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1、混凝土结构基本原理试验课程作业止水工無奪畝混凝土构件试验报告试 验名称适筋梁受弯破坏试验试验日期2015-11-05试件编号MLA2姓名倪荫豪学号 1350871手机号 试验课教师 赵勇基本原理课教师 薛伟辰一. 试验目的 3.二. 试件设计3.2.1设计依据3.2.2材料和试件尺寸 3.2.3配筋率的检验5.纵筋配筋率的检验 .5.箍筋配筋率的检验 .5.2.4试件加载估算 6.开裂弯矩估算 6极限弯矩的估算6屈服弯矩的估算62.5试件的制作6.三. 材料试验7.四. 试验过程9.4.1力口载装置9.4.2加载制度1.04.3预估承载力 1.0五. 量测与观察内容 1.15.1 荷载.1.1
2、5.2纵向钢筋的应变 1.15.3混凝土平均应变 1.15.4 挠度.1.25.5 裂缝.1.2六. 试验数据处理与分析 1.36.1实验数据处理 1.3荷载-挠度关系曲线 .1.3荷载-曲率关系曲线 .1.4荷载-纵筋应变关系曲线 1.76.2承载力分析.8正截面承载力分析 18斜截面承载力分析 18一试验目的(1) 观察并掌握适筋梁受弯破坏的力学行为和破坏模式；(2 )掌握构件加载过程中裂缝和其他现象的描述和记录方法；(3 )掌握对实验数据的处理和分析方法；(4 )学会利用数据分析实验过程中的现象，尤其是与理论预期有较大偏差的现象;(5 )通过撰写实验报告的过程，加深对混凝土结构适筋梁构件
3、受弯性能的理解。二.试件设计2.1设计依据并且破坏时必须是紧扣试验目的，适筋梁的受弯破坏。设计的试件必须保证是一个适筋梁，受弯破坏而不能是其他类型的破坏。2.2材料和试件尺寸试件主要参数：(1 )钢筋：纵筋 HRB335、箍筋HPB235(2 )混凝土强度等级：C20(3 )试件尺寸(矩形截面)：b Xh Xl = 120 X200 xi800mm(4 )纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mmmiuiiiRI LT计I 丨 IlllllJh配筋情况见下表:受拉钢筋2fi14受压钢筋2fi10箍筋Fi850(纯弯段无箍筋)1 3700J1J1 1.400700 J t1800r*jF图2 1适筋梁受
4、弯试验试件的配筋2.3配筋率的检验纵筋配筋率的检验2142 307.72 mm24ho200 22178mmAsbh°0.0144min0.451 10.45 -3000.001650.80.550.0033Esc 0.551 9.63000.0176min满足适筋梁的要求。2.3.2箍筋配筋率的检验采用公式 V 0.7 ftbh0fyvAsv h。进行计算。s2ft 1.1N / mm代入Asv2100.48mm，可得:h0178mm ft 1.1MPaVu 113kN，受剪段就不会发生受剪破坏。由4.1节中的剪力图可知，只要荷载不超过226kN2.4试件加载估算说明：预估荷载按照
5、混凝土结构设计规范给定的材料强度标准值进行计算，未计试件梁 和分配梁的自重。开裂弯矩估算2按照公式Mcr 0.292 1 2.5 a ftkbh进行计算。As2307.72mmE7.843 Ec2 eAsA0.201 bhMcr3.24kN ?m极限弯矩的估算对于适筋梁:fyk as1 fckbhg335 307720.3601 13.4 120 178Mu, fckbh2 1 0.513.4 120 1782 0.360 1 0.5 0.360 15.04kN?m屈服弯矩的估算作为估算，可以假定钢筋屈服时，压区混凝土的应力为线性分布，因此有:My 0.9M u 13.54kN ?m2.5试件
6、的制作（1）检查试模尺寸及角度，在试模内表面应涂一层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模 剂；(2) 取样拌制的混凝土，至少用铁锹来回拌和三次至均匀；(3) 现场平板振动现浇混凝土，将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。刮涂试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀抹 平；(4) 将试件小心平稳移入温度 20 C±0.5 C的房间进行标准养护；(5) 28天后，将试件小心脱模，待用，完成试件制作。三材料试验本次材料的试验数据：试块留设时间：2015年10月11日试块试验时间：2015年12月3日试块养护条件：与试件同条件养护试件尺寸1
7、50mm X150mm X300mm实测轴心抗压荷载/kN平均轴心抗压强度/MPa推疋立方体 抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定弹性模量/GPa557.925.533.62.730.9552.3548.5583.5575.6584.4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GB50010-2010 推定。钢筋强度实测结果公称直径/mm屈服荷载/kN极限何载/kN屈服强度平均值/MPa极限强度平均值/MPa试件平均试件平均6光圆11.611.316.015.740055611.215.611.215.68光圆19.018.523.222.936845618
8、.422.418.023.210光圆282740373444762532284010带肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312带肋606271735486466374627314带肋686991924485987494669018带肋15414516216457064515216412816522带肋162160200200421526158200160200四试验过程4.1加载装置图2为进行梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。采用两点集中力加载，在跨 中形成纯弯段，由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载，压力传感器测定荷
9、载值。梁受弯性能试验，取 L=1800mm， a=150mm，b=500mm， c=500mm。1 试验梁；2 滚动铰支座；3固定铰支座；4 支墩；5 分配梁滚动铰支座；6 分配梁滚动铰支座；7集中力下的垫板；8 分配梁；9 反力梁及龙门架；10 千斤顶;图2梁受弯试验装置图加载简图、弯矩剪力图如图 3所示:剪力图3加载简图、弯矩剪力图4.2加载制度采用单调分级加载机制，加载分级情况为：在加载到开裂试验荷载计算值的90%之前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20% :达到开裂试验荷载计算值的 90%之后，每级荷载值不宜大于其荷载值的 5% ；当试件开裂后，每级荷载取10%的承载力试验荷载计算值
10、 （Pu） 的级距；加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏，记录破坏荷载。承载力极限状态确定方法：受拉主钢筋拉断；受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到 1.5mm :受压区混凝土压坏；挠度达到跨度的1/30 。4.3预估承载力PL根据之前计算的预估弯矩值Mcr,My,Mu结合M，且L=1.2m，可得到开裂荷载，屈服6荷载以及极限荷载依次为:巳r 16.2kNPy 67.7kNpu75.2kN五量测与观察内容5.1荷载通过千斤顶施加到梁上的荷载，可以通过设置在加荷装置上的力传感器测得。5.2纵向钢筋的应变在试件纵向受拉钢筋中部粘贴电阻应变片，以量测加载过程中的钢筋应力变化，测点布置见F图。别
11、筋应覚片（魅匸钢莎外崛）1lTOO42004200f700图u纵筋应麥片布直5.3混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置4个位移计，从上至下间距分别为55,60,55mm 。位移计标距为150mm，以量测梁侧表面混凝土沿截面高度的平均应变分布规律，测点布置见下图。a, Q0OII世務计3-w位移计2位移计49U0劃4.S梁g试脸卷凝土半均应妥测点布直5.4挠度对受弯构件的挠度测点应布置在构件跨中或挠度最大的部位截面的中轴线上，在试验加载 前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。试验时在每级荷载下，应在规定的荷载持 续试件结束时量测构件的变形。结构构件各部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一
12、致,各测点间读数时间间隔不宜过长。II®4_6梁受弯试验挠度测点布置5.5裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制 50mm X50mm 的网格。试验时借助放大镜用 肉眼查找裂缝。构件开裂后立即对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜及钢直尺 等工具量测各级荷载(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍 摄后手工绘制裂缝展开图，裂缝宽度的测量位置为构件的侧面相应于受拉主筋高度处。最大裂 缝宽度应在使用状态短期试验荷载值持续15min结束时进行量测。裂缝发展及破坏形态：试验前，试件尺寸b Xh Xl = 120 X200 xi800mm，跨度160
13、0mm无肉眼可见的裂缝和损伤。荷载较小时，也无明显裂缝发展。荷载加到15kN时，集中荷载作用截面下缘已经产生裂缝，如图。后来裂缝逐渐扩，裂缝截面混凝土承受的拉力全部传给钢筋，钢筋拉应力激增，直到发生屈服。加载到接近100kN时，裂缝发展至梁顶部导致最终破坏。破坏形态如下图，裂缝图见附录。六试验数据处理与分析6.1实验数据处理荷载-挠度关系曲线确定简支构件在各级荷载下的短期挠度实测值，本应该考虑支座沉降，自重的影响，但是, 自重的影响在实验中被没有记录，因此只考虑支座沉降的影响。fs,i=f q,i=f m,i -0.5 * (f l,i+f r,j)说明：fm,i 位移计6所测数据fl,i位移
14、计5所测数据fr,i 位移计7所测数据由以上公式可得荷载-挠度关系曲线，位移计5叵够计五位衿计1様度从上图可以看出，挠度随荷载的变化大体可以分为三个阶段。第一阶段是直线阶段（弹性阶段），荷载和挠度成正比，这一阶段中混凝土没有开裂现象。当到达开裂弯矩时，曲线的斜率开始降低。第二阶段是斜率不断减小的曲线 （带裂缝工作），裂缝处混凝土退出工作， 钢筋应力激增， 裂 缝不断发展，构件的刚度减小，即荷载挠度曲线的斜率不断减小。第三阶段是斜向下的曲线 （破坏阶段），挠度超过12mm后，随着继续增大千斤顶的压力挠 度继续迅速增加，荷载不再增加，试件完全破坏。荷载-曲率关系曲线混凝土应变与位移计 1，2，3，
15、4存在以下关系：X150mmX是测得的位移。实际测得数据可以发现位移计 4已损坏，去除4号位移计数据。荷载混凝土应变曲线1-2000-1000 Q10002000渥瞬十戒呈侖应变应交1应变2应交占3000（此曲线只取了荷载69.931kN 的数据）由上图中应变3的数据可以看出，本构件的开裂荷载在20kN。荷载混凝土应变曲线2.应变丄应夏2应变3（此曲线中应变3的数据只取了荷载在 69.931kN的数据，其后应变3处混凝土已经完全开裂。） 由以上两个曲线图可以看出，梁下部承受拉力，由于混凝土受压强于受拉特性，梁底部混凝土 率先开裂，开裂荷载 Pcr=20kN,其实测值大于预估值 16.2kN。原
16、因是位移计4损坏，这里测 得开裂荷载20kN实际是位移计3处混凝土开裂的荷载。但此处并不是截面的最下方。根据实测混凝土应变，跨中截面平均曲率可按下式计算:ij其中，挠度以向下为正，则& i、£分别为截面应变1和应变3两点的实测混凝土平均应变,?h_ij为该两点沿梁截面高度方向的实测距离，取115mm。实验梁跨中 M- $关系曲线如下:荷载曲率关系曲线Pfl(此曲线中数据只取了荷载在69.931kN的数据，其后应变 3处混凝土已经完全开裂，其数据无意义。)从图中可以看出，曲率随荷载的变化基本呈现2个阶段。第一阶段，基本呈线性。第二阶段曲率不断增加而荷载不变。总的来说，符合混凝土
17、在受拉或者受压时应力-应变关系曲线，即先弹性后屈服的特性。与理论的荷载-曲率曲线比较：t2C )3 2)3 0fcb根据公式:tnho（01EsnEsJ ctAsnsAsho11/ 3n；/12/ °1 C/3/ °PL算的当混凝土应变取不同值时对应的荷载和曲率变化:混凝土边缘应变荷载/kN曲率/10A-6mmA-10.000857.5211.330.00169.8713.960.001596.9120.1360.002105.2229.5960.0025105.9640.4630.003104.4954.387理论荷载-曲率变化曲线10203040 S0 60- _ 0
18、o o o o o o O 2 O 8 & 4 21 1将理论的荷载-曲率变化曲线与实际的相比，虽然曲率变化的数值范围不一样但，是可以发现走势是基本一致的。发生这种情况可能的原因是试验用的位移传感器的单位可能不是mm。荷载-纵筋应变关系曲线荷载纵筋应变关系曲线2? 12722_322_422_52 26从上图可以看出，纵筋在整个试验过程中经历了先弹性后屈服的阶段。并且当压区混凝土被压碎后，纵筋应力下降并产生残余变形。还可以看出在荷载大于20kN后，由于底部混凝土开裂无法承受拉应力，拉应力完全由钢筋承担，钢筋应变显著增加。6.2承载力分析结合本报告中2.3节，2.4节以及材料试验的数据进
19、行正截面承载力分析和斜截面承载力分 析。根据材料试验的结果：取混凝土抗压强度 fc=25.5MPa,抗拉强度ft=2.7MPa;取纵筋屈服强度 fy=448MPa,箍筋屈服强度fyv=368MPa;正截面承载力分析配筋率:0.0144f2 7min0.450.450.00271fy448界限受压区相对高度:0.80.84480.4770.0033Es25.50.477 -4480.0033 2.00.0272b为适筋梁。1 fcbx fyA,Z八心'“，代入数值可算的:fyA(h°x/2)PLMu 21.43kN?m结合 M 所以，P6minMu105107.2kN斜截面承载力分析采用公式Vu 0.7 ftbh。fyv A h。进行计算。s2ft 2.7N/mm代入Asv2 7 82210O.48mm，可得:h0178mm fyv 368MPaPVu 172kN 结合 V 得:2F>344 kN发生正理论计算Pu弯 Pu剪，正截面对受弯破坏起控制作用。实际构件极限荷载R 90kN截面受弯破坏。