同濟(jì)大學(xué)混凝土試驗(yàn)梁剪壓破壞試驗(yàn)報(bào)告講訴

1、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)土沖決程爭(zhēng)旣L ENGINEERING梁受剪試驗(yàn)（剪壓破壞）試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱梁受剪試驗(yàn)（剪壓破壞）試驗(yàn)課教師林峰任課教師2014年11月25日1試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)試驗(yàn)學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)混凝土梁的受剪性能(剪壓破壞)，掌握混凝土梁的受剪性能 試驗(yàn)的測(cè)試方法，鞏固課堂知識(shí)，加深對(duì)于斜截面破壞的理解。2試件設(shè)計(jì)2.1材料和試件尺寸試件尺寸(矩形截面)：bx h x |= 120X 200x 1800mm ;混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20;縱向受拉鋼筋的種類：HRB335 ;箍筋的種類：HPB235 ;2.2試件設(shè)計(jì)(1) 試件設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)剪跨比I和彎剪區(qū)箍筋配筋量的調(diào)整，可將試件設(shè)計(jì)為剪壓、斜

2、壓和斜拉破壞，剪壓破 壞的I滿足1 l W。進(jìn)行試件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證梁受彎極限荷載的預(yù)估值比剪極限荷載預(yù)估值大。(2) 試件參數(shù)如表1圖1試件配筋圖表1試件參數(shù)試件尺寸(矩形截面)120 X200X 1800mm下部縱筋2R8上部縱筋2410箍筋06150(2)縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度15mm配筋圖見(jiàn)圖1加載位置距離支座400mm(3) 試件加載估算受彎極限荷載As2Mu =fy As (ho -as)：1 fcbh/：二 fyAiMui = ：ifcbh2 (1-0.5 )pM u = Mu MuiM u - 02PuMPum =105.25kN受剪極限承載力Vu =ftk bho + fyk

3、ho1+1sFUq =2Vu其中，當(dāng)I 3時(shí)，取I =3。FUq =65.98kN可以發(fā)現(xiàn)PuQ Pum，所以試件會(huì)先發(fā)生受剪破壞。具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附錄2.3試件的制作根據(jù)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081-2002規(guī)定， 成型前，試模內(nèi)表面應(yīng)涂一薄層礦物油或其他不與混凝土發(fā)生反應(yīng)的脫模劑。取樣或拌制好的混凝土拌合物，至少用鐵锨再來(lái)回拌合三次。將混凝土拌合物一次裝入試模，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?？?。采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件，應(yīng)在溫度為20 5C的環(huán)境中靜置一晝夜至二晝夜，然后編號(hào)、拆模。拆模后應(yīng)立即放入溫度為202C,相對(duì)濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)

4、，或在溫度為20 2C的不流動(dòng)的氫氧化鈣飽和溶液中養(yǎng)護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28d （從攪拌加水開(kāi)始計(jì)時(shí)）。3.材性試驗(yàn)3.1混凝土材性試驗(yàn)?zāi)翉?qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果試塊留設(shè)時(shí)間：2014年9月25日試塊試驗(yàn)時(shí)間：2014年12月8日試塊養(yǎng)護(hù)條件：與試件同條件養(yǎng)護(hù)試件尺寸150mmK 150mnh 150mm實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度/MPa平均立方體 抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗拉強(qiáng)度/MPa推定 彈性模量/GPa23.422.022.517.11.8926.7522.2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。3.2鋼筋材性試驗(yàn)

5、鋼筋強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限何載/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11.611.316.015.740055611.215.611.215.610帶肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9318帶肋1541451621645706451521641281653試驗(yàn)過(guò)程3.1加載裝置圖2為梁受彎性能試驗(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，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。試驗(yàn)取L=1800mm, a=100mm，b=400mm， c=80

6、0mm。n1 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3.2加載制度單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制：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(jí)荷載 的前1級(jí)。正式分級(jí)加載 /kN : 0t10 t 15 20 25 30 40 50 60 70破壞，在加載到 70kN 時(shí), 拆除所有儀表，然后加載至破壞，并記錄破壞時(shí)的極限荷載。但是本實(shí)驗(yàn)為了更加直觀的觀測(cè)混凝土的應(yīng)變，而且由于先發(fā)生剪壓破壞，所以可以不用拆 掉儀表。3.3量測(cè)與觀測(cè)內(nèi)容3.3.1荷載

7、荷載由壓力傳感器直接測(cè)定，選取數(shù)據(jù)如表2,極限荷載為139.392kN。表2荷載取值表時(shí)間荷載(kN)時(shí)間荷載(kN)2014/11/25 13:49:02014/11/25 14:5290.7822014/11/25 13:59 5.1992014/11/25 14:5297.4672014/11/25 14:069.3262014/11/25 14:52100.0252014/11/25 14:1214.5252014/11/25 14:52105.392014/11/25 14:1419.5592014/11/25 14:52110.4242014/11/25 14:2225.83220

8、14/11/25 14:52115.3762014/11/25 14:37 30.2882014/11/25 14:52119.2552014/11/25 14:4040.2742014/11/25 14:52125.282014/11/25 14:4249.3532014/11/25 14:53131.0572014/11/25 14:4658.8442014/11/25 14:53M35.1832014/11/25 14:5068.6652014/11/25 14:53137.4942014/11/25 14:5275.1842014/11/25 14:53138.3192014/11/2

9、5 14:52 80.1362014/11/25 14:53139.3922014/11/25 14:5285.9963.3.2鋼筋應(yīng)變（1）縱筋應(yīng)變?cè)谠嚰v向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片，以量測(cè)加載過(guò)程中鋼筋的應(yīng)力變化，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn) 圖3。釧筋應(yīng)燮片（貼于鋼;K外削）匚丿丿1700,200,.700*J鋼筋應(yīng)變片4,”JL120J圖3縱筋應(yīng)變片布置由于試驗(yàn)前準(zhǔn)備不充分，不能夠分清應(yīng)變片，只能通過(guò)平均應(yīng)變來(lái)觀測(cè)鋼筋在實(shí)驗(yàn)中的變化 情況。（2）箍筋應(yīng)變箍筋的鋼筋應(yīng)變片布置見(jiàn)圖4,應(yīng)變片與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3。圖4箍筋應(yīng)變片布置表3箍筋應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)編號(hào)78910111243-843-943-1029-1

10、（壞）19-229-33.3.3混凝土應(yīng)變混凝土應(yīng)變由布置混凝土表面上的4個(gè)位移計(jì)量測(cè)，位移計(jì)間距40mm，標(biāo)距為150mm，混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖5，位移計(jì)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表4。O計(jì)2檢務(wù)計(jì)41000圖5混凝土應(yīng)變計(jì)布置表4混凝土應(yīng)變計(jì)測(cè)點(diǎn)編號(hào)123446-946-246-346-43.3.4撓度撓度由梁跨度范圍內(nèi)布置3個(gè)位移計(jì)量測(cè)。短期跨中撓度實(shí)測(cè)值可以按照公式1Mf5 -2 f6f7fb0直接得出。側(cè)向擾度測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖6,位移計(jì)對(duì)應(yīng)通道見(jiàn)表J位移計(jì)6位移計(jì)了 j世移計(jì)5n900gMb圖6撓度測(cè)點(diǎn)布置表5撓度位移計(jì)測(cè)點(diǎn)編號(hào)56746-846-646-73.3.5裂縫實(shí)驗(yàn)前將柱四面用石灰漿刷

11、白，并繪制50mm X50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助手電筒用肉眼查找裂縫并且用鉛筆標(biāo)記出裂縫的位置、標(biāo)號(hào)。之后對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)，用讀數(shù) 放大鏡測(cè)量各級(jí)荷載作用下的裂縫寬度、長(zhǎng)度及裂縫間距，并用相機(jī)拍攝后手動(dòng)繪制裂縫展開(kāi)圖。3.4裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)(1) 實(shí)驗(yàn)前構(gòu)件初始狀態(tài)經(jīng)過(guò)觀察構(gòu)件初始狀態(tài)良好，肉眼觀測(cè)沒(méi)有初始裂縫。(2) 各級(jí)荷載作用下構(gòu)件裂縫發(fā)展情況(0 t 20kN)當(dāng)荷載較小時(shí)，很難用肉眼觀測(cè)到裂縫。(20kN t 70kN )梁的下表面首先出現(xiàn)垂直裂縫，數(shù)量較少而且裂縫很短、寬度也比較小。隨 著荷載的增加，裂縫的條數(shù)在逐漸增加而且不斷的向受壓區(qū)發(fā)展，并且梁的支座附近出現(xiàn)

12、多條斜 裂縫。(70kN t l30kN )兩個(gè)支座附近的斜裂縫繼續(xù)向受力點(diǎn)延伸，寬度不斷加大，條數(shù)增多，在 接近130kN時(shí)一側(cè)形成一條寬度長(zhǎng)度最大的臨界裂縫貫通整個(gè)梁，剪壓區(qū)被壓碎，繼續(xù)加荷載但是壓力傳感器數(shù)值不增反降，此時(shí)混凝土梁已經(jīng)破壞。(3) 破壞情況如圖7,裂縫展開(kāi)圖見(jiàn)附錄三。背面圖7構(gòu)件破壞情況圖4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析原始數(shù)據(jù)整理見(jiàn)附錄二，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理如下:4.1荷載-撓度關(guān)系荷載詵度曲線撓度圖8荷載-撓度曲線圖4.2荷載-曲率關(guān)系荷載-曲率曲線|011111-0.00200.0020.0040.00&0.008曲率(1000000/mm)圖9荷載-曲率曲線圖猜測(cè)是由于位移計(jì)在安

13、裝時(shí)帶有一定的位移量造成曲率的初始值為負(fù)值，分析時(shí)可以不考慮OkN和5kN時(shí)的情況。4.3荷載-縱筋平均應(yīng)變關(guān)系荷載-下部縱筋應(yīng)變縱筋平均應(yīng)變圖10荷載-縱筋平均應(yīng)變曲線圖4.4荷載-箍筋應(yīng)變關(guān)系荷載-箍筋應(yīng)變, 中ILIJII-10000100020003000400050006000圖11荷載-箍筋應(yīng)變曲線圖從圖中可以看出，在荷載較小的時(shí)候斜裂縫還沒(méi)有發(fā)展，箍筋基本沒(méi)有應(yīng)變，但是隨著斜裂 縫的發(fā)展，斜裂縫穿過(guò)的箍筋應(yīng)變迅速增大，也就意味著其所受應(yīng)力在加大，限制斜裂縫的發(fā)展。但是同時(shí)，位于斜裂縫端點(diǎn)的箍筋卻幾乎不怎么受力。4.5承載力分析正截面承載力計(jì)算:h0 二 h c d = 205 1

14、5 18 = 181mm 2 22 2As =2 3.14 9 -508.68mm2 2As =2 3.14 5 =157mmas =15 18/2 =24mm,as =15 10/2=20mmF F2As2 = As fy / fy = 157 506570 = 139.37mm2As1 = As -As2 =508.68 -139.37 = 369.31mmMu = fy As(h0 -as) =506 157 (181 -20) = 12.8kN m0.80.810.0033 Es5700.0033 2 105= 0.43：1 fcbX = fyAs1bh0 =77.83mm : x =

15、102.59mm按照超筋計(jì)算0.8-fy,1fcbh。sAs1b -0.8= 0.48Mu1fcbh02 (1-0.5 ) =1 17.1 120 1812 0.48 (1 0.5 0.48) = 24.52kN mM u1 = M u1 M u = 24.52 12.8 二 37.32kN mFUM 二Mu /0.2 =186.6kN1.5 ：= 400 =2.27 ：31762仏=2 3.14 31 75W ftbhc亠1FUq =2V2=56.52mm斜截面承載力計(jì)算:fyjAsvh01.89 120 181 400181 = 49.27kNy s 2.27 1150FUQ =98.54

16、kN實(shí)測(cè)極限抗剪承載力為 139.392kN,比理論值高出40%左右，推測(cè)造成差距的原因?yàn)椋海?） 無(wú)論是計(jì)算抗彎承載力還是抗剪承載力的計(jì)算模式都偏于安全的，而且在接近70kN的 時(shí)候裂縫已經(jīng)變得很明顯，此時(shí)的梁可能考慮到已經(jīng)不能滿足使用要求了。（2） 混凝土材料的性質(zhì)不穩(wěn)定，養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò)28天都可能造成混凝土的強(qiáng)度變大，致使其 承載能力提高。（3）由于現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有實(shí)際測(cè)量構(gòu)件的尺寸，可能在試件的制作過(guò)程中試件的尺寸大于原來(lái)設(shè) 計(jì)的尺寸，使其承載能力提高。5結(jié)論本次試驗(yàn)向我們展示了適筋梁剪壓破壞的全過(guò)程，從破壞形態(tài)上來(lái)看這次試驗(yàn)時(shí)比較成功 的。我們了解到了剪壓破壞的特點(diǎn)。剪壓破壞的斜裂縫會(huì)不斷向集

17、中荷載作用點(diǎn)延伸，且寬度不 斷增大，形成一條寬度和長(zhǎng)度最大的臨界裂縫指向荷載作用點(diǎn)，最終剪壓區(qū)混凝土被壓碎，梁發(fā) 生斜截面破壞。同時(shí)通過(guò)對(duì)箍筋的觀察，可以看到箍筋只有在斜裂縫產(chǎn)生的時(shí)候才能發(fā)揮作用，限制斜裂縫 的繼續(xù)發(fā)展。而且只有斜裂縫穿過(guò)的箍筋才能發(fā)揮限制作用，這對(duì)我關(guān)于斜截面計(jì)算截面的選取 有了更加深刻的理解。附錄一試件設(shè)計(jì)承載力估算d18h0 二 h-c 200 -15176mm22A, =2 3.14 92 =508.68mm2r 2 2A =2 3.14 52 =157mm2Fas =15 18/2 = 24mm, as =15 10/2=20mmF F2 人2 =As fy / f

18、y =157 300 亠 300 = 157mm碼=As -As2 =508.68 -157 =351.68mm2Mu 二 As fy (h0 -as ) =300 157 (176 - 20) = 7.35kN m0.80.8fy0.0033Es30050.0033 2 10= 0.55：1 fcbX = fyAs1Mu fcbx(h0 -0.5x)F2as = 40mm ： x =91.58mm ： bh0 =96.8mmMu1=1 9.6 120 91.58 (176 -0.5 91.58) =13.7kN mM u = M u1 M u =13.7 7.35 二 21.05kN mFu

19、M =Mu/0.2 =105.25kN1.5、400176= 2.27 ： 3Av =2 3.14 3 -56.52mm21.75Asv1.7556.52Vuftkbh。fyk0h1.54 120 176 235176=32.99kN1y s 2.27 1150Rq =2VuRq =65.98kN附錄二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 荷載（kN）撓度（mr）i曲率（lO/mm縱筋平均應(yīng)變00.0085-0.001435.55.199-0.2095-0.001485.833333339.3260.0530.00013333379.6666666714.525-0.0860.00052513519.559-0.23750.00085199.666666725.832-0.4520.00095295.530.288-0.67750.001925357.166666740.274-1.05350.0023