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郑州大学现代远程教育综合性实践环节课程考核 说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为 WORD 2003WORD 2003 格式的文档，登陆学习平格式的文档，登陆学习平 台提交，并检查和确认提交成功（能够下载，并且内容无误即为提交成功） 。台提交，并检查和确认提交成功（能够下载，并且内容无误即为提交成功） 。 一一 作业要求作业要求 1.要求提交设计试验构件详细的设计过程、构件尺寸和配筋； 2.要求拟定具体的试验步骤； 3.要求预估试验发生的破坏形态； 4.构件尺寸、配筋、试验步骤以及破坏形态可参考综合性实践环节试验指 导或相关教材（例如，混凝土原理） ，也可自拟。 二二 作业内容作业内容 1.正截面受弯构件适筋梁的受弯破坏试验设计。 （35 分） 实验一实验一 钢筋混凝土受弯构件正截面试验钢筋混凝土受弯构件正截面试验 1.实验目的：实验目的： A、实验室实验目的、实验室实验目的: 1、了解受弯构建正截面的承载力大小，挠度变化及裂纹出现和发展的过程。 2、观察了解受弯构件受力和变形的过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征 3、测定或计算受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证正截面承载计算方法 B、模拟实验目的、模拟实验目的: 1、通过用动画演示钢筋 混凝土简支梁两点对称加载实验的全过程，形象生动地向学生展示 了钢筋 混凝土简支受弯构件在荷载作用下的工作性能。同时，软件实时地绘制挠度-荷载 曲线、 受压区高度-荷载曲线及最大裂缝宽度-荷载曲线以放映简支梁工作性能的变化规律， 力图让学生清楚受弯构件的变形，受压区高度等在荷载作用下不同阶段的发展情况。 2、学生还可以实用软件对即将进行的实验进行预测，认识试件在荷载作用下不同阶段的反 应，从而设计出良好的实验观测方案。 3、实验结果有学生计算与模拟实验结合进行，实现参与式实验教学的效果。 第 2 页共 19 页 2.实验设备：实验设备： A、试件特征、试件特征 （1）根据实验要求，试验梁的混凝土等级为 C25，截面尺寸为 150mm*400mm， （Fc=16.7N/mm 2 ， 2 1.78/ tk fN mm, 2 16.7/ ck fN mm，ft=1.27 N/mm 2 ） 纵向向受力钢筋等级为 HRB400 级 225 (400/,540/,2.0 10ykstk c fN mmfN mm E） 箍筋与架立钢筋强度等级为 HPB300 级 25 (300/2.1 10 )yk c fN mm E （2）试件尺寸及配筋图如图所示，纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为 20mm(计算按规 定取 20+5=25mm)。 （3）梁的中间配置直径为 6mm，间距为 80 的箍筋，保证不发生斜截面破坏。 （4）梁的受压区配有两根架立钢筋，直径为 10mm，通过箍筋和受力钢筋绑扎在一起，形 成骨架，保证受力钢筋处在正确的位置。 B、真实实验仪器设备：、真实实验仪器设备： 1、静力试验台座，反力架，支座及支墩 2、20T 手动式液压千斤顶 3、20T 荷重传感器 4、YD-21 型动态电阻应变仪 5、X-Y 函数记录仪器 6、YJ-26 型静态电阻应变仪及平衡箱 7、读书显微镜及放大镜 8、位移计（百分表）及磁性表座 9、电阻应变片，导线等 C、模拟实验仪器设备：、模拟实验仪器设备： 1、笔、计算纸 2、电脑 3、SSBCAI 软件 3、实验简图、实验简图 本次试验我分配的梁的跨度 l 为 3300mm， 构造要求的截面尺寸为 220*110 但是为了计算 需要该梁的截面高度 h 为取400mm， 截面宽度 b 取150mm。 外力加载处位于总长的 1/3 即 1100 处。 第 3 页共 19 页 （受力简图） （设计截面图） 经计算该梁的最小配筋面积为 0.178%A，最大配筋面积为 1.7%A。 1、在进行少筋破坏计算时配筋面积采用 0.125% A、计算 As 为 75 平方毫米，采用一根直 径为 10 的三级钢筋，实际 As 为 78.5 平方毫米，经检验满足构造要求。 2、在进行适筋破坏计算时配筋面积采用 0.85% A、计算 As 为 510 平方毫米，采用两根直 径为 18 的三级钢筋，实际 As 为 509 平方毫米，经检验满足构造要求。 3、在进行超筋破坏计算时配筋面积采用 2.00% A、计算 As 为 1200 平方毫米，采用两根 直径为 28 的三级钢筋，实际 As 为 1232 平方毫米，经检验满足构造要求。 适筋破坏适筋破坏-配筋截面配筋截面 模拟实验加载数据: 1、荷载 0 kg0.4kn 属于弹性阶段，当荷载达到 0.4kn 后进入塑形阶段。 2、荷载 0.4kg6.9kn 属于塑性阶段，当荷载达到 6.9kn 后 混凝土开始开裂。 3、荷载达到 52.9kn 时钢筋达到受拉屈服强度但 混凝土还未定达到抗压峰值。 4、荷载达到 55.2kn 时 混凝土达到抗压峰值该梁破坏。 绘出试验梁绘出试验梁 p-f 变形曲线。 （计算挠度）变形曲线。 （计算挠度） 极限状态下的挠度 0400 34366hmm s te te 78.5 =0.002611 0.01 401.825 取1 5 E 4 2 10 =7.142 2.8 10 S C E E 第 4 页共 19 页 f f 0 - =0 b b hf bh 、 （）、 0 78.5 0.0014 150 366 As b h 5212 0122 e 2 2 1078.5 3662.103 10 1.501 10 6 6 7.142 0.0014 1.410 1.15 1.15 1 0.2 1+3.5 1 0 f ss s EAh BN mm 2222 22 343 3.34 1.1 1.065 2424 3.3 la S l 2 6 222 0 12 9.131 10 (34)(3 33004 1100 )7.054/200=16.5mm 2424 1.501 10 Fa fLaL B 满足要求 与实验结果 7.37 相差 50%以内计算结果符合误差要求，但不符合安全构造要求。 同上方法可以计算出不同荷载作用下的挠度 p-f 变形曲线变形曲线 绘制裂缝分布形态图。绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）（计算裂缝） 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 荷载 0.32 4.24 8.18 9.4 9.51 9.57 9.62 9.64 9.65 9.66 挠度 0.03 3.21 6.23 11.83 20.19 30.32 41.96 54.82 59.34 66.29 挠度-荷载曲线图 0 2 4 6 8 10 12 010203040506070 挠度 荷载 第 5 页共 19 页 裂缝分布形态裂缝分布形态 简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 在荷载为 0.3kn 前， 梁处于弹性阶段； 在荷载增加到大约 6.0kn， 梁由弹性到开裂； 在荷载增加到大约 9.7kn 钢筋达到屈服强度，梁破坏。 在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，是钢筋应 力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形开 始呈现平缓的曲线。实验荷载-挠度曲线图如下、实验荷载最大裂缝宽度曲线如下： 又因为配筋率少于最小配筋率， 故一旦原来由混 凝土承担的拉力有钢筋承担后， 钢筋迅速达到的屈 服。受压区高度会迅速降低，以增大内力臂来提高 抗弯能力。同时，所提高的抗弯能力等于降低后的 荷载引起的弯矩，受压区高度才能稳定下来。在挠 度-荷载曲线上就表现为荷载有一个突然地下降。 然后受压区高度进一步下降， 钢筋历尽屈服台阶达 到硬化阶段，荷载又有一定上升。此时受压区混凝 土仍未被压碎，即梁尚未丧失承载能力，但这是裂 缝开展很大，梁已经严重下垂，也被视为以破坏。 实验荷载相对受压区高度曲线如右图： 适筋破坏：适筋破坏： （1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。 开裂弯矩： 0400 40360hmm 1 1.78 509 0.362 1.0 16.7 150 tks ck f A xmm f b 10(0.5)1.0 16.7 150 0.362(3660.362/2)0.3269ckMcra f bX hXkn m 开裂荷载: 0.3269 0.297 1.1 Mcr Fukn a 屈服弯矩： 0400 40360hmm 1 400 509 81.277 1.0 16.7 150 yks ck f A xmm f b 10(0.5)1.0 16.7 150 81.277(360 81.277/2)65.022ckMyka f bX hXkn m 屈服荷载: 65.022 59.111 1.1 Myk Fykkn a 极限弯矩： 0400 40360hmm 1 540 509 109.725 1.0 16.7 150 stks ck f A xmm f b 10(0.5)1.0 16.7 150 109.725(360 109.725/2)83.870ckMua f bX hXkn m 极限荷载: 83.870 76.246 1.1 Mu Fukn a 模拟实验破坏荷载与计算破坏荷载比较： 两个开裂弯矩对比： （6.9-0.297）/6.9=95.6%50% 两个屈服弯矩对比： （59.11-52.9）/ 59.11=10.5%0.01 0.017 0.5 150 400 A A 取 6 yk 2 sq 0s 65.022 10 =407.87N/mm 0.87h A0.87 360 509 M tk tesq f1.78 =1.1-0.65=1.1-0.65=0.933 0.017 407.87 5 E 4 2 10 =7.142 2.8 10 S C E E f f 0 - =0 b b hf bh 、 （）、 第 8 页共 19 页 0 509 0.0014 150 366 As b h 5213 0132 e 22 10509 3601.319 10 1.145 10 6 6 7.142 0.0014 1.152 1.15 1.15 0.933 0.2 1+3.5 1 0 f ss s EAh BN mm 2 6 222 0 13 65.022 10 (34)(3 33004 1100 )6.585/200=16.5mm 2424 1.145 10 Fa fLaL B 满足要求 开裂状态下的挠度 0400 40360hmm s te te 509 =0.01700.01 0.017 0.5 150 400 A A 取 6 cr 2 sq 0s 0.3269 10 =2.051N/mm 0.87h A0.87 360 509 M tk tesq f1.78 =1.1-0.65=1.1-0.65=320.20.2 0.017 2.051 取 5 E 4 2 10 =7.142 2.8 10 S C E E f f 0 - =0 b b hf bh 、 （）、 0 509 0.0014 150 366 As b h 5213 0132 e 22 10509 3601.319 10 1.595 10 6 6 7.142 0.0014 0.8272 1.15 1.15 0.20.2 1+3.5 1 0 f ss s EAh BN mm 2 6 222 0 13 0.3269 10 (34)(3 33004 1100 )0.024/200=16.5mm 2424 1.595 10 Fa fLaL B 满足要求 与实验结果 0.03 相差 50%以内计算结果符合误差要求，但不符合安全构造要求。 同上方法可以计算出不同荷载作用下的挠度 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 荷 载 0.35 11.16 21.34 30.8 39.51 47.45 54 54.77 55.26 55.49 55.55 55.52 55.43 55.27 挠 度 0.03 1.95 3.78 5.55 7.25 8.89 10.59 13.6 16.71 19.77 22.71 25.53 28.24 31.2 第 9 页共 19 页 荷载-挠度曲线 0 10 20 30 40 50 60 05101520253035 挠度（mm） 荷载（kn） p-f 变形曲线变形曲线 绘制裂缝分布形态图。绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）（计算裂缝） 极限状态裂缝宽度 eq maxcr 5 te d sq526.0910 = 1.9Cs+0.08=1.9 0.981.9 31+0.08=0.751mm sP2 10509/400 150E （）（） （） 屈服状态裂缝宽度 eq maxcr 5 te d sq407.8710 = 1.9Cs+0.08=1.9 0.9331.9 31+0.08=0.750mm sP2 10509/400 150E （）（） （） 开裂状态裂缝宽度 eq maxcr 5 te d sq2.05110 = 1.9Cs+0.08=1.9 0.21.9 31+0.08=0.00059mm sP2 10509/400 150E （）（） （） 用同样的方法可计算出如下表： 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 荷载 0.35 11.16 21.34 30.8 39.51 47.45 54 54.77 55.26 55.49 55.55 55.52 55.43 55.27 裂缝 宽度 0.03 1.95 3.78 5.55 7.25 8.89 10.59 13.6 16.71 19.77 22.71 25.53 30.19 31.2 第 10 页共 19 页 理论荷载理论荷载-最大裂缝曲线最大裂缝曲线 模拟实验荷载模拟实验荷载-最大裂缝曲线最大裂缝曲线 简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 当荷载在0.4KN内，梁属于弹性阶段，受拉应力应变和受压应力应变曲线呈直线。 当荷载在6.9KN的基础上分级加载，受拉区混凝土进入塑性阶段，受拉应变曲线开始呈现较明显的曲 线性，并且曲线的切线斜率不断减小，表现为在受压区压应变增大的过程中，合拉力的增长不断减小，而 此时受压区混凝土和受拉钢筋仍工作在弹性范围，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证斜截面内力 平衡。当内力增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度和极限拉应变，截面处于开 裂前的临界状态。 接着荷载只要增加少许， 受拉区混凝土拉应变超过极限抗拉应变， 部分薄弱地方的混凝土开始出现裂 缝。在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，是钢筋 应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形 开始呈现平缓的曲线。此时钢筋的应力应变突然增加很多，曲率急剧增大，受压区高度急剧下降，在挠度 -荷载曲线上表现为有一个表示挠度突然增大的转折。内力重新分布完成后，荷载继续增加时，钢筋承担 了绝大部分拉应力， 应变增量与荷载增量成一定的线性关系， 表现为梁的抗弯刚度与开裂一瞬间相比又有 所上升，挠度与荷载曲线成一定的线性关系。随着荷载的增加，刚进的应力应变不断增大，直至最后达到 屈服前的临界状态。 当荷载达到 52.9KN 时， 钢筋屈服至受压区混凝土达到峰值应力阶段。 此阶段初内力只要增加一点儿， 钢筋便即屈服。一旦屈服，理论上可看作钢筋应力不再增大（钢筋的应力增量急剧衰减），截面承载力已 接近破坏荷载，在梁内钢筋屈服的部位开始形成塑性铰，但混凝土受压区边缘应力还未达到峰值应力。随 着荷载的少许增加，裂缝继续向上开展，混凝土受压区高度降低（事实上由于钢筋应力已不再增加而混凝 土边缘压应力仍持续增大的缘故， 受压区必须随混凝土受压区边缘应变增加而降低， 否则截面内力将不平 衡），中和轴上移，内力臂增大，使得承载力会有所增大，但增大非常有限，而由于裂缝的急剧开展和混 荷载-最大裂缝宽度 0 10 20 30 40 50 60 -0.500.511.52 最大裂缝宽度（mm） 荷载（kn） 第 11 页共 19 页 凝土压应变的迅速增加，梁的抗弯刚度急剧降低，裂缝截面的曲率和梁的挠度迅速增大，所以我们可以看 到在受拉钢筋屈服后荷载挠度曲线有一个明显的转折，此后曲线就趋于平缓，像是步上了一个台阶一 样。 4、实验结果讨论与实验小结、实验结果讨论与实验小结。 试验表明适筋破坏属于延性破坏： 从钢筋屈服到受压区混凝土压碎的过程中， 钢筋要历经较大的塑性 变形，随之引起裂缝急剧开展和挠度剧增。因此，在工程应用中绝不能出现少筋、超筋的配筋情况。 通过本次模拟试验掌握了正截面受弯的三个受力阶段， 充分体验了钢筋混凝土受弯的整个过程； 同时 还掌握了扰度和裂缝的计算。通过这次试验，我熟悉掌握其构件受力和变形的三个阶段以及破坏特征、掌 握了不同荷载强度下挠度和裂缝宽度的计算并且通过计算三种情况下梁的屈服荷载和破坏荷载跟实验所 得到的数值进行计较，让我进一步明白，在实际施工时与应该注意：一定要根据构件的安全等级计算好承 载力和强度，以保证施工安全和周边环境、构造物和人民财产的安全！ 2.斜截面受剪构件无腹筋梁斜拉受剪破坏试验设计。 （35 分） 学习目标 掌握剪跨比的概念、斜截面受剪的三种破坏形态以及腹筋对斜截面受剪破坏形态的响； 熟练掌握矩形、T 形和 I 字形截面斜截面受剪承载力的计算方法； 熟悉纵筋的弯起、截断及锚固等构造要求。 A A、真实实验仪器设备：、真实实验仪器设备： 1、静力试验台座，反力架，支座及支墩 2、20T 手动式液压千斤顶 3、20T 荷重传感器 4、YD-21 型动态电阻应变仪 5、X-Y 函数记录仪器 6、YJ-26 型静态电阻应变仪及平衡箱 7、读书显微镜及放大镜 8、位移计（百分表）及磁性表座 9、电阻应变片，导线等 B B、模拟实验仪器设备：、模拟实验仪器设备： 1、笔、计算纸 2、电脑 3、SSBCAI 软件 实验简图实验简图 一、受弯构件有一、受弯构件有: :正截面受弯破坏（正截面受弯破坏（M M） 、斜截面受剪破坏（斜截面受剪破坏（M M、V V） 、斜截面受弯破坏（斜截面受弯破坏（M M、V V） 第 12 页共 19 页 二、斜截面受剪通过计算和 构造来保证。斜截面受弯通过构造来保证。 第 13 页共 19 页 腹剪斜裂缝、弯剪斜裂缝 斜截面受剪破坏的三种主要形态 1、无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态： 试验表明， 无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态主要由剪跨比决定。 （2）剪压破坏 发生条件： l3。 破坏特征： 一旦裂缝出现，就很快形成临界斜裂缝，承载力急剧下降，构件破坏。承载力主要取决于混凝土的 抗拉强度。 脆性显著。 发生条件： 1 3 。 破坏特征： 首先出现竖向裂缝， 随后竖向裂缝斜向发展，并形成一条临界斜裂缝， 最后剪压区混凝土破坏而破坏。 破坏取决于剪压区混凝土的强度。 脆性破坏。 第 15 页共 19 页 （4）三种破坏形态的特征比较三种破坏形态的特征比较 （斜截面三种破坏都是脆性） （1）斜拉破坏为受拉脆性破坏，脆性最显著；且混凝土抗压强度未发挥。 （2）斜压破坏为受压脆性破坏。 P f 第 16 页共 19 页 （3）剪压破坏为脆性破坏，脆性相对好些。 有腹筋梁的斜截面受剪破坏形态 破坏形态主要由剪跨比和箍筋配置量决定 实验小结：一、无腹筋梁（主要是受力性能） ：1、剪跨比（）的概念。2、传力机构：拉杆-拱模型。3、 破坏形态：斜拉、剪压和斜压破坏。发生的条件（） 、破坏特征。 二、有腹筋梁（有受力性能、设计计算和构造措施三个方面） ： （1sv）的概念和箍筋的作用。 （2） 传力机构： 拱形桁架模型。 （3） 破坏形态： 斜拉、 剪压和斜压破坏。 发生的条件 （ 、 sv ） 、 破坏特征。 （4）影响承载力的主要因素： 、 fc 、 、 sv 。 有关设计计算： （1）如何建立有腹筋梁斜截面抗剪承载力的计算公式？ （2）计算公式的应用复核与设计。 斜压破坏 剪压破坏 斜拉破坏 剪跨比 斜压破坏 剪压破坏 斜拉破坏 斜压破坏 斜压破坏 斜压破坏 斜压破坏 剪压破坏 剪压破坏 l 1 1 l 3 配箍率 无腹筋 r sv 很小 r sv 适量 r sv 很大 P f 斜压破坏 剪压破坏 斜拉破坏 第 17 页共 19