第3章 工程结构基本构件实验.doc

第3章 工程结构基本构件实验3.1 电阻应变计灵敏系数测定实验（实验一）3.2 钢筋混凝土梁正截面破坏实验（实验二）3.3钢筋混凝土柱偏心受压实验（实验三）3.3.1实验目的1通过试验初步掌握钢筋混凝土偏心受压柱静载试验的程序和方法；2了解钢筋混凝土偏心受压柱的破坏过程及其特征；3测试偏心受压柱的开裂荷载和极限荷载，并与理论计算值比较，以验证理论计算的正确性；4进一步熟悉和掌握液压加载系统、电阻应变仪以及裂缝测宽仪等仪器设备的使用方法。3.3.2 实验模型实验模型采用矩形截面，截面面积为100mm100mm，受压高度为600mm，受力面积为180mm100mm，受力的合力至截面中心的距离（即偏心矩）为40mm，混凝土的强度等级为C25，钢筋（II级）直径为8mm。钢筋混凝土偏心受压柱实验模型，如图3.3.1所示。 图3.3.1 钢筋混凝土偏心受压柱实验模型 (单位：mm)3.3.3 实验装置试验柱置于压力机台座上，通过单刀铰支座加载，连接由压力机读取荷载读数，用应变片测试验柱中部截面应变，用百分表量测跨中侧向挠度，用裂缝测宽仪测试裂缝宽度。钢筋混凝土偏心受压柱实验加载装置，如图3.3.2所示。图3.3.2 钢筋混凝土偏心受压柱实验加载装置3.3.4 实验设备及仪器1万能试验机（或液压加载装置）；2电阻应变仪；3百分表；4裂缝测宽仪；5游标卡尺、钢尺等。3.3.5 实验原理偏心受压构件时弯矩和轴力共同作用下的构件，轴力与弯矩对于构件的作用效应存在着叠加和制约作用的关系，即当给定轴力N时，有其唯一对应的弯矩M，或者说构件可以在不同的轴力N和弯矩M的组合下达到其极限承载力。钢筋混凝土偏心受压构件随着偏心距及纵向钢筋不同，主要有两种破坏形态：受拉破坏（大偏心受压破坏）和受压破坏（小偏心受压破坏）。对于大偏心受压破坏，受拉钢筋首先达到屈服强度导致受压混凝土压坏，临近破坏时有明显的预兆，裂缝显著开展，其构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量。对于小偏心受压破坏，受压一侧的边缘混凝土的应变达到极限压应变，混凝土被压碎；同一侧的钢筋压应力达到屈服强度，而另一侧的钢筋，不论受拉还是受压，其应力均达不到屈服强度；破坏前，构件横向变形无明显的急剧增长，其正截面承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度。当钢筋混凝土柱构件正截面承载力计算采用以下基本假定：（1）截面应变分布符合平截面假定；（2）不考虑混凝土的抗拉强度；（3）受压区混凝土的极限压应变；（4）混凝土的压应力图形为矩形，应力集度为，矩形应力图的高度x取等于按平截面确定的中和轴高度xc乘以系数0.9，即。矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算图式，如图3.3.3所示。图3.3.3 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算图式承载力的基本计算公式，可通过构件破坏时的内力平衡条件求得，即由轴向力平衡条件得 （3.3.1）由所有的力对受拉边（或受压较小边）钢筋合力作用点取矩的平衡条件得 （3.3.2）由所有的力对受压较大边钢筋合力作用点取矩的平衡条件得 （3.3.3）由所有的力对轴向力作用点取矩的平衡条件得 （3.3.4）式中，为受拉边（或受压较小边）钢筋的应力，其值与受压区高度x有关，当时，取；当，且混凝土的强度等级C50以及以下时，取 （3.3.5）为轴向力作用点至受拉边（或受压较小边）钢筋合力作用点的距离，其可以表达为；为轴向力作用点至受压较大边钢筋合力作用点的距离，其可以表达为；为轴向力作用点至混凝土截面重心轴的距离，即初始偏心距；为偏心距增大系数。当计算大偏心受压构件承载力时，为了保证受压钢筋的应力达到抗压强度设计值，混凝土受压区高度应满足；如果不满足，则说明受压钢筋离中性轴太近，构件破坏时受压钢筋的应力达不到抗压强度设计值，此时构件的正截面承载力可按下列近似公式求得 （3.3.6）当计算小偏心受压构件承载力时，当轴向力作用在纵向钢筋和之间，为了防止离轴向力较远一侧混凝土先压坏，尚应满足下列条件 （3.3.7）此时，式中的数值应以正值代入上式，即改为按下式计算；为受压较大边钢筋合力作用点至截面受压较小边的距离，。对于大偏心受压破坏，其破坏形态实质上与受弯破坏类似，其混凝土开裂弯矩可以采用以下计算表达式 （3.3.8）式中，为构件受拉区塑性影响系数，；为全截面换算截面重心轴以上（或以下）部分面积对换算截面重心轴的面积矩；为全截面换算截面面积对受拉边缘的弹性抵抗矩。由此，可得到开裂压力的表达式为。3.3.5 实验步骤1按照实验模型的要求制作钢筋混凝土柱，并在四根受力钢筋粘贴应变片，然后再进行浇注混凝土；2浇注完成后，将钢筋混凝土柱进行养护，然后储存在实验室的试件堆放区；3在钢筋混凝土柱中部截面粘贴应变片；4安装钢筋混凝土柱，按似定的偏心距调整试验柱上加载点的位置，连接应变片到应变仪；5安装百分表，检查仪表，调整仪表初读数；6利用压力机控制进行分级加载，每级加载后，立即测读并记录应变仪、百分表以及压力机荷载读数；7在所加荷载约为实验柱估算的破坏荷载的60%70%时，注意观察裂缝是否出现；当发现第一条裂缝后记录前一级荷载下压力机荷载读数，并用裂缝测宽仪测量裂缝宽度；在以后继续注意观察裂缝的出现和开展情况；8加载至试验柱破坏，记录压力机荷载读数；9卸载，记录试验柱破坏时的裂缝分布情况；10试验完成，清理试验现场。3.3.6 实验数据处理及误差分析1根据实验压力机的荷载与侧向挠度的系列数据，制作相应的表格，绘制相应的荷载-挠度曲线图，并进行相应的分析；2根据实验压力机的荷载与混凝土应变的系列数据，制作相应的表格，并绘制相应的荷载-混凝土应变曲线图，并进行相应的分析；3根据实验压力机的荷载与钢筋应变的系列数据，制作相应的表格，并绘制相应的荷载-钢筋应变曲线图，并进行相应的分析；4绘制裂缝分布图，并记录开裂荷载；5记录试件的极限荷载，并其描述试件破坏的最终形态；6综合分析荷载-挠度曲线图、荷载-混凝土应变曲线图、荷载-钢筋应变曲线图、裂缝分布图以及试件破坏的最终形态等，以此来判断构件的破坏是属于小偏心受压破坏还是大偏心受压破坏；7理论计算开裂荷载和极限荷载，并将实测值与理论值进行比较，计算出相对误差，并进行分析讨论。3.3.7 实验报告要求1写出实验名称、实验目的与要求、实验原理、实验设备以及仪器、实验步骤等；2分别制作实验荷载与侧向挠度、混凝土应变以及钢筋