混凝土框架梁原位加载试验与有限元分析

汪兆年 （黄山市建设工程质量监督站，安徽 黄山 245000）

0 前 言

现行《混凝土结构试验方法标准》中对原位试验中受弯构件挠度检验依据为《混凝土结构设计规范》规定的挠度允许值进行检验，当设计要求按实配钢筋确定的构件挠度计算值进行检验时，或仅检验构件的挠度、抗裂或裂缝宽度时，试验值还应小于在使用状态试验荷载作用下，按实配钢筋确定的构件短期挠度计算值的1.2倍[1]。

1 工程实例

某6层局部1层框架结构商住楼因部分梁体有收缩性裂缝，为了解在正常使用极限荷载作用下裂缝开展、挠度与应力状况，选择一道具有典型裂缝的混凝土梁进行原位加载试验。试验荷载为正常使用极限荷载。梁截面为200mm×600mm，跨度为5.5m，跨中处有一道次梁，梁底钢筋为4C25，腰筋4C12，梁顶2C16，支座负弯矩处梁顶钢筋为3C16。梁上部为一层露台，板面已装修，试验荷载取值为2.0kN/m2,加载面积为69.3m2，荷载总重为13860kg。

3 试验过程与试验数据

梁体挠度由梁底跨中与支座下方布置的百分表测得。梁体应变由支座与跨中最大拉力区域的应变传感器测得。试验现场照片见图2、3所示。试验数据如表1、图4、图5所示。

在试验荷载下，测得跨中最大挠度值为0.23mm。规范挠度检验允许值为l0/200/θ=13mm。现场测得试验荷载下，跨中最大拉应变值为34.81με。

荷载作用下混凝土梁挠度（单位：mm） 表1

部位 实测试数验值值与数A值B分AQ模析U型结S实果体 MI线DA性S模C I型V表I L2跨中挠度 0.23mm 0.21mm 0.44mm跨中梁底应变 34.8με 45.1με 72.1με规范允许挠度限值为：13mm

图1 试验梁位置及加载区域示意图

图2 试验现场照片

图3 加载重物

图4 跨中梁底应变曲线图

图5 支座剪力区域应变曲线图

图7 ABAQUS实体单元模型

3 数值分析及结果

分别使用MIDASCIVIL建立梁、板单元模型，ABAQUS建立实体单元模型。施加平面荷载，通过计算了解跨中梁底挠度及应力情况。模型中混凝土强度等级取值为C25，弹性模量取值为2.8×1010N/m2，泊松比为0.2。模型建立过程中考虑相邻跨梁板柱对荷载传递的影响与模型工作量及计算效率等因素，模拟中未对整个建筑进行建模，模型示意见图6、7。模型分析结果与试验测量值及规范限值如表2所示。

图8 ABAQUS模型位移云图

图9 ABAQUS模型拉应力云图

4 结 论

①依据试验值与数值分析结果对比可知，规范挠度限值为试验值的57倍，梁、板单元模型计算为实测值1.9倍，实体单元模型计算值更加接近实测值。因此，依据实体单元模型分析结果作为试验判断依据更加可靠。

②在梁、板单元型中，由于梁、板单元通过共用节点实现连接，分析中模型受到单元网格密度、划分形式及约束方式等因素影响，很难真实模拟荷载在梁板间传递。计算结果与试验值相差较大且不宜准确建模[2-3]。

③本文中试验荷载取值为正常使用荷载，较承载力极限状态荷载值小，若在极限荷载试验中可通过ABAQUS中Embedded方法[4-5]，将钢筋单元埋植入混凝土单元中。该方法可以较为准确钢筋与混凝土共同受力下结构或构件的受力分析，为极限荷载试验提供较为准确的预警值与判断依据。

[1]GB/T50152—2012,混凝土结构试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2]李忠学.梁板壳有限单元中的各种闭锁现象及解决方法[J].浙江大学学报（工学版）,2007（7）.

[3]朱涛,肖守讷,杨光武.不同自由度单元之间连接刚度问题的研究与应用[J].铁道机车车辆,2010(4).

[4]江见鲸,陆新征,叶列平.混凝土结构有限元分析[M].北京:清华大学出版社.2005.

[5]王丽,邓思华.基于ABAQUS的混凝土梁受弯破坏实验非线性分析[J].土木建筑工程信息技术,2010（1）.