簡支梁斜截面破壞實驗

1、簡支梁斜截面破壞實驗 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 鋼筋混凝土簡支梁靜力加載試驗報告 破壞類型： 斜截面剪壓破壞 組 數(shù)： 第五組 試驗人員： 指導教師： 時 間： 2013年3月 學 號： 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 1 試驗目的和任務(wù) 通過學生自己設(shè)計受彎構(gòu)件正截面中少筋梁，適筋梁和超筋梁構(gòu)件，斜截面中斜拉破壞，剪壓破壞和斜壓破壞構(gòu)件，并在試驗中能夠驗證這幾種破壞形態(tài)； 通過構(gòu)件設(shè)計使學生能夠掌握鋼筋混凝土基本構(gòu)件的設(shè)計計算方法； 通過構(gòu)件設(shè)計，讓學生能夠練習繪制鋼筋混凝土構(gòu)件的施工圖； 讓學生了解鋼筋混凝土簡支梁的安裝就位技術(shù)； 掌握鋼筋混凝土簡支梁正截面（斜截

2、面）承載能力的評價技術(shù)； 掌握受彎構(gòu)件正截面和斜截面的破壞形態(tài)和工作性能； 掌握結(jié)構(gòu)試驗報告編寫方法。 2試驗設(shè)計 參照鋼筋混凝土簡支梁靜力加載試驗大綱（第五組 斜截面剪壓梁破壞）。 2.1實驗設(shè)計要求 確定實驗方案，寫出實驗大綱。計劃內(nèi)容要求詳盡、科學、合理，能夠在所提供的實驗儀器及場地下完成實驗。 試驗項目的內(nèi)容和目的； 試件方案設(shè)計（形狀、尺寸以及局部處理）； 荷載方案的設(shè)計（加載圖示和程序，加載裝置以及邊界條件的處理方法，標準荷載計算，加載分級）； 觀測方案設(shè)計（測試項目為最大彎矩截面撓度和應變，鋼筋應變，以及裂縫，繪制測點布置圖以及測點編號，儀器選擇及標定，設(shè)計原始記錄表）。 2.2

3、構(gòu)件設(shè)計 梁長1.5米，橫截面100mm200mm，混凝土等級C20，梁縱筋為二級Q335鋼筋，直徑16mm兩根，架立筋直徑8mm兩根，箍筋6150mm。 2.3荷載裝置與加載程序 構(gòu)件配筋圖：見圖1； 加載圖式：見圖2； 加載裝置：見圖3； 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 加載程序（荷載譜）：見圖4； 121 1 2 11-12-2圖1 構(gòu)件配筋圖 圖2 加載圖示 兩點對稱加載試驗裝置第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 圖3 加載裝置 圖4 加載程序（荷載譜） 2.4觀測點布置與編號 鋼筋應變片粘貼布置圖及編號：見圖5； 混凝土應變片粘貼布置圖及編號：

4、見圖6； 位移傳感器布置圖及編號：見圖 7 圖5 鋼筋應變片布置及編號圖 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 圖6 混凝土應變片布置及編號 圖7 位移計布置圖 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 3試驗準備 3.1構(gòu)件制作與養(yǎng)護 于2012年12月在學院實驗車間澆筑養(yǎng)護成型。按照鋼筋混凝土簡支梁靜力加載試驗大綱（少筋破壞）進行鋼筋綁扎、鋼筋應變片布置及粘貼，以及混凝土澆筑和養(yǎng)護。并預留混凝土強度及材性常數(shù)的測定的標準試件。 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 3.2輔助試驗 混凝土強度取C20計算。 實驗使用組件表 表1 本組試驗設(shè)計到的加

5、載組件有：a圓棒滾軸、b滾軸槽、c千斤頂、d傳感器、e分配梁，總質(zhì)量為67.5Kg，總重量為0.662kN。 混凝土梁尺寸1500100200mm，自重取25kN/m，計算得梁自重為0.75kN，折算為線荷載則q0.5kN/m，在荷載計算時第一級荷載應取自重與加載組件的總和。 3.3儀器準備與標定 （荷載傳感器標定 位移傳感器標定） 本組選用荷載（或力）傳感器量程為20t，該傳感器為應變電測式傳感器，即將力通過彈性元件轉(zhuǎn)化為應變電阻輸出，結(jié)合靜態(tài)應變議進行測試，輸出量為應變，使用時應標定力與應變對應曲線，以便準確測試。 荷載傳感器標定表 表2 3 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)

6、新課程 位移傳感器標定：其中3號和5號的靈敏度系數(shù)為400，即400微應變對應1個毫米； 1號、2號和4號的靈敏度系數(shù)為200，即200微應變對應1個毫米。 3.4構(gòu)件就位 畫線、支座定位、千斤頂定位（實際尺寸） 3.5混凝土應變片粘貼 應變片粘貼位置、編號、與靜態(tài)應變儀器通道對應情況 繪制測點布置圖并編號、繪制與靜態(tài)應變儀器通道對應表 表 3 注：H指混凝土，G指鋼筋，V指位移計，指未布置測點。 3.6撓度測點布置 撓度測點布置圖：見圖7，位移計的布置。 4試驗實施 4.1原始記錄及異常情況處理 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 測點編號變更:實驗中無測點變更情況； 測點

7、損壞情況：鋼筋上的測點7號和11號損壞； 斷電情況：整個實驗過程中無斷電情況； 位移計晃動:5號位移計在加載過程中出現(xiàn)了輕微的晃動； 意外情況發(fā)生：由于實驗加載裝置在加載前準備不夠全面，所以在正式加載到達第三級時出現(xiàn)了無法繼續(xù)加載的情況，之后在實驗老師的指導及處理下解決了問題。 4.2裂縫描繪 確定第一批裂縫所對應的位置、荷載、時間，繪制裂縫展開圖 裂縫發(fā)展圖：見圖8 裂縫展開圖：見圖9 圖8 裂縫發(fā)展圖 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 圖9 裂縫展開圖 5試驗分析與結(jié)果 5.1開裂荷載、承載能力確定 開裂彎矩Mcr 極限彎矩為Mu 自重作用下的彎矩計算： 混凝土梁尺寸1

8、500100200mm，自重取25kN/m，計算得梁自重為0.75kN，折算為線荷載則q0.5kN/m，在荷載計算時第一級荷載應取自重與加載組件的總和。 計算q、P1和P2作用下各個觀測截面在各級荷載作用下的彎矩值。 3 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 q=0.5kN/m 圖10 自重作用梁計算簡圖 圖11 附加荷載計算簡圖 開裂荷載的確定 =0.76 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 開裂彎矩: 極限荷載的確定 取b=100mm，h0=175mm 由斜截面抗剪計算公式： 其中： = 梁自重與組件自重引起的彎矩作為第一級荷載，所產(chǎn)生的響應（內(nèi)力、應力應

9、變、撓度）線性反算給結(jié)構(gòu)上。 預加載階段鋼筋應變與荷載關(guān)系表 表 4 預加載階段混凝土應變與荷載關(guān)系表 表 5 預加載階段混凝土梁截面撓度與荷載關(guān)系表 表 6 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 5.2各截面應力應變分析 正式加載階段鋼筋應力應變與荷載關(guān)系表 表 7 正式加載階段混凝土應變與荷載關(guān)系表 表 8 注:表中“/”表示數(shù)據(jù)溢出。 正式加載階段混凝土梁截面撓度與荷載關(guān)系表 表 9 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 分析：隨著荷載的增加混凝土的應變逐漸增大，測點E處的應變值也增大，但當荷載達到13.49KN時，混凝土應變隨荷載的變化較為顯著?？梢缘贸?/p>

10、當荷載達到開裂荷載以后混凝土形變十分迅速，這也是混凝土退出工作，全部應力由鋼筋承擔的主要體現(xiàn)。 分析：隨荷載的逐漸增大，混凝土的應變也增大，當荷載值達到53.96KN時，混凝土應變變化迅速。由此可見，該測點處混凝土較測點E處的混凝土裂縫出現(xiàn)的晚，這也可以說明主裂縫一般是最先出現(xiàn)并且迅速發(fā)展的。 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 繪制鋼筋應變（應力）變化曲線 分析：由圖可以明顯看出，當荷載加到13.49KN時，鋼筋應力明顯增加，由此可以說明開裂荷載為Pcr=13.49KN。當荷載達到開裂荷載后，混凝土全部退出工作，全部荷載由鋼筋承擔，所以鋼筋的應變會迅速增加，出現(xiàn)了圖中鋼筋應

11、變急劇增長的現(xiàn)象。 5.3撓度曲線及發(fā)展過程 最大撓度隨各級荷載增長的關(guān)系曲線 各級荷載下?lián)锨€回歸方程 （自重及組件自重下的撓度按測試結(jié)果線性反算累加在測試值上） 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 上圖所示為跨中撓度隨荷載變化的曲線。 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 分析：由可明顯看出1#和2#位移計所在梁的兩端有下沉，其中1#位移計所在的這端下沉比較明顯，跨中的撓度最大，并且撓度最大時達到了12mm。 5.4裂縫描繪與發(fā)展過程 裂縫發(fā)展圖與展開圖繪制 第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 圖 12 圖 13 第五組 斜截面剪壓破壞

12、蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 實驗裂縫發(fā)展照片 總結(jié)各類破壞形態(tài)梁的裂縫特點 我組做的是斜截面剪壓的實驗，其裂縫發(fā)展的主要特征是：在荷載作用下，首先在剪跨區(qū)出現(xiàn)數(shù)條短的晚剪斜裂縫，但是兩端剪跨區(qū)裂縫出現(xiàn)的時間及裂縫的寬度是有很大區(qū)別的。主要表現(xiàn)在梁南端剪跨區(qū)裂縫出現(xiàn)較早，并且裂縫寬度較另一側(cè)寬。究其原因主要有以下兩點：原因一，由于混凝土在澆筑過程中兩端的密實度有所差異；原因二，由于加載裝置安裝不夠精確，兩點加載的裝置使得分配在梁兩加載點的荷載大小不同。 隨著荷載的增加，出現(xiàn)了一條延伸最長，開展最寬的裂縫，稱其為主裂縫。逐漸的主裂縫開始貫通，隨著其它裂縫也逐漸開展。梁的下邊緣也出現(xiàn)許多短而細的裂

13、縫，這些裂縫的長度和寬度大致基本相同，且裂縫分布很規(guī)律，裂縫間的寬度基本接近。 5.5鋼筋混凝土簡支梁破壞類型判別 鋼筋屈服，剪壓區(qū)混凝土被壓碎，為鋼筋混凝土梁斜截面的剪壓破壞。 6理論與實測分析比較 6.1開裂荷載比較 通過計算得開裂荷載： 實測的開裂荷載： 3.49KN 通過比較可得：通過理論計算得到的開裂荷載與實驗實際測得的開裂荷載較為相近，并且理論計算值略小于實測值，這也符合結(jié)構(gòu)設(shè)計的準則，對結(jié)構(gòu)來說具有一定的安全儲備，從而保證了結(jié)構(gòu)的安全性。 6.2極限荷載比較 通過計算得到極限荷載： 實測的極限荷載： 通過比較可得：理論值與實測值較為相近，并且實測值略小于理論值，通過計算可得其相對

14、誤差值為7.19%。但實測值小于理論值得原因可能是： 鋼筋骨架的綁扎和混凝土的澆筑過程中出現(xiàn)了誤差，影響了梁的整體的承載能力。 由于此次試驗的加載裝置中的分配梁是臨時找的槽鋼，以及加載裝置安裝時出現(xiàn)的誤差，影響了梁的整體承載能力。以至于出現(xiàn)了試驗過程中梁的一端破壞比較嚴重，而另一側(cè)卻無明顯的破壞跡象，只有很細的并且很疏散的幾條裂縫。這也可能是造成此次試第五組 斜截面剪壓破壞 蘭州理工大學土木學院創(chuàng)新課程 驗中實測的極限荷載小于理論極限荷載最主要的原因。 6.4撓度比較 試驗中標準荷載26.98kN作用下跨中的實測撓度值為：7.655mm。 而通過理論計算可得在標準荷載26.98KN作用下跨中的撓度理論值為： 梁的抗彎剛度EI=1.33 于是跨中撓度值 7結(jié)論 給出主要結(jié)論： 通過試驗測得的數(shù)據(jù)，不管是開裂荷載還是極限荷載，其理論值與實測值得差距并不是喝的，并且相對誤差都控制在了10%以內(nèi)。但是出現(xiàn)了實測的極限值小于理論計算實測值得現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因已在上面作了簡要的分析，此處不再敘述。 這次的實驗，經(jīng)歷了實驗方案的確定，實驗方案的設(shè)計，實驗的前期準備工作（實驗用品的購買），鋼筋應變片的粘貼，試件的澆筑，試件的養(yǎng)護，混凝土應變片的粘貼，實驗加載記錄裝置的準備，正式實驗過程，數(shù)據(jù)處理階段以及撰寫實驗報告的過程。這一