綜合性實踐環(huán)節(jié)試驗設(shè)計.docx

1、1.正截面受彎構(gòu)件 適筋梁的受彎破壞 試驗設(shè)計 。1.試驗?zāi)康模海?）通過實踐掌握試件的設(shè)計、實驗結(jié)果整理的方法。（2）加深對混凝土基本構(gòu)建受力性能的理解。（3）更直觀的了解適筋梁受彎破壞形態(tài)及裂縫發(fā)展情況。（4）驗證適筋梁破壞 過程中的平截面假定。（5）對比實驗值與計算理論值，從而更好地掌握設(shè)計的原理。2.試件設(shè)計：（1）試件設(shè)計的依據(jù)根據(jù)梁正截面受 壓區(qū)相對高度 和界限受 壓區(qū)相對高度 b 的比較可以判斷出受彎構(gòu)件的 類型：當(dāng) b 時，為適筋梁；當(dāng) b 時，為超筋梁。界限受壓區(qū)相對高度 b 可按下式 計算：b0.8f y10.0033Esbb1 fcf y在設(shè)計時，如果考慮配筋率，則需要確

2、保其中在進行受彎試件梁設(shè)計時，f y 、Es 分別取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉 強度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量；進行受彎試件梁加 載設(shè)計時，f y 、Es 分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服 強度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量。同時，為了防止出 現(xiàn)少筋破壞，需要控制梁受拉鋼筋配筋率大于適筋構(gòu)件的最小配筋率min ，其中min 可按下式 計算：min0.45f tf y（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：bhl1802502200mm； 混凝土強度等級：C35； 縱向受拉鋼筋的種類：HRB400； 箍筋的種 類：HPB300（純彎段無箍筋）； 縱向鋼筋混凝土保 護層厚度：25mm；綜上所述，試件的配筋情況

3、 見圖 3 和表 1：圖3 梁受彎實驗試件配筋表 1試試配筋情況預(yù)估荷載 P (kN)件件特征編PcryuPP號M適4232.1416850(2LA筋梁16107297.2663.629)說明：預(yù)估荷載按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī) 范給定的材料 強度標(biāo)準(zhǔn)值計算，未計試件梁和分配梁的自重。3.試驗裝置：圖 1 為本方案進行梁受彎性能 試驗采用的加 載裝置，加載設(shè)備為千斤頂。采用兩點集中力加 載，以便于在跨中形成 純彎段。并且由千斤頂及反力梁施加 壓力，分配梁分配荷載，壓力傳感器測定荷載值。梁受彎性能 試驗中，采用三分點加載方案，取 L 2200mm ，a 100mm ，b700mm ，c600mm 。圖

4、 2.a為加載簡圖，此時千斤頂加力為 P ，經(jīng)過分配梁后，可視為兩個大小 為 P / 2 的集中荷 載分別作用于圖示位置。圖 2.b 為荷載作用下的彎矩 圖。由此圖可知，純彎段的彎矩最大，M 0.35P .圖 2.c 為荷載作用下的剪力 圖。1試驗 梁；2滾動鉸 支座；3固定 鉸支座；4支墩；5分配梁滾動鉸支座；6分配梁 滾動鉸 支座；7集中力下的 墊板；8分配梁；9反力梁及龍門架；10千斤頂；圖 1梁受彎試驗裝置圖（a）加載簡圖 （kN, mm ）（b）彎矩圖（kNmm ）（c）剪力圖（kNmm ）圖 2梁受彎試驗加載和內(nèi)力 簡圖4.加載方式：（1）單調(diào)分級加載機制：梁受彎試驗采取單調(diào)分級加

5、載，每次加載時間間 隔為 15 分鐘。在正式加 載前，為檢查儀 器儀表讀數(shù)是否正常，需要 預(yù)加載，預(yù)加載所用的荷載是分級荷載的前兩級。具體加載過程為： 在加載到開裂荷 載計算值的 90%以前，每級荷載不宜大于開裂荷 載計算值得 20% 達(dá)到開裂荷 載計算值的 90%以后，每級荷載不宜大于其荷 載值的 5%； 當(dāng)試件開裂后，每級荷載值取 10%的承載力試驗荷載計算值的級距； 當(dāng)加載達(dá)到縱向受拉鋼筋屈服后，按跨中位移控制加載，加載的級距為鋼筋屈服工況 對應(yīng)的跨中位移； 加載到臨近破壞前，拆除所有 儀表，然后加載至破壞。（2）開裂荷載實測值 確定方法：對于本次 試驗，采用放大鏡觀測法確定開裂荷 載實

6、測值 。具體過程：用放大倍率不低于四倍的放大 鏡觀察裂縫的出現(xiàn)；當(dāng)加載過程中第一次出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)取前一級荷載作為開裂荷載實測值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內(nèi)第一次出 現(xiàn)裂縫時，應(yīng)取本級荷載值與前一級荷載的平均值作為開裂荷載實測值 ；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結(jié) 束后第一次出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)取本次荷 載值作為開裂荷載實測值 。（3）承載力極限狀 態(tài)確定方法：對梁試件進行受彎承 載力試驗時，在加載或持載過程中出現(xiàn)下列標(biāo)記即可認(rèn)為該結(jié) 構(gòu)構(gòu)件已 經(jīng)達(dá)到或超 過承載力極限狀 態(tài)，即可停止加載：受拉主鋼筋拉斷；受拉主鋼筋處最大垂直裂 縫寬度達(dá)到撓度達(dá)到跨度的 1/30；受壓區(qū)混凝土 壓壞。1.5mm；5.試驗測 量

7、內(nèi)容、方法和測點儀表布置：（1）混凝土平均 應(yīng)變在梁跨中一 側(cè)面布置 5 個位移 計，位移計間距 50mm，標(biāo)距為150mm，以量測梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均 應(yīng)變分布規(guī)律，測點布置見圖 4。圖 4 梁受彎試驗混凝土平均 應(yīng)變測點布置（2）縱向鋼筋應(yīng)變在試件縱向受拉鋼筋中部粘 貼電阻應(yīng)變片，以量測加載過程中鋼筋的應(yīng)力變化，測點布置見圖 5。圖 5 縱筋應(yīng)變片布置（3）撓度對受彎構(gòu)件的 撓度測點應(yīng)布置在構(gòu)件跨中或 撓度最大的部位截面的中 軸線上，如圖 6 所示。在試驗加載前，應(yīng)在沒有外荷 載的條件下測讀儀表的初始 讀數(shù)。試驗時在每級荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷 載持續(xù)試件結(jié)束時量測構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)

8、件各部位 測點的測度程序在整個試驗過程中宜保持一致，各測點間讀數(shù)時間間隔不宜過長。圖 6 梁受彎試驗撓度測點布置（4）裂縫試驗前將梁兩 側(cè)面用石灰 漿刷白，并繪制 50mm50mm 的網(wǎng)格。試驗時借助放大 鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立即對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況 進行詳細(xì)觀測 ，用讀數(shù)放大 鏡及鋼直尺等工具量 測各級荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂 縫寬度、長度及裂 縫間距，并采用數(shù) 碼相機拍攝后手工繪制裂縫展開圖，裂縫寬度的測量位置為構(gòu)件的側(cè)面相應(yīng)于受拉主筋高度 處。最大裂縫寬 度應(yīng)在使用狀 態(tài)短期試驗荷載值持續(xù) 15min 結(jié)束時進行量測。6.理論極限荷載計算書（1）配筋計算：由所選材料

9、性能可知 :fyk400N / mm2fy360N / mm2f yv270N / mm2fck23.4N / mm2fc16.7N / mm2ftk2.20N / mm2ft1.57N / mm2min0.45ft0.451.57 1.96 10 3fy3600.8bfy10.0033Es=0.523bb1 f c0.523116.70.024f y360h0hcd258217mm2502所以，當(dāng)所配縱筋為 3 14 時，鋼筋面積 As=804mm2;As0.021bh0此時minb所以該梁為適筋梁（2）試件加載估算1.開裂彎矩估算E2.06105s6.540E3.15104E c2E As

10、2 6.548040.234Abh180250M cr0.292(1 2.5A ) ftk bh20.29212.50.2342.20180250211.455kNm2. 屈服彎矩估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的 應(yīng)力為線性分布，因此有：M yf y As ( h0xn / 3)0.9M u3. 極限彎矩估算f yk As4008040.3501 fck bh01 23.4180218Mu1kfckbh 2(1 0.5)0123.418021720.35010.50.35057.270kN mPcrM cr11.455 kN=32.729kN0.350.35PM u57.270k

11、N163.629kNu0.350.35Py0.9Pu147.266kN4. 抗剪驗算梁中箍筋采用上述配置，及850 2 ，此時梁的抗剪能力如下：a700h02173.23=3Asv282 mm2100.53mm24Asv100.532.57103f t1.43 103=180 217min0.24bh0f yvVu ,max 0.25c fc bh00.25 1.0 16.7180 217N163.075kN1.75f t bh0f yvAsvh0144.6kNVus1Vu.maxVuVu144.6kN此時Pcu2Vu289.2kN因為Pcu Pu ，所以該梁出現(xiàn)正截面破壞，符合要求。2. 斜

12、截面受剪構(gòu)件 無腹筋梁斜拉受剪破壞 試驗設(shè)計 。大量試驗結(jié)果表明：無腹筋梁斜截面受剪破壞的形 態(tài)取決于剪跨比的大小，大致有斜拉破壞、剪 壓破壞和斜 壓破壞三種主要破壞形態(tài)。圖 1 畫出了兩個 對稱荷載作用下，=2、1、1 時的主拉應(yīng)力跡線（虛2線）和主壓應(yīng)力跡線（實線）。由圖可見，當(dāng)= 1 時，在集中荷載與支座2反力間形成比 較陡的主 壓應(yīng)力跡線，又由于這時主壓應(yīng)力值比較大，所以破壞主要是由于主 壓應(yīng)力產(chǎn)生，稱為斜壓破壞。當(dāng)=12 時，主壓應(yīng)力跡線與梁縱軸線 的交角接近或小于 45，并且主壓應(yīng) 力值與主拉應(yīng)力值兩者相差不很大，因此，破壞形 態(tài)也就不同。試驗研究表明，無腹筋梁斜截面受剪破壞形 態(tài)

13、主要有以下三種：1、斜拉破壞：當(dāng)剪跨比3 時，發(fā)生斜拉破壞，其破壞特征是 ：斜裂縫一旦出現(xiàn)就迅速延伸到集中荷 載作用點處，使梁沿斜向拉裂成兩部分而突然破壞，破壞面整 齊、無壓碎痕跡，破壞荷載等于或略高于出 現(xiàn)斜裂縫時的荷載。斜拉破壞時由于拉應(yīng)變達(dá)到混凝土極限拉 應(yīng)變而產(chǎn)生的，破壞很突然，屬于脆性破壞 類型。2、剪壓破壞：當(dāng)剪跨比 13時，發(fā)生剪壓破壞，其破壞特征是；彎剪斜裂 縫出現(xiàn)后，荷載仍可以有 較大的增 長。隨荷載的增大，陸續(xù)出現(xiàn)其它彎剪斜裂 縫，其中將形成一條主要的些裂 縫，稱為臨界斜裂縫。隨著荷載的 繼續(xù)增加，臨界斜裂縫上端剩余截面逐 漸縮小，最后臨界斜裂縫上端集中于荷 載作用點附近，

14、混凝土被 壓碎而造成破壞。剪壓破壞主要是由于剩余截面上的混凝土在剪 應(yīng)力、水平壓應(yīng)力以及集中荷載作用點處豎向局部壓應(yīng)力的共同作用而 產(chǎn)生，雖然破壞時沒有像斜拉破壞 時那樣突然，但也屬于脆性破壞 類型。與斜拉破壞相比，剪壓破壞的承 載力要高。3、斜壓破壞：當(dāng)剪跨比很?。ㄒ话?）時，發(fā)生斜壓破壞，其破壞特征是：在荷載作用點與支座 間的梁腹部出 現(xiàn)若干條大致平行的腹剪斜裂縫，隨荷載增加，梁腹部被這些斜裂縫分割成若干斜向受 壓的“短柱體 ”，最后它們沿斜向受 壓破壞，破壞時斜裂縫多而密。斜壓破壞也很突然，屬于脆性破壞 類型，其承載力要比剪 壓破壞高。3.鋼筋混凝土柱 大偏心受 壓構(gòu)件破壞 試驗設(shè)計 。

15、1 試件設(shè)計1.構(gòu)件設(shè)計（1）試件設(shè)計的依據(jù)為減少 “二 階效應(yīng) ”的影響，將 試件設(shè)計為 短柱，即控制 l0/h 5。通過調(diào) 整軸向力的作用位置，即偏心距 e0,使試件的破壞狀 態(tài)為小偏心受 壓破壞。（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：bhl = 124120899mm 混凝土強度等級：C20 縱向鋼筋：對稱配筋 4 12 箍筋： 6100（2） 縱向鋼筋混凝土保 護層厚度：15mm 試件的配筋情況（如下頁圖所示） 4雙向鋼絲網(wǎng) 2片，尺寸 170x903 8503 85011531020056124122200 8500 610002461000721581412150 50 85

16、012020020003 8501-12-25533 8501120 80 4雙向鋼絲網(wǎng) 2片，尺寸 170x90200柱試件立面圖圖 1.3 大偏心受 壓柱配筋圖 取偏心距 e0：100mm2、加載裝置和量 測內(nèi)容1 加載裝置柱偏心受 壓試驗的加載裝置如 圖所示。采用千斤頂加載，支座一端為固定鉸支座，另一端為滾動鉸 支座。鉸支座墊板應(yīng)有足夠的剛度，避免墊板處混凝土局壓破壞。Pe0e0P圖 1.4.1 柱偏心受 壓試驗加載裝置2 加載方式（1）單調(diào)分級加載機制實際的加載等級為 0-10kN-20kN-30kN-40kN-50kN-60kN- 破壞3 量測內(nèi)容（1）混凝土平均應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部

17、縱筋表面和柱混凝土表面上的 應(yīng)變計測 量，混凝土應(yīng)變測點布置如下 圖。063123 400位移計571830 3015 30 15063圖 1.4.3 大偏心受 壓柱試驗混凝土應(yīng)變測點布置（2）縱筋應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部 縱筋表面的 應(yīng)變計量測，鋼筋應(yīng)變測點布置如下圖。5應(yīng)變片共計 8片8333021應(yīng)變片0007共計 8片18120583-33200圖 1.4.3.1 大偏心受 壓柱試驗縱向鋼筋應(yīng)變測點布置（3）側(cè)向撓度柱長度范圍內(nèi)布置 5 個位移計以測量柱側(cè)向撓度，側(cè)向撓度測點布置如下 圖。支桿05位移計 558307位移計 68583位移計 705圖 1.4.3.2 大偏心受 壓柱試驗側(cè)向撓

18、度測點布置（4）裂縫試驗前將柱四面用石灰 漿刷白，并繪制 50mm50mm 的網(wǎng)格。試驗時借助放大 鏡查找裂縫。荷縱向鋼筋應(yīng)變載233333333_14_1 4_2 4_3 4_4 4_5 4_6 4_7 4_80-3-0.661125141459-21-18.992501170161001282641-23-329.984162229264922927451723-46-650.224280348863436344223154-79-980.216372466211349661504425-91-110.04347862562191661832190126-5-11-119.70565382

19、52565218711145224673-6-11-111001409.862810511825105683277383-712-221101321869.8549053461376348205096-924-451481742413.9765869281819074128511-926-561541812493.2327932571879723022414-927-661561812502.73784311418835474020529-28-864、 2.0761581848991321909252076 913 實際實驗515數(shù)據(jù)-1-82-716918504325600.9289192

20、8720601856-1-72-717018103825205.64331930220860844混凝土應(yīng)變側(cè)向撓度1111110_1 0_2 0_3 0_5 0_6 0_7-00-000.010.00.02124-00000.010.00.004.295.301.0786 4- -00000.030.00.181.463.704.1841 8- -0.060.010010.15.615.231.34836-00100.080.02.283.745.75.4796-00200.030.09.37.914.364.7045-01300.050.11.445.099.196.9371-01310.160.05.46.255.838.1541 1- -01510.220.07.456.55.037.5228 1-01620.320.09.555.983.919.1042-02720.310.09.559.009.08