不同纵筋直径对RC框架梁抗震性能影响研究★

申 震

(1.中国地震局工程力学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；2.中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080)

0 引言

近年来，随着建筑业的发展和技术的进步，钢筋混凝土(RC)框架梁的抗震性能成为研究的重点。国内外学者对RC框架梁的抗震性能做了诸多的研究。郑山锁和左和山等[1]研究了一般大气环境下低剪跨比RC框架梁抗震性能试验，给出了在酸雨侵蚀的不同时期，酸化深度的不同，RC框架梁的承载力、刚度和耗能能力的变化规律。易伟建和余东等[2]对HRB500级RC梁开裂性能进行了研究，推导的框架梁端最大负弯矩作用下的裂缝宽度计算式可供工程实践和规范修订参考。赵勇和谭丁等[3]进行了配置高强箍筋混凝土框架梁端抗震性能试验研究，其成果分析了均约束应力(ρsvfyv)的影响，并利用试验结果对比分析了中国、美国和日本相关标准的受剪承载力计算公式。

既有的钢筋混凝土结构在我国存量较多，服役期跨度较大，存在大量按照不同版本标准规定进行设计的工程，导致了我国钢筋混凝土结构的抗震能力存在显著差异。RC框架梁作为钢筋混凝土结构中的主要受力构件，研究其在不同标准、年代规范要求下，因纵筋直径造成的抗震能力差异，为开展既有钢筋混凝土结构抗震能力评估提供一种理论依据。

因此,本文针对框架梁纵筋直径的最低要求总结了不同年代《建筑抗震设计规范》[4-6]《高层建筑混凝土结构技术规程》[7-9]《混凝土结构设计规范》[10-12]《建筑抗震鉴定标准》[13，14]相关条款的对比。在此基础上，设计了3个采用不同纵筋直径的RC框架梁有限元模型，基于ABAQUS有限元分析软件对其进行了数值模拟，定量给出了不同框架梁抗震能力的差异，为开展抗震能力评估提供一个现场调查的定性能力判别。

1 各年代版本规范对比

在各年代版本规范中，对框架梁的纵筋直径有着不同的要求，且随着规范的修订，这一要求逐渐上升。文中总结了三个年代的《建筑抗震设计规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》《混凝土结构设计规范》《抗震鉴定标准》中的框架梁纵筋直径要求，见表1～表3。

1.1 建筑抗震设计规范

表1 各版本《建筑抗震设计规范》对梁纵筋直径的规定

由表1可以看出，89版规范、01版规范、10版规范对于梁最小纵筋直径要求相同，一、二级框架梁不小于2φ14，且应不小于纵筋中较大截面面积的1/4;三、四级应不小于2φ12。89版规范规定一、二级框架梁均应不大于柱在该方向截面尺寸的1/20，01版规范对圆形截面柱进行了补充，10版在01版基础上又对其他结构类型框架梁最大钢筋直径进行了补充。

1.2 混凝土结构设计规范

表2 各版本《混凝土结构设计规范》对梁纵筋直径的规定

表2中89版、02版、10版混凝土结构设计规范对于高不小于300 mm的梁要求未做改变。对于高度小于300 mm的梁，在89版规范基础上，02版规范由6 mm提高到8 mm。

1.3 高层建筑混凝土结构技术规程

表3 各版本《高层建筑混凝土结构技术规程》对梁纵筋直径的规定

由表3可知，高层钢筋混凝土结构的各年代规范对于梁纵筋直径要求没有变化。一、二级抗震等级框架梁应不小于14 mm，三、四级框架梁应不小于12 mm。

1.4 建筑抗震鉴定标准

表4 各版本《建筑抗震鉴定标准》对梁纵筋直径的规定

表4中，95版本规范未对RC框架梁纵筋直径进行要求。09版本要求一、二级应不小于2φ14，且应不小于梁纵筋中较大截面面积的1/4,三、四级应不小于2φ12。

各年代版本规范控制纵筋最低直径，可避免出现少筋破坏，对裂缝的开展有一定的抑制作用，保证梁的刚度和抗剪承载力。纵筋直径过大时，易发生超近破坏，不利于现场施工，且节点区空间较小，造成梁在反复荷载作用时钢筋发生滑移。

2 数值模拟

为了研究不同纵筋直径对RC框架梁抗震能力的影响，本文依据文献[15]中试件进行建模。模型原型为4榀几何与材料参数相同的RC框架梁(λ=5)，截面尺寸均为150 mm×250 mm,长度为1 300 mm，箍筋为φ6@60，试件模板配筋见图1。有限元模型见图2。混凝土弹性模量3.0×104MPa，轴心抗压强度为20.56 MPa。

本文根据文献[15]中试件尺寸，设计了三种纵筋直径不同的工况，如表5所示。

表5 构件的基本特征

构件施加水平往复周期荷载,得到累积滞回耗能曲线如图3所示，骨架曲线如图4所示。

由图可见，各试件滞回曲线形状基本相似，比较饱满，说明我国RC梁抗震能力较为优秀。钢筋直径越大，滞回环更加饱满，梁的塑性变形能力更强，具有更好的耗能和抗震能力。

由构件的荷载—位移骨架曲线可知，纵筋为φ16的梁与纵筋为φ14的屈服荷载相差22.80%，峰值荷载相差22.27%。纵筋为φ14的梁与纵筋为φ12的屈服荷载相差12.36%，峰值荷载相差22.58%。以纵筋为φ12梁抗震能力为1，则φ14为1.23，φ16为1.50。

3 结语

RC框架梁的抗震能力随纵筋直径增大而提高，φ12梁抗震能力为1，φ14为1.23，φ16为1.50。本文通过总结各个不同年代、不同版本规范中的RC梁纵筋直径要求，并定量给出了不同钢筋直径下RC梁的抗震能力差别，可为以后开展既有钢筋混凝土框架结构抗震能力评估提供依据。