模C I型V表I L2跨中撓度 0.23mm 0.21mm 0.44mm跨中梁底應變 34.8με 45.1με 72.1με規(guī)范允許撓度限值為：13mm

圖1 試驗梁位置及加載區(qū)域示意圖

圖2 試驗現(xiàn)場照片

圖3 加載重物

圖4 跨中梁底應變曲線圖

圖5 支座剪力區(qū)域應變曲線圖

圖7 ABAQUS實體單元模型

3 數(shù)值分析及結果

分別使用MIDASCIVIL建立梁、板單元模型，ABAQUS建立實體單元模型。施加平面荷載，通過計算了解跨中梁底撓度及應力情況。模型中混凝土強度等級取值為C25，彈性模量取值為2.8×1010N/m2，泊松比為0.2。模型建立過程中考慮相鄰跨梁板柱對荷載傳遞的影響與模型工作量及計算效率等因素，模擬中未對整個建筑進行建模，模型示意見圖6、7。模型分析結果與試驗測量值及規(guī)范限值如表2所示。

圖8 ABAQUS模型位移云圖

圖9 ABAQUS模型拉應力云圖

4 結 論

①依據(jù)試驗值與數(shù)值分析結果對比可知，規(guī)范撓度限值為試驗值的57倍，梁、板單元模型計算為實測值1.9倍，實體單元模型計算值更加接近實測值。因此，依據(jù)實體單元模型分析結果作為試驗判斷依據(jù)更加可靠。

②在梁、板單元型中，由于梁、板單元通過共用節(jié)點實現(xiàn)連接，分析中模型受到單元網(wǎng)格密度、劃分形式及約束方式等因素影響，很難真實模擬荷載在梁板間傳遞。計算結果與試驗值相差較大且不宜準確建模[2-3]。

③本文中試驗荷載取值為正常使用荷載，較承載力極限狀態(tài)荷載值小，若在極限荷載試驗中可通過ABAQUS中Embedded方法[4-5]，將鋼筋單元埋植入混凝土單元中。該方法可以較為準確鋼筋與混凝土共同受力下結構或構件的受力分析，為極限荷載試驗提供較為準確的預警值與判斷依據(jù)。

[1]GB/T50152—2012,混凝土結構試驗方法標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]李忠學.梁板殼有限單元中的各種閉鎖現(xiàn)象及解決方法[J].浙江大學學報（工學版）,2007（7）.

[3]朱濤,肖守訥,楊光武.不同自由度單元之間連接剛度問題的研究與應用[J].鐵道機車車輛,2010(4).

[4]江見鯨,陸新征,葉列平.混凝土結構有限元分析[M].北京:清華大學出版社.2005.

[5]王麗,鄧思華.基于ABAQUS的混凝土梁受彎破壞實驗非線性分析[J].土木建筑工程信息技術,2010（1）.