1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上混凝土結構基本原理試驗課程作業(yè)混凝土結構基本原理試驗報告試驗名稱適筋梁受彎實驗試驗課教師趙勇姓名王xx學號1xxxxxx手機號188xxxxxxxx任課教師李方元日期2014年10月24日專心-專注-專業(yè)目錄1. 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筋梁構件受彎性能的理解。2. 試件設計2.1 材料和試件尺寸（1）鋼筋：縱筋HPB3

2、35、箍筋HPB235（2）混凝土強度等級：C20 （3）試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1800mm2.2 試件設計（1）試件設計的依據根據梁正截面受壓區(qū)相對高度和界限受壓區(qū)相對高度的比較可以判斷出受彎構件的類型：當時，為適筋梁。界限受壓區(qū)相對高度可按下式計算： （2-1）其中在進行受彎試件梁設計時，、分別取混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強度標準值和彈性模量；進行受彎試件梁加載設計時，、分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模量。同時控制配筋量大于最小配筋率。最小配筋率公式： （2-2）為了保證構件在實際受荷情況下受彎段發(fā)

3、生受彎破壞，需在受彎段外配置足夠的箍筋和架立筋以防止構件發(fā)生剪切破壞，同時支座處應做一定的處理以防止發(fā)生局部沖切破壞和縱筋錨固破壞。（2）試件的主要參數 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1800mm；混凝土強度等級：C20；縱向受拉鋼筋的種類： HPB335；箍筋的種類：HPB235（純彎段無箍筋）；縱向鋼筋混凝土保護層厚度：15mm；試件的配筋情況見圖2.1和表2.1； 圖2.1 適筋梁受彎試驗試件的配筋表2.1 適筋梁受彎試驗試件的配筋配筋情況預估荷載P (kN)PcrPyPu214210850(2)10.844.449.3說明：預估

4、荷載按照混凝土結構設計規(guī)范給定的材料強度標準值計算，未計試件梁和分配梁的自重。（3）試件加載估算開裂彎矩估算 (2-3)其中，。屈服彎矩估算 (2-4)極限彎矩估算對于適筋梁：界限受壓區(qū)相對高度：b=0.81+fy0.0033Es （2-5）x h0=b （2-6）作為計算，假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的應力為線性分布，因此有：Mu=fyAs(h0-x2) （2-7） fcbx=fyAs） （2-8）預估極限荷載為Pu=Mu0.3 （2-9）2.3 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(fā)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

5、勻；（3）現場平板振動現澆混凝土，將拌合物一次裝入試模，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(wěn)移入溫度20±0.5的房間進行標準養(yǎng)護；（5） 28天后，將試件小心脫模，待用，完成試件制作。3. 材性試驗3.1 混凝土材性試驗試塊留設時間：2014年09月 25日試驗時間： 2014年10月 26日試塊養(yǎng)護條件：室內與試件同條件養(yǎng)護混凝土強度實測結果見表3.1表3.1 混凝土強度實測結果試件尺寸150mm×150mm×150mm實測立方體抗壓強度/MPa平均立方體抗壓強

6、度/MPa推定軸心抗壓強度/MPa推定軸心抗拉強度/MPa推定彈性模量/GPa23.422.517.11.8926.7522.022.2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(guī)范GB 50010-2010推定。3.2 鋼筋材性試驗鋼筋強度實測結果見表3.2表3.2 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4光圓4.114.155.155.173304114.185.244.165.136光圓11.611.316.015.740055611.215.611.215.68光圓19.018.52

7、3.222.936845618.422.418.023.210光圓282740373444762532284010帶肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312帶肋606271735486466374627314帶肋686991924485987494669018帶肋15414516216457064515216412816522帶肋1621602002004215261582001602004. 試驗過程4.1 加載裝置圖4.1為適筋梁受彎性能試驗采用的加載裝置，圖4.2為實物圖。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

8、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=100mm，b=600mm，c=400 mm。試件的加載簡圖和相應的彎矩、剪力圖見圖4.3所示。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分配梁；9反力梁及龍門架；10千斤頂；圖4.1 適筋梁梁受彎試驗裝置圖圖4.2 適筋梁受彎試驗裝置實物圖（a）加載簡圖（kN，mm）（b）彎矩圖（kN·m）（c）剪力圖（kN）圖4.3 梁受彎試驗加載和內力簡圖4.2 加載制度4.2.1單調分級加載機制試件的加載簡圖和相應的彎矩、剪力圖

9、見圖4.2和4.3所示。梁受彎試驗采用單調分級加載，每次加載時間間隔為15分鐘。在正式加載前，為檢查儀器儀表讀數是否正常，需要預加載，預加載所用的荷載是分級荷載的前2級。對于適筋梁：（1）在加載到開裂試驗荷載計算值的90以前，每級荷載不宜大于開裂荷載計算值的20；（2）達到開裂試驗荷載計算值的90以后，每級荷載值不宜大于其荷載值的5；（3）當試件開裂后，每級荷載值取10的承載力試驗荷載計算值（Pu）的級距；（4）當加載達到縱向受拉鋼筋屈服后，按跨中位移控制加載，加載的級距為鋼筋屈服工況對應的跨中位移；（5）加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。4.2.2承載力極限狀態(tài)確定方法對梁試件

10、進行受彎承載力試驗時，在加載或持載過程中出現下列標記即可認為該結構構件已經達到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：對有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋的受拉應變達到0.01；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；撓度達到跨度的1/30；受壓區(qū)混凝土壓壞。4,2.3具體加載方式具體分級加載/kN：05101520153035404550破壞（開裂：10kN；最大：103kN）4.3量測與觀測內容本次試驗進行了大量的數據測量和試驗現象的觀測，內容包括混凝土平均應變、縱向鋼筋應變、撓度以及裂縫，下面分別敘述。測點編號與對應應變片編號如下表4.1表4.1 測點編號與相關測量量

11、的對應關系千斤頂鋼筋應變位移123456123456737-143-143-243-343-443-543-646-146-246-346-446-746-6 46-84.3.1 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37-1測得。4.3.2 縱向鋼筋應變在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應變片，以量測加載過程中鋼筋的應力變化，測點布置見圖4.4。圖4.4 縱筋應變片布置4.3.3 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(guī)律，測點布置見圖4.5。圖4.5 梁

12、受彎試驗混凝土平均應變測點布置4.3.4 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，如圖4.6所示。在試驗加載前，應在沒有外荷載的條件下測讀儀表的初始讀數。試驗時在每級荷載下，應在規(guī)定的荷載持續(xù)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。圖4.6 梁受彎試驗撓度測點布置4.3.5 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(fā)生發(fā)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

13、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(tài)短期試驗荷載值持續(xù)15min結束時進行量測。4.4 裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)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(fā)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。后來裂縫逐漸擴大，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(fā)生屈服。加載到接近100kN時，裂縫發(fā)展至梁頂，頂部混凝土達到抗壓極限導致最

14、終破壞。破壞形態(tài)如圖4.7，裂縫圖見附錄。圖4.7 破壞形態(tài)5. 試驗數據處理與分析5.1 試驗原始資料的整理通過試驗，我們得到構件在加載至破壞所測量內容在不同時刻的數據，為分析該構件的受力性能，需要對數據進行篩選和處理，對實際的結果結合所學理論知識定性分析，然后與理論預估值進行比較，分析兩者之間異同的原因。需要注意的是，在試驗過程中產生的異常情況，在處理分析數據時要排除異常情況對結果的干擾，如實驗數據中存在誤差較大的點，應予以排除。5.2 荷載-撓度關系曲線確定簡支梁構件在各級荷載作用下的短期撓度實測值，考慮支座沉降、自重、加載設備自重及加載方式的影響，可按下式計算： (5-1) (5-2)

15、 (5-3)式中經修正后的第i級試驗荷載作用下的構件跨中短期撓度實測值（mm）；消除支座沉降后的第i級試驗荷載作用下的構件跨中短期撓度實測值（mm）；梁構件自重和加載設備重力產生的跨中撓度值（mm）；第i級外加試驗荷載作用下構件跨中位移實測值（包括支座沉降）（mm）；、第i級外加試驗荷載作用下構件左、右端支座沉降位移實測值（mm）；構件自重和加載設備重力產生的跨中彎矩值（）；從外加試驗荷載開始至構件出現裂縫的前一級荷載為止的加載值產生的跨中彎矩值（）；從外加試驗荷載開始至構件出現裂縫的前一級荷載為止的加載值產生的跨中撓度實測值（mm）。本試驗實測分配梁自重16.6kg。相應地，當荷載P1=5k

16、N，而實際荷載除第一級荷載外均大于5kN，因此梁構件自重造成的撓度可忽略，下面的撓度值直接按照（5-2）計算。 表5.1 荷載-撓度關系篩選出的數據荷載值/kN跨中位移/mm左支座位移/mm右支座位移/mm跨中撓度（絕對值）/mm0-0.010-0.0530.026-0.0040.532-0.047-0.0610.0300.0325.9-0.211-0.078-0.0650.1409.863-0.420-0.124-0.1520.28215.065-0.743-0.157-0.2140.55819.772-1.087-0.174-0.2470.87729.763-1.766-0.199-0.3

17、181.50834.718-2.134-0.241-0.3391.84439.59-2.487-0.261-0.3882.16344.957-2.855-0.282-0.4302.49948.92-3.287-0.320-0.4592.89857.178-3.731-0.345-0.4633.32760.315-3.979-0.370-0.4673.56165.6-4.360-0.370-0.4633.94470.555-4.767-0.387-0.4804.33475.674-5.270-0.395-0.4754.83580.133-5.492-0.408-0.4755.05185.666-

18、6.095-0.441-0.4925.62990.785-6.607-0.445-0.4846.14395.079-7.239-0.474-0.5096.748100.941-8.015-0.516-0.5387.48898.877-8.275-0.508-0.5427.75094.914-8.333-0.516-0.5387.80699.786-8.698-0.508-0.5338.17896.978-9.322-0.508-0.5388.79997.061-10.035-0.520-0.5429.50494.831-10.588-0.52-0.52910.06391.115 -11.569

19、-0.541-0.54211.02888.391-12.935-0.566-0.54612.37983.932-13.728-0.566-0.54613.17281.867-14.658-0.566-0.54214.10478.812-16.347-0.566-0.55015.78976.91317.236-0.566-0.54216.682圖5.1 荷載-撓度關系曲線圖5.1 可以看出，跨中撓度隨著荷載的增大大體分為兩個階段， 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

20、處混凝土退出工作，鋼筋應力激增，裂縫不斷發(fā)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7.5mm后，隨著繼續(xù)增大千斤頂的壓力撓度繼續(xù)迅速增加，和在不在增加，試件完全破壞。5.3 彎矩-曲率關系曲線根據簡支梁受兩個豎向荷載的力學分析，設千斤頂產生的荷載為P，則每個豎向集中荷載大小為0.5P，則梁中點處的彎矩為梁自重在中點處產生的彎矩為分析可知當千斤頂施加的荷載大于1kN時，梁自重在中點產生的彎矩可以忽略不計，因此直接忽略梁自重產生的彎矩值。即其中M、P的單位分別為kN·m、kN。根據實測混凝土應變，跨中截面平均曲率可按下式計算： (5-

21、4)式中，若定義撓度以向下為正，則、分別為截面?zhèn)让嫔稀⑾聝牲c的實測混凝土平均應變（以拉應變?yōu)檎瑸樵搩牲c沿梁截面高度方向的實測距離。混凝土平均應變的測點布置，見圖4.5。由于位移計4的讀數受裂縫影響較大，因此在計算曲率的時候，用2、3兩組位移計的讀數來計算。在本次實驗數據處理時，當千斤頂施加荷載大于50kN時，貼在混凝土側表面的應變片應變均突變?yōu)楹艽蟮闹担◤?.4左右突變?yōu)?8左右），疑似應變片損壞失效，因此千斤頂荷載大于50kN的數據全部不予使用。表5.2 彎矩-曲率關系篩選出的數據千斤頂壓力P（kN）位移計2位移（mm）位移計3位移（mm）曲率（10-6mm-1）彎矩M（kN·

22、m）00.0340.1121.3000.3670.0380.121.370.11010.6150.0490.1241.250.18450.6980.0610.1160.920.20940.780.0530.1241.180.2345.8170.0650.1912.101.74516.230.0570.1952.301.8699.7810.0570.1591.702.934310.2760.0530.1671.903.082820.102-0.0220.2224.076.030625.057-0.0380.3246.037.517130.094-0.0420.2935.589.028240.08

23、5-0.0450.3877.2012.025545.039-0.0220.4547.9313.511749.664-0.0340.4468.0014.8992圖5.2 跨中彎矩-曲率關系曲線由于2、3兩片位移計距中性軸較近，位移值較小，且接近于位移計最小精度值0.004mm，因此得到的測量結果準確性較低。不過從整理后的數據形成的圖5.2中仍可以看出，適筋梁在裂縫出現之前，彎矩和曲率基本成線性關系，荷載加到50kN后，由于應變片已拆除，具體數據無從得知。采用混凝土結構基本原理（第二版）（顧祥林主編）第五章第五節(jié)中的方法計算，不同配筋率的梁的彎矩曲率關系應如圖5.3。本實驗為適筋梁破壞試驗，曲線在

24、I和II過程與理論分析基本相符。圖5.3 不同鋼筋混凝土梁正截面的的彎矩曲率關系曲線5.5 正截面承載力分析 由實測數據：ft=1.89MPa，fc=17.1MPa，fy=448MPa 界限受壓區(qū)相對高度：b=0.81+fy0.0033Es = 0.81+3600.0033×2.0×105=0.518 （5-5）對于適筋梁，要求=fyAs1fc bh0=0.168b (對于C20混凝土，1取1.0)0.45ftfy=0.45* 1.89448=0.00422 （5-6）min=max0.45ftfy,0.002=0.00422 （5-7）=Asbh>min （5-8）由（5-7）、（5-8）解得As101mm2 （5-9）現取，As=307.9mm2 ，符合條件。則實際h0=h-15-142=178mm （5-10）作為計算，假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的應力為線性分布，因此有：Mu=fcbx(h0-x2) (5-11) fcbx=fyAs (5-12)把 As=307.9mm2，h0=168mm 代入（5-11)、(5-12)得極限抗彎承載力為 Mu=19.9