1、混凝土結構基本原理試驗課程作業混凝土結構基本原理試驗課程作業混凝土構件試驗報告試驗名稱適筋梁受彎破壞試驗試驗日期2015-11-05試件編號MLA2姓名倪蔭豪學號1350871手機驗課教師趙勇基本原理課教師薛偉辰16一 試驗目的3二 試件設計32.1設計依據32.2材料和試件尺寸32.3配筋率的檢驗42.3.1縱筋配筋率的檢驗42.3.2箍筋配筋率的檢驗42.4試件加載估算52.4.1開裂彎矩估算52.4.2極限彎矩的估算52.4.3屈服彎矩的估算52.5試件的制作6三 材料試驗6四 試驗過程84.1 加載裝置84.2 加載制度94.3預估承載力9五 量測與觀察內容9

2、5.1荷載95.2縱向鋼筋的應變95.3混凝土平均應變105.4撓度105.5裂縫11六 試驗數據處理與分析116.1實驗數據處理116.1.1荷載-撓度關系曲線116.1.2荷載-曲率關系曲線126.1.3 荷載-縱筋應變關系曲線146.2承載力分析156.2.1 正截面承載力分析156.2.2斜截面承載力分析151 試驗目的（1）觀察并掌握適筋梁受彎破壞的力學行為和破壞模式；（2）掌握構件加載過程中裂縫和其他現象的描述和記錄方法；（3）掌握對實驗數據的處理和分析方法；（4）學會利用數據分析實驗過程中的現象，尤其是與理論預期有較大偏差的現象；（5） 通過撰寫實驗報告的過程，加深對混凝土結構適

3、筋梁構件受彎性能的理解。2 試件設計2.1設計依據 緊扣試驗目的，適筋梁的受彎破壞。設計的試件必須保證是一個適筋梁，并且破壞時必須是受彎破壞而不能是其他類型的破壞。2.2材料和試件尺寸試件主要參數：（1）鋼筋：縱筋HRB335、箍筋HPB235 （2）混凝土強度等級：C20 （3）試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1800mm（4）縱向鋼筋混凝土保護層厚度：15mm配筋情況見下表：受拉鋼筋2fi14受壓鋼筋2fi10箍筋Fi850(純彎段無箍筋）2.3配筋率的檢驗2.3.1縱筋配筋率的檢驗滿足適筋梁的要求。2.3.2箍筋配筋率的檢驗 采用公

4、式進行計算。 代入，可得：由4.1節中的剪力圖可知，只要荷載不超過226kN，受剪段就不會發生受剪破壞。2.4試件加載估算 說明：預估荷載按照混凝土結構設計規范給定的材料強度標準值進行計算，未計試件梁和分配梁的自重。2.4.1開裂彎矩估算 按照公式進行計算。 2.4.2極限彎矩的估算 對于適筋梁： 2.4.3屈服彎矩的估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時，壓區混凝土的應力為線性分布，因此有：2.5試件的制作 （1）檢查試模尺寸及角度，在試模內表面應涂一層礦物油或其他不與混凝土發生反應的脫模劑； （2）取樣拌制的混凝土，至少用鐵鍬來回拌和三次至均勻； （3）現場平板振動現澆混凝土，將拌合物一次裝入試

5、模，裝料時應用抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試模口。刮涂試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝時，用抹刀抹平； （4）將試件小心平穩移入溫度20±0.5的房間進行標準養護； （5）28天后，將試件小心脫模，待用，完成試件制作。3 材料試驗本次材料的試驗數據：試塊留設時間：2015年10月11日試塊試驗時間： 2015年12月3日試塊養護條件：與試件同條件養護試件尺寸150mm×150mm×300mm實測軸心抗壓荷載/kN平均軸心抗壓強度/MPa推定立方體抗壓強度/MPa推定軸心抗拉強度/MPa推定彈性模量/GPa557.925.533.62.730.95

6、52.3548.5583.5575.6584.4注：軸心抗壓強度、軸心抗拉強度、彈性模量根據國家標準混凝土結構設計規范GB 50010-2010推定。鋼筋強度實測結果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限荷載/kN屈服強度平均值/MPa極限強度平均值/MPa試件平均試件平均6光圓11.611.316.015.740055611.215.611.215.68光圓19.018.523.222.936845618.422.418.023.210光圓282740373444762532284010帶肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312帶肋6062

7、71735486466374627314帶肋686991924485987494669018帶肋15414516216457064515216412816522帶肋1621602002004215261582001602004 試驗過程4.1 加載裝置圖2為進行梁受彎性能試驗采用的加載裝置，加載設備為千斤頂。采用兩點集中力加載，在跨中形成純彎段，由千斤頂及反力梁施加壓力，分配梁分配荷載，壓力傳感器測定荷載值。梁受彎性能試驗，取L=1800mm，a=150mm，b=500mm，c=500mm。1試驗梁；2滾動鉸支座；3固定鉸支座；4支墩；5分配梁滾動鉸支座；6分配梁滾動鉸支座；7集中力下的墊板；

8、8分配梁；9反力梁及龍門架；10千斤頂；圖2 梁受彎試驗裝置圖加載簡圖、彎矩剪力圖如圖3所示：圖3 加載簡圖、彎矩剪力圖4.2 加載制度 采用單調分級加載機制，加載分級情況為：在加載到開裂試驗荷載計算值的90%之前，每級荷載不宜大于開裂荷載計算值的20%；達到開裂試驗荷載計算值的90%之后，每級荷載值不宜大于其荷載值的5%；當試件開裂后，每級荷載取10%的承載力試驗荷載計算值（Pu）的級距；加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞，記錄破壞荷載。 承載力極限狀態確定方法：受拉主鋼筋拉斷；受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5mm；受壓區混凝土壓壞；撓度達到跨度的1/30。4.3預估承載力

9、根據之前計算的預估彎矩值結合，且L=1.2m，可得到開裂荷載，屈服荷載以及極限荷載依次為：5 量測與觀察內容5.1荷載 通過千斤頂施加到梁上的荷載，可以通過設置在加荷裝置上的力傳感器測得。5.2縱向鋼筋的應變 在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應變片，以量測加載過程中的鋼筋應力變化，測點布置見下圖。5.3混凝土平均應變 在梁跨中一側面布置4個位移計，從上至下間距分別為55,60,55mm。位移計標距為150mm，以量測梁側表面混凝土沿截面高度的平均應變分布規律，測點布置見下圖。5.4撓度 對受彎構件的撓度測點應布置在構件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，在試驗加載前，應在沒有外荷載的條件下測讀儀

10、表的初始讀數。試驗時在每級荷載下，應在規定的荷載持續試件結束時量測構件的變形。結構構件各部位測點的測度程序在整個試驗過程中宜保持一致，各測點間讀數時間間隔不宜過長。 5.5裂縫 試驗前將梁兩側面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構件開裂后立即對裂縫的發生發展情況進行詳細觀測，用讀數放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長度及裂縫間距，并采用數碼相機拍攝后手工繪制裂縫展開圖，裂縫寬度的測量位置為構件的側面相應于受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應在使用狀態短期試驗荷載值持續15min結束時進行量測。裂縫發展及破壞

11、形態：試驗前，試件尺寸b×h×l120×200×1800mm，跨度1600mm，無肉眼可見的裂縫和損傷。荷載較小時，也無明顯裂縫發展。荷載加到15kN時，集中荷載作用截面下緣已經產生裂縫，如圖。后來裂縫逐漸擴，裂縫截面混凝土承受的拉力全部傳給鋼筋，鋼筋拉應力激增，直到發生屈服。 加載到接近100kN時，裂縫發展至梁頂部導致最終破壞。破壞形態如下圖，裂縫圖見附錄。6 試驗數據處理與分析6.1實驗數據處理6.1.1荷載-撓度關系曲線 確定簡支構件在各級荷載下的短期撓度實測值，本應該考慮支座沉降，自重的影響，但是，自重的影響在實驗中被沒有記錄，因此只考慮支座沉

12、降的影響。 fs,i=fq,i=fm,i-0.5 * (fl,i+fr,j)說明：fm,i 位移計6所測數據 fl,i 位移計5所測數據 fr,i 位移計7所測數據 由以上公式可得荷載-撓度關系曲線， 從上圖可以看出，撓度隨荷載的變化大體可以分為三個階段。 第一階段是直線階段（彈性階段），荷載和撓度成正比，這一階段中混凝土沒有開裂現象。當到達開裂彎矩時，曲線的斜率開始降低。 第二階段是斜率不斷減小的曲線（帶裂縫工作），裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應力激增， 裂縫不斷發展，構件的剛度減小，即荷載撓度曲線的斜率不斷減小。 第三階段是斜向下的曲線（破壞階段），撓度超過12mm后，隨著繼續增大千斤頂的壓

13、力撓度繼續迅速增加，荷載不再增加，試件完全破壞。6.1.2荷載-曲率關系曲線 混凝土應變與位移計1，2，3，4存在以下關系： x是測得的位移。 實際測得數據可以發現位移計4已損壞，去除4號位移計數據。(此曲線只取了荷載<69.931kN的數據) 由上圖中應變3的數據可以看出，本構件的開裂荷載在20kN。（此曲線中應變3的數據只取了荷載在69.931kN的數據，其后應變3處混凝土已經完全開裂。）由以上兩個曲線圖可以看出，梁下部承受拉力，由于混凝土受壓強于受拉特性，梁底部混凝土率先開裂，開裂荷載Pcr=20kN,其實測值大于預估值16.2kN。原因是位移計4損壞，這里測得開裂荷載20kN實際

14、是位移計3處混凝土開裂的荷載。但此處并不是截面的最下方。根據實測混凝土應變，跨中截面平均曲率可按下式計算：其中，撓度以向下為正，則_i 、_j分別為截面應變1和應變3兩點的實測混凝土平均應變，h_ij為該兩點沿梁截面高度方向的實測距離，取115mm。實驗梁跨中M-關系曲線如下：（此曲線中數據只取了荷載在69.931kN的數據，其后應變3處混凝土已經完全開裂，其數據無意義。） 從圖中可以看出，曲率隨荷載的變化基本呈現2個階段。第一階段，基本呈線性。第二階段曲率不斷增加而荷載不變。總的來說，符合混凝土在受拉或者受壓時應力-應變關系曲線，即先彈性后屈服的特性。 與理論的荷載-曲率曲線比較： 根據公式：算的當混凝土應變取不同值時對應的荷載和曲率變化： 將理論的荷載-曲率變化曲線與實際的相比，雖然曲率變化的數值范圍不一樣但，是可以發現走勢是基本一致的。發生這種情況可能的原因是試驗用的位移傳感器的單位可能不是mm。6.1.3 荷載-縱筋應變關系曲線 從上圖可以看出，縱筋在整個試驗過程中經歷了先彈性后屈服的階段。并且當壓區混凝土被壓碎后，縱筋應力下降并產生殘余變形。還可以看出在荷載大于20kN后，由于底部混凝土開裂無法承受拉應力，拉應力完全由鋼筋承擔，鋼筋應變顯著增加。6.2承載力分析 結合本報告中2.3節，2.4節以及材料試驗的