混凝土收缩裂缝对框架梁正常使用性能影响与分析

唐正辉 （安徽富煌建筑设计研究有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前 言

混凝土收缩裂缝是混凝土构件中常见病害，关于混凝土收缩裂缝对构件承载能力的影响， 许多学者进行了大量的研究[1-3]。混凝土收缩裂缝对构件使用性能的判断会直接影响后期处理方法及维修成本。本文结合工程实例，阐述了含收缩裂缝框架梁在正常使用极限荷载作用下框架梁跨中挠度与应变的增量与有限元模型分析对比情况。

1 工程概况

某工程设计为6 层钢筋混凝土框架结构，建筑结构安全等级为二级，建筑物抗震不设防，混凝土结构环境类别：地面以上为一类。梁混凝土强度等级为C30，梁顶设计为200mm 厚空心砌块砌筑填充墙。建筑平面布置如图1 所示。裂缝在梁跨中侧面呈竖向不对称分布。裂缝中间宽两端细，由结构层测得最大裂缝宽度为0.09mm。

试验前对混凝土框架梁施工质量进行检测。梁截面尺寸为200mm×370mm（设计梁高500mm、板厚120mm），梁底主筋为3C16，梁端、梁中箍筋间距满足设计要求。混凝土设计强度等级为C30， 回弹法测得框架梁现龄期混凝土抗压强度推定值为32.4MPa。

2 试验荷载与测点布置

2.1 试验荷载取值

本次试验原位荷载试验，试验荷载取值为正常使用极限荷载即荷载标准组合[4-6]。活荷载取值为2.0 kN/m2，装修恒载取值为1.0kN/m2，试验前梁顶墙体已砌筑完成，墙体恒载作用已施加。结构重要性系数取值为1.0。加载面积为58.6m2，试验加载区域及构件布置详见图1。试验加载总荷载质量为17580kg。

2.2 测点布置

试验中使用电子百分表对梁底挠度进行检测。两端支座处各布置1 只电子百分表，跨中布置2 只电子百分表；梁侧混凝土应变（应力）通过电阻应变片进行检测，测点分别位于跨中梁底与梁顶（板底处）侧面，具体位置见图2 所示，试验现场照片详见图3。

3 数值分析与理论计算

使用ABAQUS 有限元软件建立实体弹性试验模型进行分析。为能模拟荷载作用在梁板间传递与分布，依据设计图纸建立整层梁、板模型。为模拟边界条件及梁、柱节点弯矩分配，模型中将上、下两层柱模型一并建立，通过柱端约束较为准确的模拟真实边界条件。模型详见图4 所示。分析模型虽为单层模型，与整栋结构实际状况存在一定差异，但与试验对象（单层单梁）现状已较为接近。

模型中楼面活荷载为2.0kN/m2， 楼面恒载为1.0kN/m2，分析得到梁底应变云图详见图5。

4 试验数据与数值分析对比

4.1 挠度测试结果与理论对比

采用电子百分表对试验加载过程各测点位移进行实时连续记录，各测点挠度增量与荷载曲线（加载过程）详见图6，具体位移值详见表1。

荷载作用下测点位移增量（单位：mm） 表1

实测框架梁在试验荷载作用下，跨中挠度增量为0.43mm，挠度相对残余小于20%，挠度增量与荷载呈线性分布。实测值与有限元模型分析数值接近。

4.2 应变（应力）测试结果

现场测得混凝土梁跨中梁顶、 梁底应变增量与荷载曲线（加载过程）详见图7。实测梁顶应变（应力）增量较小，未能在图中清晰反应。

荷载作用下各测点混凝土应变增量 表2

实测框架梁在试验荷载作用下，跨中梁底最大拉应变增量为56με，拉应力增量为1.68MPa。钢筋应力增量11.2MPa。

5 裂缝变化

试验前测得最大裂缝宽度为0.09mm。在荷载作用下测得裂缝宽度为0.11mm，卸载后测得裂缝宽度为0.09mm。

6 结 论

①试验过程中跨中挠度增量—荷载曲线呈线性分布，实测值与有限元模型分析数值接近， 因此框架梁处于弹性工作状态。

②跨中梁顶（板底位置）受压区实测应变增量较小，梁底混凝土拉应变增量为56με，梁底钢筋应力增量为11.2MPa。 混凝土梁工作性能较好。

依据试验数据与模型综合分析：框架梁满足正常使用极限状态要求。现有收缩裂缝尚未影响构件正常使用，对裂缝进行封闭处理后可满足正常使用。

[1]朱耀台.混凝土结构早期收缩裂缝的试验研究与收缩应力场的理论建模[D].杭州：浙江大学，2005.

[2]左印波.具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力的试验研究以及数值分析[D].沈阳：东北大学，2011.

[3]曹双寅,邱洪兴.混凝土裂缝在受弯构件承载力评估中的应用[J].工业建筑，1994(7).

[4]GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2011.

[5]GB 50009-2012,建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2012.

[6]GB/T 50152-2012,混凝土结构试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.