利用樓板布置部分梁內負筋的新型配筋方式梁受力性能研究

□ 黃 琦 鄭宏宇 秦 鵬 許迪鑫

1 引言

隨著中國經濟水平的快速提高，人們對框架結構的需求不斷向大跨度、大凈空的趨勢發展，在進行內力計算時，為了滿足抗震規范的要求[1]，在框架梁柱節點區域配置大量的梁端負筋和柱縱筋，兩者相互交錯，布置十分密集，鋼筋綁扎難度大；在實際澆筑工程中，易造成縱筋偏移或直接采用并筋的措施，節點處混凝土振搗不到位，混凝土與鋼筋因不能完全相互包裹而存在黏結力缺陷，不能保證框架節點核心區的質量，理論上會對結構整體工作性能和抗震性能產生不利影響。對于上述問題，郭猛等[2]、趙輝等[3]從概念上提出把框架梁端的第二層負筋移至梁側樓板一定寬度范圍內，可降低節點處施工難度，保證核心區混凝土的澆筑質量，對于此布筋方式梁的受力性能研究較少。因此，研究利用梁側樓板布置一定數量梁內負筋的新型配筋方式梁的受力性能，對解決節點澆筑質量問題具有重要的意義。

通過Abaqus有限元軟件，分別對1根傳統梁內配筋方式的鋼筋混凝土梁和1根新型配筋方式鋼筋混凝土梁進行建模分析，研究其在單調靜力豎向作用力下的受力性能。

2 基于Abaqus的單調靜力加載受力分析

2.1 模型設計概況

在實際工程中，框架梁端附近存在反彎點，由于反彎點處彎矩為零、剪力和轉角不為零，故兩反彎點間的受力形式與簡支梁相似。因此，為了研究利用樓板布置梁內負筋的新型配筋方式梁的力學性能，將梁端負彎矩區簡化為鋼筋混凝土T型梁，模擬樓板受拉的情形。兩種配筋方式的鋼筋混凝土梁的配筋梁均為829m2，混凝土設計強度等級為C30，鋼筋為HRP400型鋼筋，配筋示意圖如圖1所示。

圖1 L-1配筋圖

3 基于Abaqus的有限元分析

3.1 模型的建立

模型參數設置為混凝土單元采用八節點六面體線性縮減積分單元C3D8R；鋼筋單元采用三維桁架單元T3D2進行模擬[4]；采用分離式模型把鋼筋和混凝土作為不同的單元進行建模；混凝土采用Abaqus有限元軟件自帶的塑性損傷模型，鋼筋采用彈塑性的雙斜線本構模型。模擬過程中假定鋼筋與混凝土之間具有良好的黏結作用，并通過Embedded模擬兩者之間相互連接作用，為了防止應力集中，加載點處和支座處創建剛度無限大的墊塊，鋼筋混凝土梁的加載方式為兩點加載，在上部墊塊中心施加對稱豎向位移，混凝土單元網格大小為50mm。

3.2 有限元計算結果分析

3.2.1 混凝土應力云圖對比

通過對兩種不配筋方式梁進行建模計算，兩種配筋方式梁的混凝土應力分布如圖2、圖3所示。

圖2 傳統配筋方式的混凝土應力分布云圖

圖3 新型配筋方式的混凝土應力分布云圖

從圖中可以看出，兩種配筋方式的鋼筋混凝土梁應力分布相差不大，兩者的混凝土等效拉應力主要集中在模擬梁的跨中純彎段內，梁側截面由低至高表現為最大拉應力向最大壓應力逐漸發展。

3.2.2 荷載—跨中撓度、負筋應變曲線對比

根據模擬計算結果，提取并繪制出模擬梁的荷載—跨中撓度曲線，如圖4所示。從圖中可以看出，兩種配筋方式梁在彈性階段的曲線基本重合。隨著荷載的增加，新型配筋方式梁與傳統配筋方式梁相比，屈服前的剛度有較小的提高。峰值荷載過后，新型配筋方式梁與傳統配筋方式梁的承載力無明顯下降，均表現出良好的延性。

跨中截面的梁內負筋荷載—應變曲線如圖5所示。從圖中可以看出，在曲線發展的初始階段，兩種配筋方式試件的曲線基本重合，翼板開裂后，負筋應變迅速增加，新型配筋方式梁的負筋應變大于傳統配筋試件，其原因是翼板存在受拉剪力滯效應[5]，使翼板負筋應變發展滯后，梁箍筋內的負筋作為主要的受力負筋發展較快，應變增大速率較高。

圖4 荷載—跨中撓度曲線對比

圖5 荷載—負筋應變曲線對比

3.2.3 承載力對比

兩種配筋方式模擬梁的開裂荷載和峰值荷載見表1。

表1 模擬梁承載力

從表中可以看出，新型配筋方式梁與傳統配筋方式梁相比，開裂荷載和豎向峰值荷載均有一定的提高，其原因是將負筋移至混凝土表面附近，抗裂更有效，傳統配筋方式梁的內排筋對翼板沒有限制裂縫出現的作用；新型配筋方式梁的負筋只有一排，提高了梁截面的有效高度h0。

4 結語

（1）新型配筋方式梁與傳統配筋方式梁的混凝土應力分布情況相似。

（2）新型配筋方式梁與傳統配筋方式梁相比，剛度相差不大，延性基本相同。

（3）新型配筋方式梁與傳統配筋方式梁相比，開裂荷載、峰值荷載均有一定提高，具有較好的受力性能。