简支梁斜截面破坏实验.doc

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1、简支梁斜截面破坏实验 兰州理工大学土木学院创新课程 钢筋混凝土简支梁静力加载试验报告 破坏类型： 斜截面剪压破坏 组 数： 第五组 试验人员： 指导教师： 时 间： 2013年3月 学 号： 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 1 试验目的和任务 通过学生自己设计受弯构件正截面中少筋梁，适筋梁和超筋梁构件，斜截面中斜拉破坏，剪压破坏和斜压破坏构件，并在试验中能够验证这几种破坏形态； 通过构件设计使学生能够掌握钢筋混凝土基本构件的设计计算方法； 通过构件设计，让学生能够练习绘制钢筋混凝土构件的施工图； 让学生了解钢筋混凝土简支梁的安装就位技术； 掌握钢筋混凝土简支梁正截面（斜截

2、面）承载能力的评价技术； 掌握受弯构件正截面和斜截面的破坏形态和工作性能； 掌握结构试验报告编写方法。 2试验设计 参照钢筋混凝土简支梁静力加载试验大纲（第五组 斜截面剪压梁破坏）。 2.1实验设计要求 确定实验方案，写出实验大纲。计划内容要求详尽、科学、合理，能够在所提供的实验仪器及场地下完成实验。 试验项目的内容和目的； 试件方案设计（形状、尺寸以及局部处理）； 荷载方案的设计（加载图示和程序，加载装置以及边界条件的处理方法，标准荷载计算，加载分级）； 观测方案设计（测试项目为最大弯矩截面挠度和应变，钢筋应变，以及裂缝，绘制测点布置图以及测点编号，仪器选择及标定，设计原始记录表）。 2.2

3、构件设计 梁长1.5米，横截面100mm200mm，混凝土等级C20，梁纵筋为二级Q335钢筋，直径16mm两根，架立筋直径8mm两根，箍筋6150mm。 2.3荷载装置与加载程序 构件配筋图：见图1； 加载图式：见图2； 加载装置：见图3； 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 加载程序（荷载谱）：见图4； 121 1 2 11-12-2图1 构件配筋图 图2 加载图示 两点对称加载试验装置第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 图3 加载装置 图4 加载程序（荷载谱） 2.4观测点布置与编号 钢筋应变片粘贴布置图及编号：见图5； 混凝土应变片粘贴布置图及编号：

4、见图6； 位移传感器布置图及编号：见图 7 图5 钢筋应变片布置及编号图 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 图6 混凝土应变片布置及编号 图7 位移计布置图 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 3试验准备 3.1构件制作与养护 于2012年12月在学院实验车间浇筑养护成型。按照钢筋混凝土简支梁静力加载试验大纲（少筋破坏）进行钢筋绑扎、钢筋应变片布置及粘贴，以及混凝土浇筑和养护。并预留混凝土强度及材性常数的测定的标准试件。 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 3.2辅助试验 混凝土强度取C20计算。 实验使用组件表 表1 本组试验设计到的加

5、载组件有：a圆棒滚轴、b滚轴槽、c千斤顶、d传感器、e分配梁，总质量为67.5Kg，总重量为0.662kN。 混凝土梁尺寸1500100200mm，自重取25kN/m，计算得梁自重为0.75kN，折算为线荷载则q0.5kN/m，在荷载计算时第一级荷载应取自重与加载组件的总和。 3.3仪器准备与标定 （荷载传感器标定 位移传感器标定） 本组选用荷载（或力）传感器量程为20t，该传感器为应变电测式传感器，即将力通过弹性元件转化为应变电阻输出，结合静态应变议进行测试，输出量为应变，使用时应标定力与应变对应曲线，以便准确测试。 荷载传感器标定表 表2 3 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创

6、新课程 位移传感器标定：其中3号和5号的灵敏度系数为400，即400微应变对应1个毫米； 1号、2号和4号的灵敏度系数为200，即200微应变对应1个毫米。 3.4构件就位 画线、支座定位、千斤顶定位（实际尺寸） 3.5混凝土应变片粘贴 应变片粘贴位置、编号、与静态应变仪器通道对应情况 绘制测点布置图并编号、绘制与静态应变仪器通道对应表 表 3 注：H指混凝土，G指钢筋，V指位移计，指未布置测点。 3.6挠度测点布置 挠度测点布置图：见图7，位移计的布置。 4试验实施 4.1原始记录及异常情况处理 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 测点编号变更:实验中无测点变更情况； 测点

7、损坏情况：钢筋上的测点7号和11号损坏； 断电情况：整个实验过程中无断电情况； 位移计晃动:5号位移计在加载过程中出现了轻微的晃动； 意外情况发生：由于实验加载装置在加载前准备不够全面，所以在正式加载到达第三级时出现了无法继续加载的情况，之后在实验老师的指导及处理下解决了问题。 4.2裂缝描绘 确定第一批裂缝所对应的位置、荷载、时间，绘制裂缝展开图 裂缝发展图：见图8 裂缝展开图：见图9 图8 裂缝发展图 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 图9 裂缝展开图 5试验分析与结果 5.1开裂荷载、承载能力确定 开裂弯矩Mcr 极限弯矩为Mu 自重作用下的弯矩计算： 混凝土梁尺寸1

8、500100200mm，自重取25kN/m，计算得梁自重为0.75kN，折算为线荷载则q0.5kN/m，在荷载计算时第一级荷载应取自重与加载组件的总和。 计算q、P1和P2作用下各个观测截面在各级荷载作用下的弯矩值。 3 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 q=0.5kN/m 图10 自重作用梁计算简图 图11 附加荷载计算简图 开裂荷载的确定 =0.76 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 开裂弯矩: 极限荷载的确定 取b=100mm，h0=175mm 由斜截面抗剪计算公式： 其中： = 梁自重与组件自重引起的弯矩作为第一级荷载，所产生的响应（内力、应力应

9、变、挠度）线性反算给结构上。 预加载阶段钢筋应变与荷载关系表 表 4 预加载阶段混凝土应变与荷载关系表 表 5 预加载阶段混凝土梁截面挠度与荷载关系表 表 6 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 5.2各截面应力应变分析 正式加载阶段钢筋应力应变与荷载关系表 表 7 正式加载阶段混凝土应变与荷载关系表 表 8 注:表中“/”表示数据溢出。 正式加载阶段混凝土梁截面挠度与荷载关系表 表 9 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 分析：随着荷载的增加混凝土的应变逐渐增大，测点E处的应变值也增大，但当荷载达到13.49KN时，混凝土应变随荷载的变化较为显著。可以得出

10、当荷载达到开裂荷载以后混凝土形变十分迅速，这也是混凝土退出工作，全部应力由钢筋承担的主要体现。 分析：随荷载的逐渐增大，混凝土的应变也增大，当荷载值达到53.96KN时，混凝土应变变化迅速。由此可见，该测点处混凝土较测点E处的混凝土裂缝出现的晚，这也可以说明主裂缝一般是最先出现并且迅速发展的。 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 绘制钢筋应变（应力）变化曲线 分析：由图可以明显看出，当荷载加到13.49KN时，钢筋应力明显增加，由此可以说明开裂荷载为Pcr=13.49KN。当荷载达到开裂荷载后，混凝土全部退出工作，全部荷载由钢筋承担，所以钢筋的应变会迅速增加，出现了图中钢筋应

11、变急剧增长的现象。 5.3挠度曲线及发展过程 最大挠度随各级荷载增长的关系曲线 各级荷载下挠曲线回归方程 （自重及组件自重下的挠度按测试结果线性反算累加在测试值上） 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 上图所示为跨中挠度随荷载变化的曲线。 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 分析：由可明显看出1#和2#位移计所在梁的两端有下沉，其中1#位移计所在的这端下沉比较明显，跨中的挠度最大，并且挠度最大时达到了12mm。 5.4裂缝描绘与发展过程 裂缝发展图与展开图绘制 第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 图 12 图 13 第五组 斜截面剪压破坏

12、兰州理工大学土木学院创新课程 实验裂缝发展照片 总结各类破坏形态梁的裂缝特点 我组做的是斜截面剪压的实验，其裂缝发展的主要特征是：在荷载作用下，首先在剪跨区出现数条短的晚剪斜裂缝，但是两端剪跨区裂缝出现的时间及裂缝的宽度是有很大区别的。主要表现在梁南端剪跨区裂缝出现较早，并且裂缝宽度较另一侧宽。究其原因主要有以下两点：原因一，由于混凝土在浇筑过程中两端的密实度有所差异；原因二，由于加载装置安装不够精确，两点加载的装置使得分配在梁两加载点的荷载大小不同。 随着荷载的增加，出现了一条延伸最长，开展最宽的裂缝，称其为主裂缝。逐渐的主裂缝开始贯通，随着其它裂缝也逐渐开展。梁的下边缘也出现许多短而细的裂

13、缝，这些裂缝的长度和宽度大致基本相同，且裂缝分布很规律，裂缝间的宽度基本接近。 5.5钢筋混凝土简支梁破坏类型判别 钢筋屈服，剪压区混凝土被压碎，为钢筋混凝土梁斜截面的剪压破坏。 6理论与实测分析比较 6.1开裂荷载比较 通过计算得开裂荷载： 实测的开裂荷载： 3.49KN 通过比较可得：通过理论计算得到的开裂荷载与实验实际测得的开裂荷载较为相近，并且理论计算值略小于实测值，这也符合结构设计的准则，对结构来说具有一定的安全储备，从而保证了结构的安全性。 6.2极限荷载比较 通过计算得到极限荷载： 实测的极限荷载： 通过比较可得：理论值与实测值较为相近，并且实测值略小于理论值，通过计算可得其相对

14、误差值为7.19%。但实测值小于理论值得原因可能是： 钢筋骨架的绑扎和混凝土的浇筑过程中出现了误差，影响了梁的整体的承载能力。 由于此次试验的加载装置中的分配梁是临时找的槽钢，以及加载装置安装时出现的误差，影响了梁的整体承载能力。以至于出现了试验过程中梁的一端破坏比较严重，而另一侧却无明显的破坏迹象，只有很细的并且很疏散的几条裂缝。这也可能是造成此次试第五组 斜截面剪压破坏 兰州理工大学土木学院创新课程 验中实测的极限荷载小于理论极限荷载最主要的原因。 6.4挠度比较 试验中标准荷载26.98kN作用下跨中的实测挠度值为：7.655mm。 而通过理论计算可得在标准荷载26.98KN作用下跨中的

15、挠度理论值为： 梁的抗弯刚度EI=1.33 于是跨中挠度值 7结论 给出主要结论： 通过试验测得的数据，不管是开裂荷载还是极限荷载，其理论值与实测值得差距并不是喝的，并且相对误差都控制在了10%以内。但是出现了实测的极限值小于理论计算实测值得现象，出现这种现象的原因已在上面作了简要的分析，此处不再叙述。 这次的实验，经历了实验方案的确定，实验方案的设计，实验的前期准备工作（实验用品的购买），钢筋应变片的粘贴，试件的浇筑，试件的养护，混凝土应变片的粘贴，实验加载记录装置的准备，正式实验过程，数据处理阶段以及撰写实验报告的过程。这一系列的过程我们都有参与，并付出了很多的努力，也学到了许多知识，这些知识不仅包括理论知识，还有实验的方法与经验，并增强了自己的合作意识和责任意识。 8附件 8.1 参考资料 材料力学，高等教育出版社，孙训芳； 新编混凝土结构设计原理，科学出版社，张季超编著； 结构力学，武汉理工大学出版社，包世华主编； 土木工程结构试验，中国建筑工业出版社，宋彧主编； 混凝土结构设计规范GB 500102010； 混凝土结构试验方法标准GB 501522010。 第五组 斜截面剪压破坏