不同縱筋直徑對(duì)RC框架梁抗震性能影響研究★

申 震

(1.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；2.中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引言

近年來，隨著建筑業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，鋼筋混凝土(RC)框架梁的抗震性能成為研究的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)RC框架梁的抗震性能做了諸多的研究。鄭山鎖和左和山等[1]研究了一般大氣環(huán)境下低剪跨比RC框架梁抗震性能試驗(yàn)，給出了在酸雨侵蝕的不同時(shí)期，酸化深度的不同，RC框架梁的承載力、剛度和耗能能力的變化規(guī)律。易偉建和余東等[2]對(duì)HRB500級(jí)RC梁開裂性能進(jìn)行了研究，推導(dǎo)的框架梁端最大負(fù)彎矩作用下的裂縫寬度計(jì)算式可供工程實(shí)踐和規(guī)范修訂參考。趙勇和譚丁等[3]進(jìn)行了配置高強(qiáng)箍筋混凝土框架梁端抗震性能試驗(yàn)研究，其成果分析了均約束應(yīng)力(ρsvfyv)的影響，并利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析了中國(guó)、美國(guó)和日本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的受剪承載力計(jì)算公式。

既有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)存量較多，服役期跨度較大，存在大量按照不同版本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程，導(dǎo)致了我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力存在顯著差異。RC框架梁作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件，研究其在不同標(biāo)準(zhǔn)、年代規(guī)范要求下，因縱筋直徑造成的抗震能力差異，為開展既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估提供一種理論依據(jù)。

因此,本文針對(duì)框架梁縱筋直徑的最低要求總結(jié)了不同年代《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[4-6]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[7-9]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[10-12]《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[13，14]相關(guān)條款的對(duì)比。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了3個(gè)采用不同縱筋直徑的RC框架梁有限元模型，基于ABAQUS有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬，定量給出了不同框架梁抗震能力的差異，為開展抗震能力評(píng)估提供一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的定性能力判別。

1 各年代版本規(guī)范對(duì)比

在各年代版本規(guī)范中，對(duì)框架梁的縱筋直徑有著不同的要求，且隨著規(guī)范的修訂，這一要求逐漸上升。文中總結(jié)了三個(gè)年代的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中的框架梁縱筋直徑要求，見表1～表3。

1.1 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范

表1 各版本《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

由表1可以看出，89版規(guī)范、01版規(guī)范、10版規(guī)范對(duì)于梁最小縱筋直徑要求相同，一、二級(jí)框架梁不小于2φ14，且應(yīng)不小于縱筋中較大截面面積的1/4;三、四級(jí)應(yīng)不小于2φ12。89版規(guī)范規(guī)定一、二級(jí)框架梁均應(yīng)不大于柱在該方向截面尺寸的1/20，01版規(guī)范對(duì)圓形截面柱進(jìn)行了補(bǔ)充，10版在01版基礎(chǔ)上又對(duì)其他結(jié)構(gòu)類型框架梁最大鋼筋直徑進(jìn)行了補(bǔ)充。

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

表2 各版本《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

表2中89版、02版、10版混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于高不小于300 mm的梁要求未做改變。對(duì)于高度小于300 mm的梁，在89版規(guī)范基礎(chǔ)上，02版規(guī)范由6 mm提高到8 mm。

1.3 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

表3 各版本《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

由表3可知，高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的各年代規(guī)范對(duì)于梁縱筋直徑要求沒有變化。一、二級(jí)抗震等級(jí)框架梁應(yīng)不小于14 mm，三、四級(jí)框架梁應(yīng)不小于12 mm。

1.4 建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)

表4 各版本《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

表4中，95版本規(guī)范未對(duì)RC框架梁縱筋直徑進(jìn)行要求。09版本要求一、二級(jí)應(yīng)不小于2φ14，且應(yīng)不小于梁縱筋中較大截面面積的1/4,三、四級(jí)應(yīng)不小于2φ12。

各年代版本規(guī)范控制縱筋最低直徑，可避免出現(xiàn)少筋破壞，對(duì)裂縫的開展有一定的抑制作用，保證梁的剛度和抗剪承載力。縱筋直徑過大時(shí)，易發(fā)生超近破壞，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工，且節(jié)點(diǎn)區(qū)空間較小，造成梁在反復(fù)荷載作用時(shí)鋼筋發(fā)生滑移。

2 數(shù)值模擬

為了研究不同縱筋直徑對(duì)RC框架梁抗震能力的影響，本文依據(jù)文獻(xiàn)[15]中試件進(jìn)行建模。模型原型為4榀幾何與材料參數(shù)相同的RC框架梁(λ=5)，截面尺寸均為150 mm×250 mm,長(zhǎng)度為1 300 mm，箍筋為φ6@60，試件模板配筋見圖1。有限元模型見圖2?；炷翉椥阅Ａ?.0×104MPa，軸心抗壓強(qiáng)度為20.56 MPa。

本文根據(jù)文獻(xiàn)[15]中試件尺寸，設(shè)計(jì)了三種縱筋直徑不同的工況，如表5所示。

表5 構(gòu)件的基本特征

構(gòu)件施加水平往復(fù)周期荷載,得到累積滯回耗能曲線如圖3所示，骨架曲線如圖4所示。

由圖可見，各試件滯回曲線形狀基本相似，比較飽滿，說明我國(guó)RC梁抗震能力較為優(yōu)秀。鋼筋直徑越大，滯回環(huán)更加飽滿，梁的塑性變形能力更強(qiáng)，具有更好的耗能和抗震能力。

由構(gòu)件的荷載—位移骨架曲線可知，縱筋為φ16的梁與縱筋為φ14的屈服荷載相差22.80%，峰值荷載相差22.27%?？v筋為φ14的梁與縱筋為φ12的屈服荷載相差12.36%，峰值荷載相差22.58%。以縱筋為φ12梁抗震能力為1，則φ14為1.23，φ16為1.50。

3 結(jié)語(yǔ)

RC框架梁的抗震能力隨縱筋直徑增大而提高，φ12梁抗震能力為1，φ14為1.23，φ16為1.50。本文通過總結(jié)各個(gè)不同年代、不同版本規(guī)范中的RC梁縱筋直徑要求，并定量給出了不同鋼筋直徑下RC梁的抗震能力差別，可為以后開展既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估提供依據(jù)。