框架梁研究论文：框架梁性能实验探究
本文作者：易伟建 1余东 1江涛 2作者单位：1湖南大学土木工程学院 2湖南省建筑设计院
试验概况
1试件设计
试验共设计制作 3榀 1层 2跨钢筋混凝土框架，试件编号为 KJ1、KJ2和 KJ3，其中试件 KJ1和 KJ2采
用 HRB500级钢筋作为受力主筋，为了与试件 KJ2进行对比，具有相近承载力的试件 KJ3采用 HRB400级
钢筋作为受力主筋。框架柱高 h=1800mm(从基础梁顶算起)，2跨跨度均为 4000mm，梁截面尺寸为
150mm×300mm，柱截面尺寸为 250m×250mm，基础梁横截面尺寸为 600mm×250mm，3榀框架试件尺寸如图
1所示。混凝土设计强度等级为 C40，钢筋混凝土框架柱配筋均为 320，对称配筋。框架梁则按跨编号
为 KL1、KL2，其配筋如表 1所示。3榀试件框架梁的非加密区箍筋配置双肢 8@150，加密区箍筋配置双
肢 8@75。纵向受力钢筋材料性能如表 2所示。
2试验加载及量测
试验加载采用框架梁跨中集中加载(图 2)。分 4个阶段进行加载。第 1阶段，分 4～5级加载，每级荷
载增量 20～40kN，直到框架梁中柱端(C端)、跨中(B、D端)以及边柱端(A、E端)都出现裂缝，分级卸
载。第 2阶段，首先按第 1阶段加载方式加载至其卸载时的荷载值，再按框架梁中柱端(C端)计算的承
载力分 6～7级加载，每级荷载增量为 10～40kN，待主裂缝宽度达到 ，分级卸载。第 3阶段首先
分级加载至第 2阶段卸载时的荷载值，按照第 2阶段的荷载级差加载，加载至框架梁中柱端(C端)计算
承载力的 90%，改变级差以计算极限荷载的 5%分级加载。试验量测的主要内容包括:测量梁端、梁跨
中、柱顶、1/3柱高以及柱底等关键截面的混凝土应变和受拉钢筋应变;用 6个量程 50mm的百分表来测
量梁跨中以及 1/4跨度处的挠度，5个量程 10mm的百分表测量柱顶以及柱侧向的位移;用 6个电子倾角
仪测量梁端及边柱柱顶转角;用 4个量程 1mm的千分表测量边柱柱底的平均位移，用来校核所测混凝土
应变;框架梁开裂后，描绘每级荷载作用下裂缝形态并量测记录纵筋处的裂缝宽度。
试验结果及分析
1裂缝形态
3榀框架试件在加载过程中，首先框架梁在中柱支座的梁端附近出现第 1条裂缝(试件 KJ1～KJ3对应的
开裂荷载分别为 19kN，22kN和 21kN)，继续加载，梁跨中附近和边柱端也出现 1条新裂缝，中柱支座
端在第 1条裂缝靠跨中一侧出现 1条新裂缝。原有的裂缝宽度进一步增大，在己开展的裂缝相邻一定间
距内又有新裂缝出现，已开展的 2条裂缝之间很少再有新裂缝出现。所有裂缝沿竖直方向延伸一定高度
以后斜向发展，框架梁柱边裂缝斜向支座端，跨中裂缝斜向加载点。紧靠柱边的梁端裂缝没有倾斜，沿
垂直方向延伸。进一步加载，梁跨中的下排钢筋首先屈服，裂缝宽度加大，梁两端转角增大。随后跨中
裂缝发展进一步加速，挠度增大更加明显。最终跨中受压区混凝土压碎(试件 KJ1～KJ3对应的极限荷载
分别为 216kN，200kN和 230kN)，框架梁裂缝形态如图 3所示。
2裂缝宽度
在 3榀框架梁支座端附近各选取 4条主裂缝(A端裂缝编号 A1、A2、A3、A4，E端裂缝编号
E1、E2、E3、E4，中柱左侧梁 KL1端裂缝编号 C1、C2、C3、C4，中柱右侧梁 KL2端裂缝编号 C1'''
'、C2''''、C3''''、C4'''')，在正常使用荷载作用下进行裂缝宽度比较分析，如图 4～6所示。由图
4～6可知，在正常使用荷载作用下，除了试件 KJ2的 E端以及试件 KJ3的 C端，其余框架梁支座截面
端部的裂缝宽度最大，且靠近柱边的裂缝在每级荷载作用下的裂缝宽度增量也较其他裂缝大，这些支座
端的裂缝是控制整个框架梁裂缝的关键。对于试件 KJ1和试件 KJ3，具有相近配筋率、不同钢筋直径的
A端和 E端，每级荷载作用下的最大裂缝宽度比较如图 7所示，直径较大的钢筋导致较宽的裂缝。对承
载力相近分别配有 HRB500钢筋的试件 KJ2和配有 HRB400钢筋的试件 KJ3的 A、C端在每级荷载作用下
的最大裂缝宽度比较如图 8所示。由于 HRB500级钢筋使配筋率降低，导致较宽的裂缝。试件
KJ1、KJ2、KJ3在正常使用荷载作用下实测框架梁端最大裂缝宽度明显大于按 2010版规范公式计算的
裂缝宽度(表 3)，而梁跨中的最大裂缝宽度与按 2010版规范公式计算的宽度之比小于 1。
计算结果与试验结果对比分析
图 12包含文献［14-15］的共 51个数据，wj为实测梁端主裂缝最大宽度;wjmax1为按 2010版规范公式
计算的短期荷载作用下的裂缝宽度最大值;wjmax2为按式(11)计算的短期荷载作用下的裂缝宽度最大
值。由图可知:wj/wjmax1与 wj/wjmax2分布近似服从正态分布。进行 k-s检验，检验 P值分别为
与 ，均不小于 ，可以认为符合正态分布。试验实测值与按 2010版规范计算的短期裂缝宽度最
大值和采用式(11)计算的短期裂缝宽度最大值的比较列于表 3。由表 3的计算结果统计分析可
知:1)wj/wjmax1均值 23，wj/wjmax2均值 00，说明 2010版规范裂缝宽度计算结果小于试验值，而式
(12)计算值与试验值符合良好。2)wj/wjmax1变异系数 ，wj/wjmax2变异系数 ，说明式(12)计
算值与 2010版规范裂缝宽度计算值相比可靠性较好。
