2015-1-252015-1-25結21顧棟煉2012010101混凝土結構試驗報告結21顧棟煉2012010101混凝土結構試驗報告適筋簡支梁在跨中集中荷載下的受彎力學性能試驗概況1.1試驗題目適筋簡支梁在跨中集中荷載下的受彎力學性能。1.2試驗目的1、回顧和熟練混凝土配合比設計；2、了解和初步掌握綁扎鋼筋、澆筑混凝土等基本實驗能力；3、通過觀察加載過程和破壞結果，加深對混凝土簡支梁抗彎抗剪性能的理解；1.3小組組號和小組成員本小組為第5小組，組員包括組長趙世普、組員陳磊、顧浩洋、孟令野、徐夢超、朱芳毅以及本人顧棟煉。試驗設計2.1總體設計本試驗較為簡單，整體過程概括起來就是制作一根適筋簡支梁然后將其壓壞，并觀察和記錄破壞過程和形態以作分析和回顧。且由于試驗時間和材料等多因素，我們只澆筑了一根梁進行試驗，并不設置對照組或者多次試驗，試驗結果和結果分析均已一次試驗得到的數據為依據。2.2試驗流程試驗全過程由以下階段構成：適筋梁設計、綁扎鋼筋籠、構件澆筑、試件拆模、加載試驗和總結報告。2.3所需材料1、鋼筋型號和用量類型鋼筋根數長度/mmHRB335Φ1221100Φ4(架立筋)21150Φ4@150（箍筋）7450說明：此處鋼筋均為二級鋼，但限于word中打不出二級鋼的符號，故此處以一級鋼符號代替，讀者自行注意。2、混凝土強度和配合比設計混凝土強度為C30，共用混凝土體積0.02m3，材料水減水劑粉煤灰水泥粗骨料細骨料用量/kg3.5360.1392.084.85421.01616.5142.3梁的試驗模型梁尺寸為1150mm，保護層厚度為15mm，梁截面和鋼筋布置如下圖所示：圖1圖1鋼筋截面及配筋試驗前期準備3.1綁扎鋼筋籠綁扎鋼筋籠需要將直箍筋彎折成矩形，并用火燒絲將其與縱筋綁接在一塊，形成鋼筋籠一個整體。這是件有意思的活，一方面需要有將每一個轉角都彎成90度的細膩，另一方面也要你手拿老虎鉗瞬間發力的果敢，所以這也是件經驗活。雖然彎箍筋看上去挺簡單，但箍筋彎折后在不在一個平面，成不成矩形，對鋼筋籠的綁扎質量影響很大。磨刀不誤砍柴工，我們組在拿著鋼筋試著彎折幾次后，積累了經驗，找到了一些小竅門，后面彎起箍筋來就迅速了許多。彎折完箍筋，我們需要將用火燒絲將箍筋和縱筋綁在一塊。火燒絲綁扎時需要注意交錯綁扎，即火燒絲的綁扎方向在縱筋延伸方向要相互錯開，使縱筋沿鋼筋籠的前后方向都不能滑動。而且，擰火燒絲也是一門技術活，不能太松也不能擰斷，分寸得把握好。圖2綁扎鋼筋籠圖3配置混凝土圖3配置混凝土我們對于混凝土的配置已經較為熟悉了，到了現場我們就輕車熟路地干了起來。首先根據配合比計算結果，稱取各種原材料，然后將砂、石以及水泥混合均勻，將它們堆在木板上。根據以往的經驗，為了使骨料、水泥與水能夠充分混合，在中間挖出一個凹槽。然后向中間分批加水，分批進行攪拌，以使得混凝土攪拌更加徹底和均勻。而且水不能一次加完，以防止后來出現泌水的現象。攪拌混凝土過程中，實驗基地的師傅給予了我們不少幫助，在此要再次感謝他。3.3澆筑混凝土圖4澆筑混凝土圖4澆筑混凝土3.4拆模澆筑完畢，試驗梁便被抬進了養護室。養護時間為3天，3天后需要對試驗梁進行拆模。拆模的主要工作就是擰螺絲，過程比較無聊，在此就不再贅述。圖5圖5拆模試驗加載過程4.1加載前準備圖6連接設備正式加載之前，我們需要完成圖6連接設備給梁畫網格以便觀察裂縫出現和發展情況；連接設備，用于記錄荷載變形數據；壓試塊，得到混凝土強度數據，強度數據處理見下?；炷猎噳K數據處理：現場測得三個100×100×100mm的試件結果為31.8、31.4、33.2。（N/mm2故有：ff上式中：0.88是考慮了實際結構和實驗室試件的差別，這里由于都是實驗試件，由同一批混凝土澆筑而成，故0.88改為1；k1、k2δ為變異系數。根據混凝土試塊強度數據，可計算得δ=0.0308。最終fc,ff另外，對于軸心抗拉強度有：f進而軸心抗拉強度標準值為：f結果匯總如下表：試塊fffffff131.832.130.523.22.5922.02.46231.4333.2單位：N/4.2極限荷載預測本次試驗的題目是簡支適筋梁在跨中集中荷載作用下的受彎力學性能，即要求梁最終為受彎破壞。但是由于在對梁配筋時，混凝土課程還未教授有關斜截面受剪承載力的計算，故我們在設計配筋時未能考慮“強剪弱彎”的原則?？紤]到這一點，我們在對極限荷載進行預測時，從正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力兩方面進行了考量。注：因為是要分析結構的實際受力性能，故計算時應當選取材料強度的平均值。4.2.1正截面受彎承載力因為是單筋矩形或截面適筋梁，故由單筋矩形截面適筋梁受純彎的基本公式（課本式5—20）可知：受壓區高度x為：x=其中，由課本表2-2可查，HRB335鋼筋屈服強度的變異系數為0.050，故f其他參數取值如下：A代入x的表達式有：x=f因此受彎承載力為：M所以由極限彎矩預測的極限荷載應為：F=4.2.2斜截面受剪承載力根據有腹筋梁的受剪性能來計算其受剪承載力：運用書中公式（6-17b）公式：V集中荷載和剪力關系式：V由于是預測最大承載力，故計算時有關參數均使用的是平均值，具體數值列舉如下：箍筋：f截面尺寸：b=100mm,梁跨度：l=0.9m箍筋間距：s=150mmλ=l2?代入數據可得：VF=24.2.3預測結論綜合以上分析，因為由受彎計算出的承載力低于受剪計算出的承載力，故梁的設計最終符合“強剪弱彎”的原則，理論荷載預測值應為39.29kN。但考慮到其他一些不利因素，如加載點偏離跨中等，最終我們組取荷載預測值為36kN。4.3加載過程在所有儀器準備就緒，試件假設完畢之后，首先降低加載裝置，使其與梁表面接觸。當應變箱中可以讀出壓力數值則表示已發生接觸。此時立即停止加載，并將數據清零，已進行初始化，準備開始正式加載。圖7初期裂縫位置加載過程中，我們組派出多名組員負責尋找裂縫。剛開始，裂縫的發展情況與我們預期較為相符，均出現在梁的受拉底部，且跨中由于彎矩作用最強先出現裂縫，且裂縫發展最快。（初期裂縫如下圖7初期裂縫位置但當荷載增大到一定數值時，梁右端部腹中突然出現一條斜裂縫，并迅速上下延伸，最終貫穿截面形成臨界斜裂縫，梁發生受剪破壞。在受剪破壞后，梁的承載力開始下降，直到臨界斜裂縫上部的架立筋受壓屈曲拱起，梁右端上部又發展一條裂縫與臨界斜裂縫相交后，梁徹底發生破壞。圖8最終裂縫情況梁圖8最終裂縫情況最終梁的承載力為37.70kN＞預期值36kN，跨中最大彎矩為8.48kN·m＜受彎承載力8.84kN·m。梁的破壞模式為斜拉破壞，實際承載力與預期承載力的偏差為（39.3-37.7）/37.7=4.2%＜10%。試驗結果分析5.1適筋梁截面檢驗和構造說明（見附錄A）5.2試驗數據記錄（見附錄B）5.3受力過過程分析5.3.1裂裂縫發展情情況分析圖8最終裂縫情況梁裂縫圖如下：圖8最終裂縫情況裂縫發展過程：：當荷載大約加到77.5kNN時，梁中受拉拉底部開始始出現裂縫縫，裂縫大致致呈直線，且且現在梁跨跨中出現；；在荷載較較小時，裂裂縫發展較慢，跨跨中兩側也也陸續開始始出現裂縫縫，且大致致對稱發展展，這是源源于構件和荷載載的對稱性性；當荷載繼繼續增加，大大致達到25kN時，荷載發發展速度開開始變快，此時裂縫的發展處于不穩定階段，底部受拉區裂縫均以一定速度向上延伸；當荷載達到大約36kN時，梁右側靠近端部處腹中突然出現了一條斜裂縫，且發展速度極快，在荷載增加大約1kN后，斜裂縫便上下貫穿，形成臨界斜裂縫，表現出受剪切時，受拉破壞的脆性特征；繼續加載，梁的承載力在上升了一絲絲后便開始下降；當荷載下降到27kN左右，臨界斜裂縫處的架立筋開始受壓屈曲，斜裂縫右側區上部混凝土也發展出一條斜裂縫；最終，兩條斜裂縫相交，構件發生破壞。裂縫特點：斜裂縫出現前，裂縫從梁底部開始始發展，隨隨著荷載的的增加，成成垂直發展展趨勢；荷載較大大時，跨中中兩側裂縫縫開始向跨中靠攏攏；斜裂縫出現前，裂縫基基本以跨中中為對稱軸軸成對稱分布布，且分布布較分散，即除支座附近未出現裂縫外，其余受拉部位都或多或少有裂縫出現；荷載接近極限承承載時，斜裂縫縫出現在腹中且發發展迅速，斜裂縫角角度大致呈呈45度，且斜裂縫未未能發展到到加載點即即貫穿。5.3.2荷荷載位移曲曲線分析圖9荷載位移曲線由試驗所得的集集中荷載和和位移曲圖9荷載位移曲線受力階段分析：：由荷載位移曲線可可明顯看出出，梁受力力分為四個個階段：第一階段：彈性受受力階段此階段對應曲線線上荷載在在（0,33.35kkN）的點。從開始加荷荷到受拉區混混凝土開裂裂前，整個個界面均參參與受力。由由于荷載較小，混混凝土處于于彈性階段段，界面縱縱向應變的的分布符合合平截面假定定，中和軸軸在物理形心位位置，荷載載位移曲線線接近直線線。在該階段，由由于整個截截面參與受受力，截面面抗彎剛度度較大，梁梁的撓度變化較較慢，受拉拉鋼筋應力也較小小，且都與與跨中彎矩矩M近似成正比比；第二階段：帶裂裂縫工作階階段此階段對應曲線線上荷載在在（3.335kN，36.445kN）的點。當跨中彎矩矩達到開裂裂荷載，梁跨中受拉區區首先出現現第一條裂裂縫，梁進進入帶裂縫縫工作階段段。在開裂裂瞬間，裂縫縫截面受拉拉區混凝土土退出工作作，應力重分布布使得受拉拉鋼筋應力力突然增加。隨著荷載的增加加，受拉區區還會不斷斷出現一些些裂縫，拉拉區混凝土不不斷退出工作。從上圖可明明顯看到荷荷載位移曲線的的斜率變小小，這是因為較之彈性工工作階段，此此階段截面面的抗彎剛剛度降低了了。第三階段：斜裂裂縫發展階階段此階段對應曲線線上荷載在在（36..45kNN，37.770kN）的點。當荷載達到36..45kNN時，支座處反力力為18..225kkN。較大大剪力使得得梁跨中右右側腹中出出現腹剪斜斜裂縫。此此階段由于于剪跨比較較大，斜裂裂縫迅速發發展，截面面剛度迅速速下降，荷荷載位移曲曲線的斜率率變得更小小。當荷載到到達35kN左右，斜裂縫貫穿穿形成臨界界斜裂縫。從曲線上可看看出，極限限承載力和和屈服承載載力相距較較勁，體現現出斜拉破破壞延性小小，脆性顯顯著的特征征。第四階段：殘余余強度承載載階段此階段對應曲線線上荷載337.700kN的點到最終破壞壞點。臨界界斜裂縫出現現后，梁受受剪的桁架架-拱復合傳傳力機制還還存在，但承承載力開始始降低。最終，兩條斜裂縫縫相交，構構件徹底破破壞（關于于第二條斜斜裂縫出現現緣由將在在下面陳述述）。5.3.3破破壞形態分分析圖10跨中彎矩-位移曲線為便于討論，將將荷載位移曲線轉轉換成跨中中彎矩—位移曲線，如下下圖10跨中彎矩-位移曲線5.3.3.11開裂荷載討討論根據設計參數，可可得理論上上的開裂荷荷載為：M然而根據試驗所所得曲線，實際開裂荷載卻為：M而根據裂縫發展圖圖，實際開開裂荷載為為：M可見，理論與試試驗曲線所所得結果偏偏差較大，但與裂縫縫發展圖所所得結果幾幾乎沒差。到底二者哪哪一個是可可信的？我認認為兩個實際值值都存在問問題。一方方面，裂縫縫剛出現時時非常隱蔽蔽，從裂縫縫圖也可看看出組員在在裂縫發展展至梁中時時才有所察察覺；另一方面面，試驗所所得曲線所所測點相距距時間較長長，沒有足足夠的精度度。所以，二者得到到的實際值值都不是真真正的實際際值，真正的實實際值應該該比理論值值小一些，原原因如下：：尺寸效應。雖然然由混凝土土立方體抗壓壓強度到棱柱體軸軸心抗壓和和抗拉強度度考慮了尺尺寸效應，但但棱柱體強強度與整個構件件混凝土強強度依然存在的的尺寸效應應：尺寸越越大，混凝凝土內部缺缺陷越多，對對強度的影影響越大。而在理論計算時忽略了尺寸效應；加載裝置與試驗驗梁之間的的傳力工具具為矩形貼貼片（見圖7），矩形鐵鐵片有一定定面積，鐵片片剛度較梁梁大很多，故故在鐵片邊緣緣與梁接觸觸處存在應應力集中現現象，且鐵鐵片對梁的的約束會制制約梁的自自由抗彎，最最終使得梁梁的開裂荷荷載較理論論值低。5.3.3.22受剪破壞壞原因討論論梁在設計時完全滿滿足適筋梁梁要求（具具體檢驗見見附錄A），且由4.22極限荷荷載預測章章節可知，試驗梁的受受剪承載力力要高于受受彎承載力力，即試驗驗梁符合“強剪弱彎”的設計原則則，但在實實際試驗中，梁梁最終的破破壞形態卻卻是受剪斜斜拉破壞，破破壞呈現較明顯的脆性性特征。影響構件件斜截面抗抗剪承載力力的因素無無非是材料料、截面形形式、配箍箍率以及加加荷條件，梁的截面形式幾乎沒有變異性，就是矩形截面梁，下面一一討論其他因素對受剪破壞形態的“貢獻”。配箍率?！兑幏斗丁芬幎?，梁梁受剪時配配箍率應當當滿足最小小配箍率的的要求。對試驗梁檢驗配箍箍率有：ρ所以配箍率不滿滿足要求。這這使得試件件梁與無腹腹筋梁受剪剪承載力基基本相同。又λ=l2?0=3.6>3，故梁會發生受剪斜拉破壞。所以，配箍率過小是材料。鋼筋為實實驗室供給給，離散性和變異性性可認為較較小。但是是混凝土材材料為同學學自己配置置，且僅根根據三塊立立方體強度度來確定分分析梁承載載力的強度度指標，過過程和結果果都具有較大離散性和不確定定性。另外外，在用混混凝土澆筑筑梁時也可可能存在攪攪拌不均勻勻，振搗不不充分的情情況，梁內有可可能因這些些原因出現現薄弱面。所所以，混凝土強強度的變異異性和制梁過程的不確定性性也是造成成梁受剪破壞壞的原因之之一；加載條件。對梁梁加載時不不可能確保?？缰屑虞d載，加載點點有可能偏偏向梁的右右側，使得右側剪剪力較理論值大大，最終造造成梁受剪剪破壞。5.3.3.33兩條斜裂縫成因討論由圖8可以看出。最終終破壞的梁梁在頂部出出現了兩條條斜裂縫，且兩條斜斜裂縫最終終相交。細細分析析，可以發現現這兩條斜裂縫縫成因的不不同。第一條斜裂縫屬屬于腹剪斜斜裂縫，出出現原因已已在5.33.1裂縫縫發展情況況章節描述述過，在此不再贅述；；與第一條斜斜裂縫不同同的是，第第二條斜裂裂縫并不是剪力力造成，分析模型如下：：圖11裂縫分析簡簡化受力模模型當第一條斜裂縫貫貫穿后，梁梁端部構件件可簡化如如上受力模模型，可認認為此時，通通過斜裂縫縫的箍筋均均以達到屈屈服。若只考慮慮箍筋應力對對A點彎矩的貢貢獻（Vc，Va對A點的彎矩也也不容忽視視，但此處先不不計算），則有：M故A處彎矩保守估計也也大于理論論開裂荷載載，可得結結論：第二二條斜裂縫縫是受彎造成的。試驗結論即使按照規范設設計的適筋筋梁，在具具體加荷情情況下，由由于種種不不確定的因因素，也可可能發生受剪破破壞。因此此，在設計受彎受受剪梁時，一定要確確保受剪承承載力高于于受彎承載力力一定幅度度，提供足足夠的安全全保障，避避免受剪脆脆性破壞。個人總結7.1個人工工作階段主要工作收獲不足試件設計配置縱筋和箍筋筋熟練了正截面抗抗彎設計和和斜截面抗抗剪設計設計時因未有受受剪破壞概概念，未能能考慮“強剪剪弱彎”原原則試件準備鋼筋綁扎、支模模、配置和澆筑混凝凝土、拆模模等了解并熟練了綁綁扎鋼筋籠籠的過程；；熟練了混混凝土的配置和拆模流程程實戰能力有待加加強，彎鋼鋼筋等技術術活還需進進一步經驗驗積累試件加載加載時間與下午午第一節體體育課沖突突，下課后后加載已結束束因特殊原因未能能參加加載載，表示遺遺憾7.2心得體體會關于本次試驗帶帶給我的技技能上的收收獲，個人人工作中已已有總結，我我就不再敘敘述了。下面重點談談我在試驗中中的一些感感悟。試驗中給我印象象最深的便是小伙伴伴們不嫌臟，不不嫌累的實實驗精神。混混凝土試驗驗不同于物物理實驗有有設備精良，一塵不染染的實驗室，與混凝土土打交道是是一件臟活活，但小伙伴伴們誰都沒沒有怨言和和