實驗4簡支鋼筋混凝土梁的破壞實驗

1、試驗四 簡支鋼筋混凝土梁的破壞實驗 （綜合設計型實驗）一、 實驗目的：對一個已知的待檢測構件鋼筋混凝土簡支梁進行分析計算，根據其計算結果設計實驗方案并組織整個實驗，然后整理出完整的實驗結果，將實際結果與理論計算值進行比較，判斷該梁是否達到設計要求。通過本試驗，達到了解并掌握一個完整結構實驗過程的目的。二、 試件：本實驗共設計了四種不同配筋率的普通鋼筋混凝土簡支梁，梁的尺寸均為1400×245×150mm，具體鋼筋配置情況見圖1。圖 1 鋼筋配置情況三、 試驗方案：為研究鋼筋混凝土梁的工作性能，主要測定其強度安全度、抗裂度及各級荷載下的撓度和裂縫開展情況，另外就是測量控制區(qū)段

2、的應變大小和變化情況。實驗的具體要求如下：1 根據實測材料強度所對應的標準強度進行理論分析計算(根據圖1所示的加載圖式進行計算)：i. 梁的開裂荷載、極限荷載；ii. 梁在開裂時刻的混凝土的跨中最大拉應變；iii. 梁在開裂及極限荷載下的鋼筋的跨中最大拉應變；iv. 梁在極限荷載下的跨中撓度；v. 梁的破壞過程及破壞形態(tài)。2 根據計算的開裂荷載和破壞荷載，確定加載程序；3 布置應變測點，具體測試內容如下：i 測定鋼筋混凝土梁在純彎段的應力最大截面的應變分布情況；ii 測定彎剪共同作用段的平面應力狀態(tài)下的主應力大小及方向；測定受拉鋼筋應變；iii 測定梁的實際開裂荷載，觀測并記錄裂縫的擴展情況(

3、在各級荷載下的裂縫長度和寬度)；測定梁的破壞荷載，并觀察梁的破壞過程和特征。圖 2 加載模式四、 應變及撓度測點布置原則：測點按照混凝土結構實驗方法標準gb50152-92的規(guī)范要求進行布置。1. 應變測點布置：i. 對于梁的正截面，其彎曲應變測量是實驗的主要內容之一，特別是正負彎矩最大或有突變的截面。為測得截面上應力分布規(guī)律和確定中和軸位置，一般沿截面高度連續(xù)布點，測點數不宜少于5個。測點布置可以等距，也可以不等距。不等距主要是外密里疏，以便測出較大的應變，具有較好的精度，如圖 3所示；ii. 對于梁的斜截面，其主應力和剪應力的大小和方向未知，要測量主應力大小和方向及剪應力時，應布置45&#

4、176;或60°的平面三向應變測點，如圖 4所示；iii. 梁兩面布置的測點要相互對應。2. 撓度測點布置：i. 梁的寬度小于600mm，長度小于6m，應沿構件中軸線上布置不少于3個位移測點；ii. 梁的寬度大于600mm，長度大于6m，應在長度方向適當增加測點，并構件中軸線上布置不少于3個位移測點；iii. 支座處應布置位移測點，用于測量支座下沉量。圖 3 應變片和位移計的布置圖 4 三向應變量測測點布置圖五、 實驗加載程序的確定：根據理論計算的開裂及破壞荷載，并按照混凝土結構實驗方法標準gb50152-92的規(guī)范要求確定加載程序：1 預載：取開裂荷載的70%進行加載，循環(huán)三次，消

5、除結構間的間隙，并在加載的同時觀察各測試儀器是否正常工作，如發(fā)現異常情況，及時排除故障，以保證測試數據的準確。2 采用分級加載，取1kn作為零荷載，然后以破壞荷載的20%為一級進行加載，加至開裂荷載的90%以后，按開裂荷載的10%為一級加載，測定梁的開裂荷載；開裂后按破壞荷載的20%加載，加至90%的破壞荷載之后，按破壞荷載的10%加載，測定梁的破壞荷載；或可以緩慢加載直至結構破壞，當壓力機指示荷載不再增加時即為其破壞荷載。注：實驗開始階段的加載值一般取10的倍數(如10kn、20kn¼¼等)，以便于加載操作，荷載值接近開裂荷載和破壞荷載時可取得較細，使檢測的開裂荷載和破壞

6、荷載值更精確！3 每加一級荷載，穩(wěn)載10分鐘。六、 鋼筋混凝土構件破壞的判定：根據混凝土結構實驗方法標準gb50152-92的規(guī)范要求，在檢測過程中，若觀測到下述標志之一，可判定結構已經破壞，達到或超過了承載力極限狀態(tài)。1. 在荷載不再增加的情況下，由設置在構件受拉主筋處的應變測點測出連續(xù)變化的應變，或受拉主筋的拉應變達到10000me；2. 跨中撓度達到跨度的1/50；3. 受拉主筋處的垂直裂縫寬度達到1.5mm；4. 受剪斜裂縫寬度達到1.5mm，或斜裂縫末段受壓區(qū)混凝土剪壓破壞，或沿斜截面混凝土斜壓破壞；5. 受拉主筋在端部滑脫達0.2mm，或其它錨固破壞；6. 受拉主筋拉斷；7. 受壓

7、區(qū)混凝土被壓壞。七、 鋼筋混凝土梁實際開裂荷載及極限荷載的確定：1. 在加載過程中出現第一條裂縫或破壞標志之一時，取前一級荷載值作為結構構件的開裂荷載或極限荷載的實測值；2. 在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內出現第一條裂縫或破壞標志之一時，取前一級荷載值與本級荷載的平均值作為結構構件的開裂荷載或極限荷載的實測值；3. 在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結束后出現第一條裂縫或破壞標志之一時，取本級荷載值作為結構構件的開裂荷載或極限荷載的實測值；八、 加載設備與測試儀器：1 荷載設備為100kn單作用千斤頂，用分載梁將千斤頂的一個集中荷載分成兩個集中荷載，然后作用到梁上。2 測試設備根據實驗計算結果及設計方案來選用，選用

8、原則如下：i. 測試設備的型號、量程及精度根據計算數據的范圍來選用，選用時應注意計算數據的最大值要小于設備滿量程的70%；ii. 測試設備的數量根據測點的多少確定。3 可選用的設備：i. dh3815n靜態(tài)電阻應變儀；ii. 鋼筋混凝土大變形引伸式測量系統(tǒng)(用于觀測混凝土開裂后受拉區(qū)的平均應變)；iii. 機械百分表、大行程百分表及機電百分表：量程：010mm 030mm 050mm；iv. 裂縫觀測儀（讀數顯微鏡）；v. 應變片（膠基、紙基）。九、 正式實驗：1 根據制訂的實驗方案進行實驗。2 在實驗過程中，每加一級荷載之后，穩(wěn)載10min，當控制斷面儀表(應變儀及百分表)的讀數基本不變化之

9、后，立即讀取所有實驗數據。3 要將實測數據與計算數據進行比較，如發(fā)現數據異常，及時分析原因，進行復測，保證實驗的準確性。特別是在接近開裂荷載及破壞荷載計算值時，要根據控制斷面的實測數據及時調整加載程序，以便準確觀測到結構實際的開裂荷載及破壞荷載。接近開裂荷載計算值時，主要觀測受拉區(qū)混凝土的應變是否接近開裂應變，受拉鋼筋應變是否突然增大。接近破壞荷載計算值時，主要觀測受拉鋼筋應變以及受壓區(qū)混凝土的應變是否接近極限狀態(tài)。4 裂縫觀測：在達到開裂荷載的90%以后，每加一級荷載仔細觀察梁是否有裂縫出現，記錄出現第一根裂縫時的荷載值，并用鉛筆在裂縫的旁邊畫出裂縫形狀在裂縫的末端作一個小標記，注明此時的荷

10、載值，并測量裂縫寬度；隨著荷載的增加，尋找新的裂縫，按上述方法畫出裂縫形狀并注明荷載值，并選取三條較大裂縫寬度，在受拉主筋的位置處用讀數顯微鏡讀取裂縫寬度，并在記錄荷載值位置的旁邊記錄下當前的裂縫寬度。每加一級荷載均要讀取裂縫，每次要求觀測同一裂縫的同一位置。取三條裂縫寬度中的最大值為最大裂縫寬度。5 當荷載值達到破壞荷載計算值的90%后，注意觀察受拉主筋的應變變化情況及梁的裂縫擴展情況，記錄梁的破壞形式。! 注意：加載至破壞荷載計算值的90%后，一定要拆除位移傳感器，以免損壞儀表。6 卸載后，將試件上的裂縫情況繪制下來，包括每條裂縫的形狀、裂縫上標注的荷載值、寬度。十、實驗現象和分析 現象：

11、加載中，首先在跨中出現一條直裂縫（純彎段），隨著荷載增加，裂縫延伸，分載梁下兩端也相繼出現直裂縫，裂縫逐漸加深加寬，當下部鋼筋屈服后，荷載增加很慢，但裂縫發(fā)展很快，直至上部混凝土被壓碎，梁喪失承載力而破壞。分析：由前述理論計算可知，該梁屬于適筋梁，其破壞特征是受力鋼筋先屈服隨后受壓區(qū)混凝土被壓碎，實驗現象與其特征基本一致，但由于梁天氣溫度影響無法保證，僅出現直裂縫，并未在彎剪區(qū)出現斜裂縫。十一、思考題1.從各級荷載下的正截面應變分布圖中可以看出哪些特征？剛開始加載時，截面上的應變沿高度為直線變化，應變圖為三角形。隨著荷載增加，加載至開裂荷載時，受拉區(qū)邊緣纖維應變值達到混凝土的極限拉應變，處于即將開裂狀態(tài)。當受拉區(qū)混凝土開裂后，其應變?yōu)榱?，拉應力由鋼筋提供，鋼筋應變突然增加。荷載再增加，應變不斷增大，受壓區(qū)混凝土應變呈曲線變化。下部鋼筋應變達到極限拉應變后，受壓區(qū)混凝土應變變化速度加快，直至達到極限壓應變而破壞2.在混凝土梁破壞時出現了哪些破壞特征？受拉區(qū)鋼筋，受壓區(qū)鋼筋都達