結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及報(bào)告格式

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)長(zhǎng) 安 大 學(xué)二00七實(shí)驗(yàn)一：鋼筋混凝土矩形梁正截面破壞試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙箐摻罨炷潦軓潣?gòu)件計(jì)算包括三個(gè)方面的內(nèi)容，即強(qiáng)度計(jì)算、抗裂性計(jì)算（裂縫開(kāi)展寬度計(jì)算）及剛度計(jì)算(撓度計(jì)算)。計(jì)算理論來(lái)源于實(shí)踐,針對(duì)某種具體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的試驗(yàn)分析,即是對(duì)計(jì)算理論的校核,也可推斷某種假設(shè),從而進(jìn)一步完善理論。通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土矩形梁正截面的破壞試驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固本專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí),結(jié)合本課程的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容,使學(xué)生能夠系統(tǒng)性的掌握從鋼筋、混凝土材料性能，設(shè)計(jì)和計(jì)算分析方法，提高學(xué)生綜合知識(shí)的水平，了解在純彎曲段內(nèi)正截面的受力狀態(tài)和變形規(guī)律，從而加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生試驗(yàn)研究的能

2、力。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土矩形梁正截面破壞試驗(yàn)的全過(guò)程,從梁的構(gòu)造、鋼筋構(gòu)造、配筋率、正截面計(jì)算的基本內(nèi)容、受彎構(gòu)件的工作階段、破壞特征,驗(yàn)算實(shí)驗(yàn)梁在不同荷載作用下控制截面(最不利截面)的應(yīng)力、撓度和裂縫開(kāi)展的位置及寬度,梁最大破壞荷載時(shí)相應(yīng)的撓度。2.正式試驗(yàn)前，根據(jù)試驗(yàn)梁的構(gòu)造、配筋和強(qiáng)度，估算梁的最大破壞荷載，然后估算的最大破壞荷載分五級(jí)列表算出每級(jí)荷載作用下相應(yīng)測(cè)點(diǎn)處理論計(jì)算(應(yīng)變和撓度)值,以此指導(dǎo)試驗(yàn)方案的實(shí)施。3試驗(yàn)完成后，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)中實(shí)際分級(jí)的荷載重新計(jì)算每級(jí)荷載作用下相應(yīng)測(cè)點(diǎn)處理論計(jì)算(應(yīng)變和撓度)值,并將實(shí)驗(yàn)記錄值整理，將試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況或測(cè)試極值取舍后作

3、為實(shí)測(cè)值再與理論值進(jìn)行比較。三、實(shí)驗(yàn)條件及要求1試驗(yàn)用鋼筋混凝土梁，截面尺寸及配筋見(jiàn)圖-1所示?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C25；骨料最大粒徑15mm；鋼筋采用R235，直徑10mm；凈保護(hù)層15mm。3試驗(yàn)課前，在正截面破壞試驗(yàn)梁上，純彎曲段混凝土表面，沿梁高方向貼4只5×40mm電阻應(yīng)變片，在相應(yīng)位置的兩根主筋上予埋3×5mm的電阻應(yīng)變片2只，設(shè)置3個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)；跨中一點(diǎn)，分配梁加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)處各一點(diǎn)，支座沉降測(cè)點(diǎn)兩點(diǎn)(剛性支座時(shí)省略)，見(jiàn)圖-1所示。圖-1 正截面破壞試驗(yàn)簡(jiǎn)支梁（單位：mm）圖-2 梁試驗(yàn)裝置和測(cè)點(diǎn)布置 1-千斤頂; 2-力傳感器;3-分配梁4-試驗(yàn)梁;5-混凝土應(yīng)變片

4、; 6-鋼筋應(yīng)變片;7-機(jī)電百分表;四、實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1.回顧道路工程材料的內(nèi)容,包括混凝土配比、標(biāo)號(hào)及混凝土材料的力學(xué)性能;鋼筋的強(qiáng)度和力學(xué)性能;2. 回顧材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)有關(guān)應(yīng)力(應(yīng)變)實(shí)驗(yàn)分析原理;3.結(jié)合本課程中鋼筋混凝土矩形梁的內(nèi)容,從梁的構(gòu)造,鋼筋構(gòu)造,配筋率,正截面計(jì)算的基本內(nèi)容,受彎構(gòu)件的工作階段、破壞特征,驗(yàn)算實(shí)驗(yàn)梁在不同荷載作用下控制截面(最不利截面)的應(yīng)力、撓度和裂縫開(kāi)展的位置及寬度,梁最大破壞荷載時(shí)相應(yīng)的撓度。五、實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟1加載前檢查傳感器、電阻片、撓度計(jì)的連接和安裝狀態(tài)，并進(jìn)行初始平衡調(diào)試；2先作一次預(yù)備試驗(yàn)，預(yù)備荷載值取破壞荷載的3040%。加載后，測(cè)取讀數(shù)，

5、觀察試驗(yàn)梁、儀表裝置工作是否正常，及時(shí)排除故障后，才能進(jìn)行正式試驗(yàn)。3正式試驗(yàn)時(shí)，原則上應(yīng)按計(jì)算破壞荷載的20%（也可取整數(shù)荷載值）分級(jí)加載，每級(jí)加載后穩(wěn)定5分鐘再讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。4裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展用目視或讀數(shù)顯微鏡觀察，每級(jí)荷載下的裂縫發(fā)展情況應(yīng)進(jìn)行記錄和描述。5當(dāng)裂縫寬度達(dá)到1.5mm時(shí)，即視為破壞。或混凝土受壓區(qū)破壞或鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，亦視為破壞。觀察時(shí)應(yīng)特別注意安全。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1將試驗(yàn)中每級(jí)實(shí)際荷載作用下的理論計(jì)算值和各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值列表；2將試驗(yàn)過(guò)程中從開(kāi)始加載直至破壞劃分為三個(gè)工作階段,并將跨中截面用圖示方法描繪(計(jì)算值為實(shí)線,測(cè)試值用虛線標(biāo)出應(yīng)度值)；3繪出彎矩(或荷載)與各撓

6、度測(cè)點(diǎn)的關(guān)系曲線(按三個(gè)工作階段,計(jì)算值為實(shí)線,測(cè)試值用虛線標(biāo)出應(yīng)變值)。4實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，并分析其差異原因。七、思考題：1若混凝土的實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，則實(shí)測(cè)的應(yīng)力(或應(yīng)變)變大還是變??？2鋼筋混凝土梁受彎強(qiáng)度應(yīng)采用規(guī)范中軸心受壓還是彎壓指標(biāo)？ 實(shí)驗(yàn)二 鋼筋混凝土柱偏心受壓破壞試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙笸ㄟ^(guò)試驗(yàn)了解偏心受壓構(gòu)件理論計(jì)算的依據(jù)和分析方法，觀察偏心受壓柱的破壞特征及強(qiáng)度變化規(guī)律，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件試驗(yàn)研究和分析能力。加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的理解和消化。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在靜荷載作用下，測(cè)定柱側(cè)向位移和L/2截面鋼筋及混凝土應(yīng)變，描繪柱體裂縫出現(xiàn)、擴(kuò)大與破壞狀況及

7、特征，測(cè)定開(kāi)裂荷載值及破壞荷載值。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)的內(nèi)容1實(shí)驗(yàn)前測(cè)量柱子尺寸及力作用點(diǎn)的偏心距；2預(yù)備試驗(yàn)時(shí)，預(yù)載值取計(jì)算破壞荷載的20%左右。同時(shí)。加載后，測(cè)取讀數(shù)，觀察試驗(yàn)柱，儀表裝置工作是否正常，及時(shí)排除故障后，才能進(jìn)行正式試驗(yàn)。3正式試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，預(yù)加5%初荷載,調(diào)試儀器,按計(jì)算破壞荷載的20%分級(jí)加載，每級(jí)穩(wěn)定5分鐘后讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)接近發(fā)裂荷載時(shí)，加載值應(yīng)減至為原分級(jí)的一半或更小，并注意觀察裂縫發(fā)展情況，同時(shí)拆除構(gòu)件上裝置的位移計(jì)后，再繼續(xù)加載到破壞。4裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展用目視或讀數(shù)顯微鏡觀察，每級(jí)荷載下的裂縫發(fā)展情況應(yīng)進(jìn)行記錄和描述。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1繪出荷載作用下的裂縫開(kāi)展圖，標(biāo)

8、出主要裂縫出現(xiàn)時(shí)的荷載值。2計(jì)算側(cè)向位移、繪出計(jì)算與實(shí)測(cè)的p-f關(guān)系曲線圖。3計(jì)算受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫時(shí)的荷載值，受壓區(qū)出現(xiàn)裂縫時(shí)荷載、破壞荷載、破壞時(shí)鋼筋最大應(yīng)力，分析誤差產(chǎn)生原因。4.分析試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的辦法。5.對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象及與理論課中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行討論和分析五、思考題1偏心受壓構(gòu)件的破壞現(xiàn)象與哪些情況有關(guān)?2大、小偏心受壓構(gòu)件破壞形式有何特點(diǎn)? 圖-3 偏心受壓試樣尺寸及配筋圖（mm） 圖-4 試驗(yàn)柱裝置與測(cè)點(diǎn)布置圖 1-加力架承壓板 2-試驗(yàn)柱 3-橫截面電阻片 4-位移計(jì)5；7-支座6-力傳感器鋼筋混凝土矩形梁破壞試驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 成績(jī) 實(shí)驗(yàn)日期 報(bào)告日期

9、指導(dǎo)教師 長(zhǎng) 安 大 學(xué)鋼筋混凝土矩形梁破壞試驗(yàn)報(bào)告一.實(shí)驗(yàn)前理論計(jì)算1.破壞荷載的計(jì)算 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，此單筋矩形截面的受壓區(qū)高度： x 于是，破壞彎矩M約等于不考慮結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的承載能力 即： M 按照該梁受力圖式,該梁的破壞荷載為: Pmax= 試驗(yàn)中按照其20為一級(jí)加載，按五級(jí)施加的荷載分列為：0、 ; ; ; ; (kN）2.理論應(yīng)變計(jì)算 根據(jù)材料力學(xué)中關(guān)于應(yīng)變的計(jì)算公式： 其中： E混凝土彈模。取26 應(yīng)變 M截面處的彎矩 y距中性軸（形心軸）的距離 I抗彎慣性矩 按上式分別計(jì)算各級(jí)荷載下各測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變，其計(jì)算過(guò)程：由電阻應(yīng)變片布置點(diǎn)為Yi IZ=bh3 /12混凝土彈性模量查表

10、得：E26所以： Ri=荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的理論應(yīng)變值表(µ)試驗(yàn)荷載（kN）R1(µ)R2(µ)R3(µ)R4(µ)R5；R6(µ)10000002345破壞3.理論撓度值的計(jì)算由材料力學(xué)知：復(fù)雜荷載作用下某點(diǎn)撓度可以由組成的若干個(gè)簡(jiǎn)單荷載單獨(dú)形成的撓度疊加而成，而簡(jiǎn)單荷載產(chǎn)生的撓度可由材料力學(xué)附表中查得，于是，可以求得此試驗(yàn)中各測(cè)點(diǎn)的撓度值。此梁的受力可以分解為： f+f荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的理論計(jì)算結(jié)果表(mm)試驗(yàn)荷載（kN）支點(diǎn)F1(mm)F2(mm)F3(mm)端支點(diǎn)1000000200300400500破壞00鋼筋混凝土矩形梁

11、破壞試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果匯總計(jì)算參數(shù)名應(yīng)用公式計(jì)算值含筋率換算截面積換算截面慣性矩?fù)Q算截面的截面模量受壓區(qū)高度開(kāi)裂荷載破壞荷載混凝土極限應(yīng)力鋼筋極限應(yīng)力破壞時(shí)受壓區(qū)高度二.實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程1. 實(shí)驗(yàn)加載示意圖2. 實(shí)驗(yàn)記錄簡(jiǎn)支梁正截面破壞試驗(yàn)記錄表試驗(yàn)荷載測(cè)量值測(cè)點(diǎn)號(hào)P=13P=20P=40P=60P=80P=100Pmax kN kN kN kN kN kN kN應(yīng)變記錄R1 (µ)R2(µ)R3(µ)R4(µ)R5(µ)R筋(µ)R筋(µ)撓度記錄f1 (mm）f2(mm）f3(mm）三.試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果比較簡(jiǎn)支梁正截面破壞試

12、驗(yàn)值與理論計(jì)算值比較試驗(yàn)荷載測(cè)量值測(cè)點(diǎn)號(hào)P=13P=20P=40P=60P=80P=100Pmax kN kN kN kN kN kN kN應(yīng)變 (µ)R1 理論值實(shí)驗(yàn)值R2理論值實(shí)驗(yàn)值R3理論值實(shí)驗(yàn)值R4理論值實(shí)驗(yàn)值R5理論值實(shí)驗(yàn)值R筋理論值實(shí)驗(yàn)值撓度 (mm)f1 理論值實(shí)驗(yàn)值f2理論值實(shí)驗(yàn)值f3理論值實(shí)驗(yàn)值四.試件破壞示意圖1破壞形態(tài)描述2試件破壞示意3受力到破壞階段描述與示意五.理論值與試驗(yàn)值產(chǎn)生差異的原因六思考題鋼筋混凝土柱破壞試驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 成績(jī) 實(shí)驗(yàn)日期 報(bào)告日期 指導(dǎo)教師 長(zhǎng) 安 大 學(xué)鋼筋混凝土柱的破壞實(shí)驗(yàn)報(bào)告一.實(shí)驗(yàn)前理論計(jì)算：1受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫時(shí)的荷載值

13、：由于該試樣采用20號(hào)混凝土，查表得知：2受壓區(qū)出現(xiàn)裂縫時(shí)的荷載值： 由材料力學(xué)知識(shí)可以得知： N偏心壓力 A試件截面積 e偏心距 彎曲截面系數(shù)大偏心構(gòu)件： 隨著荷載的增大，拉區(qū)混凝土先出現(xiàn)橫向裂縫，所以 小偏心構(gòu)件：隨著荷載的增大，壓區(qū)混凝土先出現(xiàn)橫向裂縫，所以 3受壓區(qū)出現(xiàn)裂縫時(shí)的破壞荷載及破壞時(shí)鋼筋的最大拉壓應(yīng)力：大偏心構(gòu)件： 對(duì)于短柱 得出 而 所以由截面上所有力對(duì)偏心壓力作用點(diǎn)力矩為零得知：即：所以取x2又有 即 解得 所以，受壓區(qū)破壞荷載為 ，破壞時(shí)鋼筋的最大拉壓應(yīng)力均為 .試驗(yàn)中按照其20為一級(jí)加載，按五級(jí)施加的荷載分列為：0、 ; ; ; ; (kN)小偏心構(gòu)件：小偏心狀態(tài)下，

14、受壓區(qū)首先會(huì)出現(xiàn)裂縫。即： xmm 2a= mm則 h/h0 = 所以 小偏心構(gòu)件截面部分受壓，部分受拉那么g=又有 解得 受壓區(qū)破壞荷載為 KN，破壞時(shí)鋼筋的最大拉應(yīng)力為 MPa，最大壓應(yīng)力為 Mpa試驗(yàn)中按照其20為一級(jí)加載，按五級(jí)施加的荷載分列為：0、 ; ; ; ; (kN)二.側(cè)向位移的計(jì)算： 這里，側(cè)向位移就是水平側(cè)向撓度，用f表示。 由材料力學(xué)可以得知：1大偏心情況下的側(cè)向位移 e0=b/2=本試樣選用20號(hào)混凝土，則R所以 NR×A=而 I 所以有 2小偏心情況下的側(cè)向位移 e0=b/4=本試樣選用20號(hào)混凝土，則R所以 NR×A=而 I 所以有 三.實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程1 實(shí)驗(yàn)加載示意圖2 實(shí)驗(yàn)記錄 鋼筋混凝土柱受壓破壞試驗(yàn)記錄表荷載測(cè)值測(cè)點(diǎn)號(hào)P=15P=20P=40P=60P=80P=100Pmax kN kN kN kN kN kN kN應(yīng)變記錄R1 (µ)R2(µ)R3(µ)R4(µ)R5(µ)R筋(µ)R筋(µ)側(cè)移記錄f1 (