大偏壓實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、裝訂線混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)大偏心受壓短柱試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱大偏心受壓短柱試驗(yàn)試驗(yàn)課教師姓名 學(xué)號(hào) 手機(jī)號(hào) 任課教師日期裝訂線混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)1. 試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^試驗(yàn)和觀察，認(rèn)識(shí)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中大偏心受力構(gòu)件受力直至破壞的全過程，以便更好地掌握混凝土偏心受力構(gòu)件受力性能，進(jìn)而更為深刻地理解研究混凝土偏心受力構(gòu)件基本性能的試驗(yàn)方法。通過參加并完成此次大偏心受壓短柱試驗(yàn)，理解和掌握鋼筋混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果，通過實(shí)踐掌握試件的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)結(jié)果整理的方法。通過寫出試驗(yàn)報(bào)告加深對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件受力性能的理解。2. 試件設(shè)計(jì)2.1 材料和試件尺寸本試驗(yàn)選取的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C

2、20，縱向鋼筋選用4B12，箍筋選用,6100(2)。試件的主要參數(shù)如表1所示。表1 大偏心受壓柱試件主要參數(shù)試件尺寸（矩形截面）混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20縱向鋼筋（對(duì)稱配筋）4B12箍筋,6100(2)縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度15mm配筋圖見圖1偏心距e0100mm 圖 1 大偏心受壓柱配筋圖2.2 試件設(shè)計(jì)2.2.1試件設(shè)計(jì)的依據(jù)為減小“二階效應(yīng)”的影響，將試件設(shè)計(jì)為短柱，即控制。通過調(diào)整軸向力的作用位置，即偏心距，使試件的破壞狀態(tài)為大偏心或小偏心破壞。2.2.2試件加載估算實(shí)測試件參數(shù)如表所示。表2 實(shí)測試件參數(shù)實(shí)際試件尺寸實(shí)測混凝土強(qiáng)度,實(shí)測縱向受拉鋼筋屈服強(qiáng)度實(shí)測箍筋屈服強(qiáng)度保護(hù)層厚度25

3、mm對(duì)于對(duì)稱配筋的大偏心受壓短柱有： 而由式解得：不妨令：，從而有：代入數(shù)據(jù)，可得：故即經(jīng)計(jì)算得預(yù)估極限荷載為87.09kN。2.3 試件的制作按照計(jì)算的設(shè)計(jì)進(jìn)行配筋，制作模板，綁扎鋼筋，澆灌混凝土，在20度左右的溫度和相對(duì)濕度90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d。3. 材性試驗(yàn)3.1 混凝土材性試驗(yàn)3.1.1 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）規(guī)定：混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)確定；立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值系指標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95保證率的抗壓強(qiáng)度。因此立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4、規(guī)范中混凝土各種力學(xué)指標(biāo)的基本代表值，根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，可以查閱混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)表格，以確定混凝土的軸心抗壓、軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值以及混凝土的彈性模量等。國家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法（GB/T 50081-2002）規(guī)定：以邊長為150mm的立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，將標(biāo)準(zhǔn)立方體試件在的溫度和相對(duì)濕度90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，單位為N/mm2（MPa）?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)步驟應(yīng)按下列方法進(jìn)行：（1）試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，將試件表面與上下承壓板面擦干凈；（2）將試件安放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板或墊板上，試件

5、的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直。試件的中心應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)，開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡；（3）在試驗(yàn)過程中應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30時(shí)，加荷速度取每秒0.30.5MPa；混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30且C60時(shí)，取每秒0.50.8MPa；混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60時(shí)，取每秒0.81.0MPa；（4）當(dāng)試件接近破壞開始急劇變形時(shí)，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至破壞。然后記錄破壞荷載?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及確定按下列方法進(jìn)行：（1）混凝土立方體抗壓強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：式中，為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度（MPa）；F為試件破壞荷載（N）；A為試件承壓面積（mm2）。

6、（2）強(qiáng)度值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：以三個(gè)試件為一組，每組試件所用的拌合物應(yīng)從同一盤混凝土或同一車混凝土中取樣；三個(gè)試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的強(qiáng)度值（計(jì)算應(yīng)精確至0.1MPa）；三個(gè)測值中的最大值或最小值中如有一個(gè)與中間值的差值超過中間值的15時(shí)，則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值；如最大值或最小值與中間值的差值均超過中間值的15，則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無效。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60時(shí)，用非標(biāo)準(zhǔn)試件測得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，其值為對(duì)200mm200mm200mm試件為1.05；對(duì)100mm100mm100mm試件為0.95。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60，宜采用標(biāo)準(zhǔn)試件

7、。3.1.2 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）規(guī)定：邊長為150mm150mm300mm的棱柱體試件是軸心抗壓強(qiáng)度和靜力受壓彈性模量試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件。軸心抗壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法相同。而對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)試件的數(shù)據(jù)處理有如下規(guī)定：混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60時(shí)，用非標(biāo)準(zhǔn)試件測得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，其值為對(duì)200mm200mm400mm試件為1.05；對(duì)100mm100mm300mm試件為0.95。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60，宜采用標(biāo)準(zhǔn)試件。3.2 鋼筋材性試驗(yàn)本次試驗(yàn)為鋼筋單調(diào)加載拉伸試驗(yàn)。3.2.1 試件尺寸鋼筋試樣采用不經(jīng)切削加工原截面鋼筋。根據(jù)各類鋼筋

8、標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的伸長率標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)機(jī)上、下夾頭的最小距離，夾頭高度等因素決定其試件長度，基本長度，其中L0為5 d0（d0為鋼筋直徑）；h為夾頭長度，通常取100mm左右。對(duì)于圓形截面鋼筋的直徑應(yīng)在標(biāo)距L0的兩端和中間測量，應(yīng)在每處的兩個(gè)相互垂直的方向上各測一次，取其算術(shù)平均值，選用三處中的最小直徑計(jì)算橫截面面積。對(duì)于熱軋帶肋鋼筋，按其公稱直徑計(jì)算橫截面面積。3.2.2 試驗(yàn)條件鋼筋試樣在彈性范圍內(nèi)，試驗(yàn)機(jī)的加載速率應(yīng)在330MPa/s范圍內(nèi)，并保持試驗(yàn)機(jī)控制器固定于這一速率位置上，直至獲得屈服點(diǎn)和上屈服點(diǎn)；測定下屈服點(diǎn)時(shí)，應(yīng)變速率在0.000250.0025/s范圍內(nèi)，并保持恒定。屈服段過后，試驗(yàn)

9、機(jī)兩夾頭在力作用下的分離速率不超過0.5Lc/min（Lc為兩夾頭的鋼筋試樣凈長）。3.3 本次試驗(yàn)材性試驗(yàn)數(shù)據(jù)試塊留設(shè)時(shí)間：2013年09月 30日試驗(yàn)時(shí)間： 2013年11月 21日試塊養(yǎng)護(hù)條件：室內(nèi)與試件同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件軸心抗壓強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果及混凝土實(shí)測立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果如表3和表4所示，鋼筋強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果如表5所示。表3 混凝土試件軸心抗壓強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果試件尺寸100mm100mm300mm試件軸心抗壓強(qiáng)度/MPa平均軸心抗壓強(qiáng)度/MPa評(píng)定軸心抗壓強(qiáng)度/MPa20.7121.2820.2220.1422.99注：軸心抗壓強(qiáng)度根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 500

10、81-2002評(píng)定；立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2010推定。表4 混凝土實(shí)測立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果試件尺寸150mm150mm150mm實(shí)測立方體抗壓強(qiáng)度/MPa平均立方體抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗拉強(qiáng)度/MPa推定彈性模量/GPa26.3527.082.1428.8327.7027.20表5 鋼筋強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果公稱直徑/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4光圓4.114.155.155.173304114.185.244.165.136光圓12.8112.9616.8316.9

11、945860113.0017.1613.0816.998光圓22.6723.5426.3326.5446852824.3626.5923.5826.6910光圓26.3726.3736.0436.4733646326.7336.9826.3136.4010帶肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312帶肋43.8943.7665.1164.8838757443.6864.7643.7664.7814帶肋58.5958.7787.4687.2738256758.5987.0658.1287.2818帶肋98.6798.78153.47153.

12、6038860498.69153.4898.97153.8522帶肋135.51135.35209.29209.10356550134.63208.44135.91209.574. 試驗(yàn)過程4.1 加載裝置偏心受壓試驗(yàn)的加載裝置如圖2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(dòng)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。 圖2 偏心受壓試驗(yàn)的加載裝置4.2 加載制度4.2.1 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)。正式加載的分級(jí)情況為：在達(dá)到預(yù)計(jì)的受壓破壞荷載的80之前，根據(jù)預(yù)計(jì)的受剪破壞荷載分級(jí)進(jìn)

13、行加載，每級(jí)荷載約為破壞荷載的20，每次加載時(shí)間間隔為15分鐘；當(dāng)達(dá)到預(yù)計(jì)的受壓破壞荷載的80以后，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。4.2.2 承載力極限狀態(tài)確定方法對(duì)柱試件進(jìn)行偏壓承載力試驗(yàn)時(shí)，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：受壓區(qū)混凝土的壓碎破壞；對(duì)有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋的受拉應(yīng)變達(dá)到0.01；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。4.3 量測與觀測內(nèi)容4.3.1 縱筋應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面的應(yīng)變計(jì)量測，鋼筋應(yīng)變測點(diǎn)布置見圖3。 圖3 鋼筋應(yīng)變測點(diǎn)布置4.3.2 混凝土

14、平均應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面和柱表面混凝土上的應(yīng)變計(jì)量測，混凝土應(yīng)變測點(diǎn)布置見圖4。 圖4 混凝土應(yīng)變測點(diǎn)布置4.3.3 側(cè)向撓度柱長度范圍內(nèi)布置5個(gè)位移計(jì)以測量柱側(cè)向撓度，側(cè)向撓度測點(diǎn)布置見圖5。 圖5 側(cè)向撓度測點(diǎn)布置4.3.4 裂縫試驗(yàn)前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制50mm50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立即對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級(jí)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(jī)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(yàn)荷

15、載值持續(xù)15min結(jié)束時(shí)進(jìn)行量測。4.4 裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)試驗(yàn)前構(gòu)件尺寸為bhl120120870mm，未有肉眼可見裂縫。試驗(yàn)前構(gòu)件如圖6所示。當(dāng)荷載較小時(shí)，構(gòu)件處于彈性階段，受壓區(qū)及受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應(yīng)力都較小，構(gòu)件中部的水平撓度隨荷載線性增長。隨著荷載的不斷增大，受拉區(qū)的混凝土首先出現(xiàn)橫向裂縫而退出工作，遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)鋼筋的應(yīng)力及應(yīng)變增速加快；接著受拉區(qū)的裂縫不斷增多，并向壓區(qū)延伸，受壓區(qū)高度逐漸減小，受壓區(qū)混凝土應(yīng)力增大。當(dāng)遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)鋼筋應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)，鋼筋屈服，截面處形成一主裂縫。當(dāng)受壓一側(cè)的混凝土壓應(yīng)變達(dá)到其極限抗壓應(yīng)變時(shí)，受壓區(qū)較薄弱處的某處出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被壓碎而

16、使構(gòu)件破壞。此時(shí)，靠近軸向力一側(cè)的鋼筋也達(dá)到抗壓屈服強(qiáng)度，混凝土壓碎區(qū)大致層三角形。試驗(yàn)后的破壞形態(tài)如圖7所示。圖6試驗(yàn)前的構(gòu)件 圖7 試驗(yàn)后的構(gòu)件5. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析5.1 關(guān)系曲線繪制5.1.1 荷載側(cè)向撓度關(guān)系曲線繪制荷載-側(cè)向撓度關(guān)系曲線如圖8所示。圖8 荷載-側(cè)向撓度關(guān)系5.1.2 沿構(gòu)件截面高度混凝土平均應(yīng)變分布混凝土平均應(yīng)變標(biāo)距如表6所示。表6 混凝土平均應(yīng)變標(biāo)距126145140140通過位移計(jì)1、2、3、4測得的位移數(shù)據(jù)，由計(jì)算混凝土的應(yīng)變，得到的混凝土荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖9所示。圖9 混凝土荷載-應(yīng)變關(guān)系分析圖9知，初始階段混凝土應(yīng)變與荷載大致呈線性關(guān)系，基本符合平截

17、面假定。而后構(gòu)件進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于不大的荷載增量，混凝土應(yīng)變有著較大的變化，理論與較符合實(shí)踐。5.1.3 彎矩曲率關(guān)系曲線構(gòu)件彎矩和曲率分別由下兩式計(jì)算得出：彎矩：曲率：、分別為試件右側(cè)、左側(cè)兩點(diǎn)的實(shí)測混凝土平均應(yīng)變（以拉應(yīng)變?yōu)檎?，為?duì)應(yīng)兩點(diǎn)沿梁截面高度方向的實(shí)測距離。由于試驗(yàn)中位移計(jì)1沒有粘牢，本次計(jì)算不妨采用位移計(jì)3和位移計(jì)4的數(shù)據(jù)。得到的彎矩-曲率關(guān)系曲線如圖10所示。圖10 彎矩-曲率關(guān)系5.1.4 縱筋應(yīng)變-荷載關(guān)系曲線鋼筋應(yīng)變可由應(yīng)變片28-1到28-8直接得出（其中應(yīng)變片28-3損壞，不?。?。得到的荷載-縱筋應(yīng)變關(guān)系曲線如圖11。圖11 荷載-縱筋應(yīng)變由圖可知，鋼筋應(yīng)變與

18、混凝土應(yīng)變類似，初始階段與荷載大致呈線性關(guān)系，基本符合平截面假定。而后構(gòu)件進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，荷載變化不大時(shí)，鋼筋應(yīng)變有著較大的變化，理論與實(shí)驗(yàn)符合得較好。5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析5.2.1 承載力分析構(gòu)件承載力理論計(jì)算值為87.08kN，試驗(yàn)得出的極限承載力為92.03kN，與理論計(jì)算值誤差為5.67%，兩者比較接近，但實(shí)際承載力大于計(jì)算承載力?？赡茉蛉缦拢?. 理論計(jì)算對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)的取值較為保守，該誤差為系統(tǒng)誤差；2. 材性試驗(yàn)誤差導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度值小于實(shí)際值，該誤差為偶然誤差；3. 加載條件下有其他外界物體幫助混凝土柱抵抗偏心力，該誤差為偶然誤差。6 結(jié)論本實(shí)驗(yàn)為大偏心短柱受壓破壞實(shí)驗(yàn)，通過在柱上布置應(yīng)變片和位移計(jì)，得到鋼筋和混凝土的應(yīng)變及柱在受壓過程中的撓度。我們在試驗(yàn)過程中可以近距離地觀察受