同济大学混凝土试验 大偏心受压柱试验报告.doc

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1、同济大学混凝土试验 大偏心受压柱试验报告 混凝土结构基本原理试验课程作业 装 订 线 L ENGINEERING试验报告 试验课教师 林峰 姓名 学号 手机号 任课教师 顾祥林 混凝土结构基本原理试验课程作业 装 订 线 L ENGINEERING大偏心受压柱试验报告 试验名称 大偏心受压柱试验 试验课教师 林峰 姓名 学号 手机号 任课教师 日期 2014年11月18日 装 订 线 1. 试验目的 通过试验了解大偏心受压柱破坏的全过程，掌握测试混凝土受压构件基本性能的试验方法。同时巩固大偏心受压柱承载力的计算方法，并通过对理论值和试验值的比较加深对混凝土基本原理的理解。 2. 试件设计 2.

2、1 材料和试件尺寸 混凝土：C20 钢筋：使用I级钢筋作为箍筋，II级钢筋作为纵筋 试件尺寸（矩形截面）：bhl=120120870mm 详细尺寸见图1大偏心受压柱配筋图 2.2 试件设计 （1）试件设计的依据 为减少“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制l0/h5。通过调整轴向力的作用位置，即偏心距e0,使试件的破坏状态为大偏心受压破坏。 （2）试件参数如表1 4 120 1-12-2 柱试件立面图 图1 大偏心受压柱配筋图 装 订 线 （3）试件承载力估算 Nc=1fcbh0 Nce=1fcbh02(1-0.5) + fy As(h0-as ) e=e0+0.5h-as 不妨令：A=

3、?1fcbh022, B=?1fcbh, C=-fyAs(h0?s) （0e-h0）?-B?B2?4AC 从而有：? 2A 得出本次试验试件的极限承载力的预估值为：Ncu=87.71kN 详细计算过程见附录1 2.3 试件的制作 根据普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002规定， 成型前，试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。 取样或拌制好的混凝土拌合物，至少用铁锨再来回拌合三次。 将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。 采用标准养护的试件，应在温度为205的环境中静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模。拆模

4、后应立即放入温度为202，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护，或在温度为202的不流动的氢氧化钙饱和溶液中养护。标准养护龄期为28d（从搅拌加水开始计时）。 3.材性试验 3.1 混凝土材性试验 混凝土强度实测结果 试块留设时间： 2014年9月25日 试块试验时间： 2014年12月8日 试块养护条件：与试件同条件养护 注：轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国家标准混凝土结构设计规范GB 装 订 线 50010-2010推定。 3.2 钢筋材性试验 钢筋强度实测结果 4. 试验过程 4.1 加载装置 柱偏心受压试验的加载装置如图2所示。采用千斤顶加载，支座一端为固定铰支座，另一端为

5、滚动铰支座以减少支座带来的水平荷载对构件的影响。铰支座垫板应有足够的刚度，避免垫板处混凝土局部破坏。 图2 柱偏心受压试验加载装置 4.2 加载制度 单调分级加载机制： 在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前1级。 装 订 线 正式分级加载/kN：051015202530354045505560破坏，在加载到60kN时，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。 4.3量测与观测内容 4.3.1 荷载 荷载按照分级加载，破坏时的极限荷载为92.344kN。具体取用的荷载值见表2 表2 荷载取值表 4.3.2 纵筋应变 纵筋应变由布置在柱

6、内部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置如图3 385 应变片共计8片 应变片共计8片 0120 3-3 图3 大偏心受压柱试验纵向钢筋应变测点布置 其中，1至8号应变片分别对应了通道43-1、43-2、43-3、43-4、43-6、43-7、43-8、43-9，通道43-6所对应的应变片损坏。具体数值见图7 装 订 线 4.3.3 混凝土应变 混凝土应变由布置在内部纵筋表面和柱表面混凝土上的应变计量测，混凝土应变测点布置如图4。 图4 大偏心受压柱试验混凝土应变测点布置 位移计1、2、3、4依次对应通道46-9、46-2、46-3、46-4。但在观测中发现位移计1、3的测量值并不是线性变化

7、，可能位移计本身存在问题，如图8。 4.3.4 挠度 侧向挠度由柱长度范围内布置3个位移计量测，在荷载达到60kN的时候撤掉位移计。短期跨中挠度实测值可以按照公式f?f6?5，依次对应通道46-8、46-6、46-7。 支杆501?f5?f7?直接得出。侧向扰度测点布置见图25385870638575图5 大偏心受压柱试验侧向挠度测点布置 4.3.5 裂缝 实验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mm50mm 的网格。试验时借助手电筒用肉 装 订 线 眼查找裂缝并且用铅笔标记出裂缝的位置、标号。之后对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜测量各级荷载作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并用相

8、机拍摄后手动绘制裂缝展开图。 4.4 裂缝发展及破坏形态 （1）实验前构件初始状态 经过观察构件初始状态良好，肉眼观测没有初始裂缝 （2）各级荷载作用下构件裂缝发展情况 （020kN）当荷载较小时，受压区及受拉区混凝土和钢筋的应力都较小，受压区和受拉区钢筋、混凝土应变应力增长速度基本一致。 （20kN70kN）混凝土远离轴向力一侧开始出现横向裂缝但比较细。随着荷载增加裂缝条数增加并且向受压区发展。此时受拉区钢筋应变飞速增长，可以推测出受拉区混凝土已经基本退出了工作，拉应力主要由钢筋承担。大概在70kN的时候，受拉钢筋屈服，裂缝进一步发展，使受压区高度减小，受压区应力增加，较薄弱处出现纵向裂缝。

9、 （70kN90kN）在荷载增加过程中，受压区高度不断减小并出现钢筋达到屈服应变，裂缝贯通，牛腿处混凝土被压溃，构件破坏。此后，荷载量测值下降。 （3）破坏情况如图6，裂缝展开图见附录三。 图6 构件破坏情况图 5. 试验数据处理与分析 依次获得荷载与纵筋应变、混凝土应变、侧向挠度、曲率的曲线图，并比较试验测量值和预估值。 装 订 线 5.1 荷载-纵筋应变 图7 荷载-纵筋应变图 从图中可以看出，大偏心受压柱类似于受弯构件，分为受拉区和受压区，而且受拉区应变增长速率大于受压区，钢筋首先达到屈服强度。 5.2 荷载-混凝土应变 图8 荷载-混凝土应变图 装 订 线 可以从图中看出位移计1、3并

10、不是成线性增长，而且46-9号通道测量的是受拉区的应变却在加载的开始呈现压应变，猜测是位移计在测量时出现的故障，也可能是混凝土开裂对位移计的测量产生影响。排除掉46-9，在010kN的荷载范围内，认为混凝土处于弹性阶段，应变基本符合平截面假定。 5.3 荷载-挠度 图9荷载-挠度曲线图 5.4 荷载-曲率 图10 荷载-曲率曲线图 装 订 线 5.5 构件承载力分析 d12?as?as?c?15?21mm22e?e0?0.5h?as?100?0.5?120?21?139mmh0?h?as?120?21?99mm?AS?AS?3.14?62?2?226.08mm2?Nc?1fcbh0?2?Nce

11、?1fcbh0?(1?0.5?)?fyAs(h0?as) 1?17.1?120?992?A?1005582622B?1fcbh（?1?17.1?120?99?(139?99)?81259200e-h0）?C?-fyAs(h0?s)?548?226.08?(99?21)?9663563.52?1fcbh02-B?B2?4AC?0.6562ANcu?133.27kN预估该构件极限承载力为133.27kN，而实际测得的承载力为92.344kN，比与估值低出了30%。推测造成差距的原因为： （1）材料性能的不确定性。由于混凝土材料是一种各项异性材料，而且即便使用相同的配比的混凝土材料性质也会有不同。而

12、且材性试验中钢筋的屈服强度甚至达到了548MPa，远远超出了标准值，然而试验构件中的材料可能没有达到材料试验中的材料强度，致使实际测得的承载力小于理论值。 （2）计算该构件极限承载力的时候采用的是简化分析办法，按照合力大小不变、合力作用点位置不变的原则，将截面混凝土应力的曲边形图形简化成等效矩形时，大偏心受压的合力比折算值要大，即大偏心受压计算时偏于安全的。然而实际值却甚至小于理论值，可以推测本试验材料性能造成的误差远远大于计算模式造成的误差。 （3）构件的尺寸可能和设计值不符合，使承载力低于理论值。 6结论 这次试验我充分了解了大偏心受压柱的破坏过程。大偏心受压构件的应力分布类似于双筋适筋梁

13、受弯。随着荷载的加大，受拉区的混凝土出现横向裂缝退出工作，该区的钢筋承担大部分拉应力而使其应力和应变增速加快，裂缝增多并向受压区发展，受压区高度减小，混凝土应力增大。当受拉区的钢筋应变达到屈服应变的时候，钢筋屈服，截面处形成一主裂缝。但受压区混凝土压应变达到其极限抗压应变时，受压区较薄弱处出现纵向裂缝，混凝土被压 碎而使构件破坏。 同时，通过理论值和实测值的比较可以看出，在考虑到混凝土材料性能的不定性情况下，大偏心受压的计算是偏于安全的，实际的极限承载力要大于设计的理论值。 装 订 线 附录一 极限承载力估算 d12?as?as?c?15?21mm22e?e0?0.5h?as?100?0.5?

14、120?21?139mmh0?h?as?120?21?99mm?AS?AS?3.14?62?2?226.08mm2?Nc?1fckbh0?2?Nce?1fckbh0?(1?0.5?)?fyAs(h0?as) 1?13.4?120?992?A?788000422B?1fcbh（?1?13.4?120?99?(139?99)?63676800e-h0）?C?-fyAs(h0?s)?335?226.08?(99?21)?5907470.4?1fckbh02-B?B2?4AC?0.5512ANcu?87.71kN 装 订 线 附录二：实验数据处理 荷载（kN） 0.083 4.786 9.985 14

15、.854 19.641 24.922 30.039 34.99 39.941 45.058 50.01 54.713 60.242 65.111 70.64 73.529 77.16 78.645 80.873 84.339 86.072 92.344 挠度（mm） -0.002 0.251 0.386 0.7185 0.6815 0.9955 1.295 1.6175 1.9795 2.282 2.839 3.051 3.5095 4.064 4.3695 4.464 4.412 4.4535 4.413 4.329 4.2675 4.1 曲率（10-6/mm） 6.66667E-05 0.0006 0.000383333 0.001316667 0.0024 0.003 0.0052 0.005333333 0.00605 0.008016667 0.0086 0.009 0.00945 装 订 线 附录三：裂缝展开图