適筋梁試驗(yàn)報(bào)告同濟(jì)大學(xué)

1、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)混凝土構(gòu)件試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱(chēng)適筋梁受彎破壞試驗(yàn)試驗(yàn)日期2015-11-05試件編號(hào)MLA2姓名倪蔭豪學(xué)號(hào)1350871手機(jī)驗(yàn)課教師趙勇基本原理課教師薛偉辰16一 試驗(yàn)?zāi)康?二 試件設(shè)計(jì)32.1設(shè)計(jì)依據(jù)32.2材料和試件尺寸32.3配筋率的檢驗(yàn)42.3.1縱筋配筋率的檢驗(yàn)42.3.2箍筋配筋率的檢驗(yàn)42.4試件加載估算52.4.1開(kāi)裂彎矩估算52.4.2極限彎矩的估算52.4.3屈服彎矩的估算52.5試件的制作6三 材料試驗(yàn)6四 試驗(yàn)過(guò)程84.1 加載裝置84.2 加載制度94.3預(yù)估承載力9五 量測(cè)與觀(guān)察內(nèi)容9

2、5.1荷載95.2縱向鋼筋的應(yīng)變95.3混凝土平均應(yīng)變105.4撓度105.5裂縫11六 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析116.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理116.1.1荷載-撓度關(guān)系曲線(xiàn)116.1.2荷載-曲率關(guān)系曲線(xiàn)126.1.3 荷載-縱筋應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)146.2承載力分析156.2.1 正截面承載力分析156.2.2斜截面承載力分析151 試驗(yàn)?zāi)康模?）觀(guān)察并掌握適筋梁受彎破壞的力學(xué)行為和破壞模式；（2）掌握構(gòu)件加載過(guò)程中裂縫和其他現(xiàn)象的描述和記錄方法；（3）掌握對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析方法；（4）學(xué)會(huì)利用數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象，尤其是與理論預(yù)期有較大偏差的現(xiàn)象；（5） 通過(guò)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程，加深對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)適

3、筋梁構(gòu)件受彎性能的理解。2 試件設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)依據(jù) 緊扣試驗(yàn)?zāi)康模m筋梁的受彎破壞。設(shè)計(jì)的試件必須保證是一個(gè)適筋梁，并且破壞時(shí)必須是受彎破壞而不能是其他類(lèi)型的破壞。2.2材料和試件尺寸試件主要參數(shù)：（1）鋼筋：縱筋HRB335、箍筋HPB235 （2）混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20 （3）試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1800mm（4）縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：15mm配筋情況見(jiàn)下表：受拉鋼筋2fi14受壓鋼筋2fi10箍筋Fi850(純彎段無(wú)箍筋）2.3配筋率的檢驗(yàn)2.3.1縱筋配筋率的檢驗(yàn)滿(mǎn)足適筋梁的要求。2.3.2箍筋配筋率的檢驗(yàn) 采用公

4、式進(jìn)行計(jì)算。 代入，可得：由4.1節(jié)中的剪力圖可知，只要荷載不超過(guò)226kN，受剪段就不會(huì)發(fā)生受剪破壞。2.4試件加載估算 說(shuō)明：預(yù)估荷載按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給定的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，未計(jì)試件梁和分配梁的自重。2.4.1開(kāi)裂彎矩估算 按照公式進(jìn)行計(jì)算。 2.4.2極限彎矩的估算 對(duì)于適筋梁： 2.4.3屈服彎矩的估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時(shí)，壓區(qū)混凝土的應(yīng)力為線(xiàn)性分布，因此有：2.5試件的制作 （1）檢查試模尺寸及角度，在試模內(nèi)表面應(yīng)涂一層礦物油或其他不與混凝土發(fā)生反應(yīng)的脫模劑； （2）取樣拌制的混凝土，至少用鐵鍬來(lái)回拌和三次至均勻； （3）現(xiàn)場(chǎng)平板振動(dòng)現(xiàn)澆混凝土，將拌合物一次裝入試

5、模，裝料時(shí)應(yīng)用抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試?？?。刮涂試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝時(shí)，用抹刀抹平； （4）將試件小心平穩(wěn)移入溫度20±0.5的房間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)； （5）28天后，將試件小心脫模，待用，完成試件制作。3 材料試驗(yàn)本次材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：試塊留設(shè)時(shí)間：2015年10月11日試塊試驗(yàn)時(shí)間： 2015年12月3日試塊養(yǎng)護(hù)條件：與試件同條件養(yǎng)護(hù)試件尺寸150mm×150mm×300mm實(shí)測(cè)軸心抗壓荷載/kN平均軸心抗壓強(qiáng)度/MPa推定立方體抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗拉強(qiáng)度/MPa推定彈性模量/GPa557.925.533.62.730.95

6、52.3548.5583.5575.6584.4注：軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2010推定。鋼筋強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果公稱(chēng)直徑/mm屈服荷載/kN極限荷載/kN屈服強(qiáng)度平均值/MPa極限強(qiáng)度平均值/MPa試件平均試件平均6光圓11.611.316.015.740055611.215.611.215.68光圓19.018.523.222.936845618.422.418.023.210光圓282740373444762532284010帶肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312帶肋6062

7、71735486466374627314帶肋686991924485987494669018帶肋15414516216457064515216412816522帶肋1621602002004215261582001602004 試驗(yàn)過(guò)程4.1 加載裝置圖2為進(jìn)行梁受彎性能試驗(yàn)采用的加載裝置，加載設(shè)備為千斤頂。采用兩點(diǎn)集中力加載，在跨中形成純彎段，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(cè)定荷載值。梁受彎性能試驗(yàn)，取L=1800mm，a=150mm，b=500mm，c=500mm。1試驗(yàn)梁；2滾動(dòng)鉸支座；3固定鉸支座；4支墩；5分配梁滾動(dòng)鉸支座；6分配梁滾動(dòng)鉸支座；7集中力下的墊板；

8、8分配梁；9反力梁及龍門(mén)架；10千斤頂；圖2 梁受彎試驗(yàn)裝置圖加載簡(jiǎn)圖、彎矩剪力圖如圖3所示：圖3 加載簡(jiǎn)圖、彎矩剪力圖4.2 加載制度 采用單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制，加載分級(jí)情況為：在加載到開(kāi)裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90%之前，每級(jí)荷載不宜大于開(kāi)裂荷載計(jì)算值的20%；達(dá)到開(kāi)裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90%之后，每級(jí)荷載值不宜大于其荷載值的5%；當(dāng)試件開(kāi)裂后，每級(jí)荷載取10%的承載力試驗(yàn)荷載計(jì)算值（Pu）的級(jí)距；加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞，記錄破壞荷載。 承載力極限狀態(tài)確定方法：受拉主鋼筋拉斷；受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm；受壓區(qū)混凝土壓壞；撓度達(dá)到跨度的1/30。4.3預(yù)估承載力

9、根據(jù)之前計(jì)算的預(yù)估彎矩值結(jié)合，且L=1.2m，可得到開(kāi)裂荷載，屈服荷載以及極限荷載依次為：5 量測(cè)與觀(guān)察內(nèi)容5.1荷載 通過(guò)千斤頂施加到梁上的荷載，可以通過(guò)設(shè)置在加荷裝置上的力傳感器測(cè)得。5.2縱向鋼筋的應(yīng)變 在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片，以量測(cè)加載過(guò)程中的鋼筋應(yīng)力變化，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)下圖。5.3混凝土平均應(yīng)變 在梁跨中一側(cè)面布置4個(gè)位移計(jì)，從上至下間距分別為55,60,55mm。位移計(jì)標(biāo)距為150mm，以量測(cè)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(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)下圖。5.4撓度 對(duì)受彎構(gòu)件的撓度測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在構(gòu)件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線(xiàn)上，在試驗(yàn)加載前，應(yīng)在沒(méi)有外荷載的條件下測(cè)讀儀

10、表的初始讀數(shù)。試驗(yàn)時(shí)在每級(jí)荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結(jié)束時(shí)量測(cè)構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位測(cè)點(diǎn)的測(cè)度程序在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中宜保持一致，各測(cè)點(diǎn)間讀數(shù)時(shí)間間隔不宜過(guò)長(zhǎng)。 5.5裂縫 試驗(yàn)前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開(kāi)裂后立即對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀(guān)測(cè)，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測(cè)各級(jí)荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長(zhǎng)度及裂縫間距，并采用數(shù)碼相機(jī)拍攝后手工繪制裂縫展開(kāi)圖，裂縫寬度的測(cè)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(yàn)荷載值持續(xù)15min結(jié)束時(shí)進(jìn)行量測(cè)。裂縫發(fā)展及破壞

11、形態(tài)：試驗(yàn)前，試件尺寸b×h×l120×200×1800mm，跨度1600mm，無(wú)肉眼可見(jiàn)的裂縫和損傷。荷載較小時(shí)，也無(wú)明顯裂縫發(fā)展。荷載加到15kN時(shí)，集中荷載作用截面下緣已經(jīng)產(chǎn)生裂縫，如圖。后來(lái)裂縫逐漸擴(kuò)，裂縫截面混凝土承受的拉力全部傳給鋼筋，鋼筋拉應(yīng)力激增，直到發(fā)生屈服。 加載到接近100kN時(shí)，裂縫發(fā)展至梁頂部導(dǎo)致最終破壞。破壞形態(tài)如下圖，裂縫圖見(jiàn)附錄。6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析6.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理6.1.1荷載-撓度關(guān)系曲線(xiàn) 確定簡(jiǎn)支構(gòu)件在各級(jí)荷載下的短期撓度實(shí)測(cè)值，本應(yīng)該考慮支座沉降，自重的影響，但是，自重的影響在實(shí)驗(yàn)中被沒(méi)有記錄，因此只考慮支座沉

12、降的影響。 fs,i=fq,i=fm,i-0.5 * (fl,i+fr,j)說(shuō)明：fm,i 位移計(jì)6所測(cè)數(shù)據(jù) fl,i 位移計(jì)5所測(cè)數(shù)據(jù) fr,i 位移計(jì)7所測(cè)數(shù)據(jù) 由以上公式可得荷載-撓度關(guān)系曲線(xiàn)， 從上圖可以看出，撓度隨荷載的變化大體可以分為三個(gè)階段。 第一階段是直線(xiàn)階段（彈性階段），荷載和撓度成正比，這一階段中混凝土沒(méi)有開(kāi)裂現(xiàn)象。當(dāng)?shù)竭_(dá)開(kāi)裂彎矩時(shí)，曲線(xiàn)的斜率開(kāi)始降低。 第二階段是斜率不斷減小的曲線(xiàn)（帶裂縫工作），裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應(yīng)力激增， 裂縫不斷發(fā)展，構(gòu)件的剛度減小，即荷載撓度曲線(xiàn)的斜率不斷減小。 第三階段是斜向下的曲線(xiàn)（破壞階段），撓度超過(guò)12mm后，隨著繼續(xù)增大千斤頂?shù)膲?/p>

13、力撓度繼續(xù)迅速增加，荷載不再增加，試件完全破壞。6.1.2荷載-曲率關(guān)系曲線(xiàn) 混凝土應(yīng)變與位移計(jì)1，2，3，4存在以下關(guān)系： x是測(cè)得的位移。 實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)位移計(jì)4已損壞，去除4號(hào)位移計(jì)數(shù)據(jù)。(此曲線(xiàn)只取了荷載<69.931kN的數(shù)據(jù)) 由上圖中應(yīng)變3的數(shù)據(jù)可以看出，本構(gòu)件的開(kāi)裂荷載在20kN。（此曲線(xiàn)中應(yīng)變3的數(shù)據(jù)只取了荷載在69.931kN的數(shù)據(jù)，其后應(yīng)變3處混凝土已經(jīng)完全開(kāi)裂。）由以上兩個(gè)曲線(xiàn)圖可以看出，梁下部承受拉力，由于混凝土受壓強(qiáng)于受拉特性，梁底部混凝土率先開(kāi)裂，開(kāi)裂荷載Pcr=20kN,其實(shí)測(cè)值大于預(yù)估值16.2kN。原因是位移計(jì)4損壞，這里測(cè)得開(kāi)裂荷載20kN實(shí)際

14、是位移計(jì)3處混凝土開(kāi)裂的荷載。但此處并不是截面的最下方。根據(jù)實(shí)測(cè)混凝土應(yīng)變，跨中截面平均曲率可按下式計(jì)算：其中，撓度以向下為正，則_i 、_j分別為截面應(yīng)變1和應(yīng)變3兩點(diǎn)的實(shí)測(cè)混凝土平均應(yīng)變，h_ij為該兩點(diǎn)沿梁截面高度方向的實(shí)測(cè)距離，取115mm。實(shí)驗(yàn)梁跨中M-關(guān)系曲線(xiàn)如下：（此曲線(xiàn)中數(shù)據(jù)只取了荷載在69.931kN的數(shù)據(jù)，其后應(yīng)變3處混凝土已經(jīng)完全開(kāi)裂，其數(shù)據(jù)無(wú)意義。） 從圖中可以看出，曲率隨荷載的變化基本呈現(xiàn)2個(gè)階段。第一階段，基本呈線(xiàn)性。第二階段曲率不斷增加而荷載不變?？偟膩?lái)說(shuō)，符合混凝土在受拉或者受壓時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)，即先彈性后屈服的特性。 與理論的荷載-曲率曲線(xiàn)比較： 根據(jù)公式：算的當(dāng)混凝土應(yīng)變?nèi)〔煌禃r(shí)對(duì)應(yīng)的荷載和曲率變化： 將理論的荷載-曲率變化曲線(xiàn)與實(shí)際的相比，雖然曲率變化的數(shù)值范圍不一樣但，是可以發(fā)現(xiàn)走勢(shì)是基本一致的。發(fā)生這種情況可能的原因是試驗(yàn)用的位移傳感器的單位可能不是mm。6.1.3 荷載-縱筋應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn) 從上圖可以看出，縱筋在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)歷了先彈性后屈服的階段。并且當(dāng)壓區(qū)混凝土被壓碎后，縱筋應(yīng)力下降并產(chǎn)生殘余變形。還可以看出在荷載大于20kN后，由于底部混凝土開(kāi)裂無(wú)法承受拉應(yīng)力，拉應(yīng)力完全由鋼筋承擔(dān)，鋼筋應(yīng)變顯著增加。6.2承載力分析 結(jié)合本報(bào)告中2.3節(jié)，2.4節(jié)以及材料試驗(yàn)的