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混凝土结构实验指导书(打印) 土木工程学院混凝土结构设计基本原理实验指导书及实验报告适用专业土木工程周淼编班级姓名学号河南理工大学xx年年9月月目目录实验一钢筋混凝土梁受弯性能试验.1实验一钢筋混凝土梁受弯性能试验实验报告.7实验二钢筋混凝土梁受剪性能试验.11实验二钢筋混凝土梁受剪性能试验实验报告.153学生实验守则 一、学生必须按照教学计划规定的时间到实验室上实验课，不得无故迟到、早退。 二、实验前必须认真预习实验讲义或实验指导书，明确实验目的和基本要求，掌握实验原理、方法、步骤，了解有关仪器的性能配置，熟悉其操作规程及安全注意事项。 三、进入实验室必须遵守实验室的一切规章制度，在实验室内服从教师指导，在指定地点进行实验；保持室内清洁、安静，不许吸烟、随地吐痰、乱扔纸屑及其它杂物。 四、实验前应核对自己所用的仪器、工具等，如有问题向指导教师报告，未经许可不准动用与本实验无关的仪器设备。 五、实验中听从指导教师和实验技术人员的指导，提倡独立思考、科学操作、细致观察、如实记录，自觉培养严谨、求实的科学作风和生动活泼、勇于探索创新的学风。 六、实验时要注意安全，防止发生意外。 若发生事故，应及时向实验指导人员报告，并采取相应的措施，减少事故的损失。 七、实验完毕后，须好使用的仪器设备，清理实验场地，经指导教师同意后，方可离开实验室。 实验一钢筋混凝土梁受弯性能试验 一、实验目的1.了解适筋梁的受力过程和破坏特征；2.验证钢筋混凝土受弯构件正截面强度理论和计算公式；3.掌握钢筋混凝土受弯构件的实验方法及荷载、应变、挠度、裂缝宽度等数据的测试技术和有关仪器的使用方法；4.培养学生对钢筋混凝土基本构件的初步实验分析能力。 二、基本原理当梁中纵向受力钢筋的配筋率适中时，梁正截面受弯破坏过程表现为典型的三个阶段第一阶段弹性阶段（I阶段）当荷载较小时，混凝土梁如同两种弹性材料组成的组合梁，梁截面的应力呈线性分布，卸载后几乎无残余变形。 当梁受拉区混凝土的最大拉应力达到混凝土的抗拉强度，且最大的混凝土拉应变超过混凝土的极限受拉应变时，在纯弯段某一薄弱截面出现首条垂直裂缝。 梁开裂标志着第一阶段的结束。 此时，梁纯弯段截面承担的弯矩M cr称为开裂弯矩。 第二阶段带裂缝工作阶段（II阶段）梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力急增，且通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝。 压区混凝土中压应力也由线性分布转化为非线性分布。 当受拉钢筋屈服时标志着第二阶段的结束。 此时梁纯弯段截面承担的弯矩M y称为屈服弯矩。 第三阶段破坏阶段（III阶段）钢筋屈服后，在很小的荷载增量下，梁会产生很大的变形。 裂缝的高度和宽度进一步发展，中和轴不断上移，压区混凝土应力分布曲线渐趋丰满。 当受压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限压应变时，压区混凝土压碎，梁正截面受弯破坏。 此时，梁承担的弯矩M u称为极限弯矩。 适筋梁的破坏始于纵筋屈服，终于混凝土压碎。 整个过程要经历相当大的变形，破坏前有明显的预兆。 这种破坏称为适筋破坏，属于延性破坏。 1 三、试验装置b1试验梁；2滚动铰支座；3固定铰支座；4支墩；5分配梁滚动铰支座；6分配梁固定铰支座；7集中力下的垫板；8分配梁；9反力梁及龙门架；10千斤顶；图1钢筋混凝土梁受弯试验装置图P/2P/21001006006006002000（a）加载简图（kN，mm）0.3P（b）弯矩图（kNm）P/2（c）剪力图（kN）图2梁受弯试验加载和内力简图图1为本课程进行梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。 采用两点集中力加载，在跨中形成纯弯段，由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载，压力传感器测定荷载值。 梁受弯性能试验，取L=2000mm，a=100mm，b=600mm。 四、加载方式 1、单调分级加载机制试件的加载简图和相应的弯矩、剪力图见图2所示。 梁受弯试验采用单调分级加载，每次加载时间间隔为15分钟。 在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷2载是分级荷载的前2级。 对于适筋梁，在加载到开裂试验荷载计算值的90以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20；达到开裂试验荷载计算值的90以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5；当试件开裂后，每级荷载值取10的承载力试验荷载计算值（P u）的级距；当加载达到纵向受拉钢筋屈服后，按跨中位移控制加载，加载的级距为钢筋屈服工况对应的跨中位移y?；加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。 2、开裂荷载实测值确定方法对于正截面出现裂缝的试验构件，可采用下列方法确定开裂荷载实测值放大镜观察法用放大倍率不低于四倍的放大镜观察裂缝的出现；当加载过程中第一次出现裂缝时，应取前一级荷载作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间内第一次出现裂缝时，应取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间结束后第一次出现裂缝时，应取本次荷载值作为开裂荷载实测值。 荷载挠度曲线判别法测定试件的最大挠度，取其荷载挠度曲线上斜率首次发生突变时的荷载值作为开裂荷载的实测值；连续布置应变计法在截面受拉区最外层表面，沿受力主筋方向在拉应力最大区段的全长范围内连续搭接布置应变计监测应变值的发展，取任一应变计的应变增量有突变时的荷载值作为开裂荷载实测值。 3、承载力极限状态确定方法对梁试件进行受弯承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载对有明显物理流限的热轧钢筋，其受拉主筋的受拉应变达到0.01；受拉主钢筋拉断；受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm；挠度达到跨度的1/30；受压区混凝土压坏。 五、测试方法及试验中所用的仪器、仪表1.测试方法正位实验、机测法、电测法结合2.加载设备加荷架、手动千斤顶3.测试设备静态电阻应变仪34.位移计百分表5.裂缝读数显微镜（或裂缝测宽仪）6.其它卷尺、毛笔、墨、放大镜等 六、试件设计 1、试件设计的依据根据梁正截面受压区相对高度?和界限受压区相对高度b?的比较可以判断出受弯构件的类型当b?时，为适筋梁；当b?时，为超筋梁。 界限受压区相对高度b?可按下式计算bys0.810.0033fE? (1)其中在进行受弯试件梁设计时，yf、分别取混凝土结构设计规范规定的钢筋受拉强度标准值和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时，sEyf、分别取钢筋试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准值和弹性模量。 sE 2、试件的主要参数试件尺寸（矩形截面）bhl1002002000mm；混凝土强度等级C25；纵向受拉钢筋的种类HRB335；箍筋的种类HPB300；纵向钢筋混凝土保护层厚度25mm；试件的配筋情况见图3。 3、试件加载估算开裂弯矩估算2cr tk0.292(12.5)AM fbh? (2)8100?28?25xx100150?212?25100100100600600600图3梁截面尺寸及配筋图4其中E sA2Abh?，sEcEE?。 屈服弯矩估算作为估算，可以假定钢筋屈服时，压区混凝土的应力为线性分布，因此有y ys0n(/3)0.9uM fA hx M? (3)极限弯矩估算?b bc ubhf M?5.01201? (4)按现行规范计算试验梁的极限承载力，并选定加荷级数（一般选用10级）及每级加载的荷载量。 第一级应考虑梁自重、分配梁和千斤顶自重等荷载，临近开裂和破坏时，可半级或1/4级加载。 七、量测内容 1、混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置4个位移计，位移计间距40mm，标距为150mm，以量测梁侧表面混凝土沿截面高度的平均应变分布规律，测点布置见图4。 图4梁受弯试验混凝土平均应变测点布置 2、纵向钢筋应变在试件纵向受拉钢筋中部粘贴电阻应变片，以量测加载过程中钢筋的应力变化，测点布置见图5。 钢筋应变片（贴于钢筋下侧）图5纵筋应变片布置 3、挠度对受弯构件的挠度测点应布置在构件跨中或挠度最大的部位截面的中轴线上，如图6所示。 在试验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。 试验时在每级荷载下，应在规定的荷钢筋应变片2200钢筋应变片1100100010005载持续试件结束时量测构件的变形。 结构构件各部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一致，各测点间读数时间间隔不宜过长。 图6梁受弯试验挠度测点布置 4、裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制100mm100mm的网格。 试验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。 构件开裂后立即对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4P u0.7P u)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍摄后手工绘制裂缝展开图，裂缝宽度的测量位置为构件的侧面相应于受拉主筋高度处。 最大裂缝宽度应在使用状态短期试验荷载值持续15min结束时进行量测。 七、实验步骤试验前学生应仔细阅读实验指导书，了解试验过程，粘贴电阻应变片（程序为构件表面磨平处理、表面清洗、粘贴应变计、导线焊接等），要求位置准确，粘贴牢固，无气泡。 根据试验梁的截面尺寸、配筋数量、材料强度等估算试验梁的开裂荷载值和破坏荷载值。 试验时，由学生自己提出具体实施方案，经指导教师同意后，分组自行操作试验。 教师给出试验所需的仪器设备并进行实时指导。 具体试验步骤如下 （1）检查试验装置，并按照预定试验方案进行试件安装，布置测试仪表； （2）测量梁的实际跨度、截面尺寸、加载点位置及混凝土应变计位置等； （3）预加载试验（按破坏荷载的20%考虑），按13级预加载（02kN3kN4kN），测读数据，观察试件、装置和仪表工作是否正常并及时排除故障，预载值必须小于构件的开裂荷载值，然后卸载至0； （4）确认仪表等均正常后，试验开始，读初值； （5）按预定加载方案进行加载，在试验梁上发现第一条裂缝后，对试验梁表面裂缝进行标记，确定开裂荷载读数；试验中应认真观察试验梁上原有裂缝的发展和新裂缝的出现等情况并进行标记，读取裂缝宽度，量取裂缝间距并记录试验数据；6 （6）卸载，记录试验梁破坏时裂缝的分布情况； （7）试验完成后，试验现场，交还所借仪器设备。 7实验一钢筋混凝土梁受弯性能试验实验报告 1、实际量测试件的几何尺寸，根据实测材性计算出梁的开裂荷载和破坏荷载； （1）试件尺寸几何尺寸bhl(mm)砼强度等级纵向受力筋箍筋架立筋保护层厚度（mm） （2）砼及钢筋的基本性能参数f c=E c=f y=E s= （3）根据试件的原始资料，做理论计算开裂荷载P cr（kN）屈服荷载P y（kN）极限荷载P u（kN） 2、根据试验数据，绘制荷载P与最大挠度点f的关系曲线、荷载与受拉钢筋应变点s?的关系曲线、荷载与受压区砼最大应变点c?的关系曲线； 83、将实测值与理论计算值进行比较，并分析其产生差异的原因。 开裂荷载P cr（kN）破坏荷载P u（kN）最大挠度f（mm）实测值理论值实测/理论94.描述梁的破坏特征，并对受弯梁的工作性能作出评定。 10实验二钢筋混凝土梁受剪性能试验 一、实验目的1.了解适筋梁的受力过程和破坏特征（剪压破坏）；2.验证钢筋混凝土受弯构件斜截面强度理论和计算公式；3.掌握钢筋混凝土受弯构件的实验方法及荷载、应变、挠度、裂缝宽度等数据的测试技术和有关仪器的使用方法；4.培养学生对钢筋混凝土基本构件的初步实验分析能力。 二、基本原理混凝土梁在一般情况下的破坏形式有两类正截面破坏和斜截面破坏。 前者是由与构件纵向轴线相垂直截面上的正应力引起的；后者则是由构件中与构件轴线成一定角度的主拉应力引起的。 一般情况下，这两种应力均存在，究竟构件会发生哪种形式的破坏，取决于两种应力之中的哪一种先达到其相应的强度。 梁斜截面破坏包括斜截面受剪破坏和斜截面受弯破坏。 斜截面受剪破坏又可分为剪压、斜压和斜拉三种破坏模式。 （1）剪压破坏当剪跨比13?，且配箍量适中时多发生剪压破坏。 试件的受力过程可按裂缝出现前后划分为两个阶段。 第I阶段，当荷载很小时，梁上无裂缝发生，纵筋和箍筋的应力都很小。 随着荷载的增加，先在纯弯区段出现垂直裂缝，随后在弯剪共同作用的区段出现斜裂缝。 在几条斜裂缝中形成一条主斜裂缝后，梁的受力过程进入第II阶段。 此时因开裂混凝土退出工作，与斜裂缝相交的箍筋的应力急剧增加，出现明显的应力重分布现象，这在荷载箍筋应力曲线上表现为明显的转折。 随着荷载的增加，箍筋应力继续迅速增长，斜裂缝不断扩展并向加载点（通常是加载板的外侧）延伸，使斜裂缝上端接近加载点处的混凝土剪压区的截面面积不断减小。 当箍筋达到其屈服强度时，随着上述剪压区混凝土被剪压破坏，第II阶段的受力过程结束。 这种破坏称为剪压破坏。 （2）斜压破坏当剪跨比1?时，或虽剪跨比适中但配置的箍筋数量过多时，支座与集中荷载加载点之间的混凝土犹如一个斜压短柱。 斜裂缝起始于梁的腹部，并向集中荷载点和支座扩展。 随着荷载的增加，斜裂缝增多，最后在梁腹部发生类似短柱的破坏，这种破坏称为斜压破坏。 斜压破坏梁中的箍筋一般未屈服。 （3）斜拉破坏当剪跨比3?，且配箍率很小时，斜裂缝一出现即迅速延伸到集中荷载作用点处，使梁斜向被拉断成两部分而破坏，称为斜拉破坏。 一般情况下，试验梁先出现受弯裂缝后出现受剪裂缝，且受11剪破坏为脆性破坏，无明显预兆梁斜向被拉断，无剪压区混凝土压碎现象。 梁的抗剪能力取决于混凝土抗拉强度，其承载力明显低于剪压破坏的梁。 三、试验装置梁受剪性能试验的试验装置和梁受弯性能试验的相同，见图1。 试验加载简图见下图7。 P/2P/210010010004004002000图7加载简图（kN，mm） 四、加载方式 1、单调分级加载机制与梁受弯试验一样，梁受剪试验也采用单调分级加载。 在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前1级。 正式加载的分级情况为在最大斜裂缝宽度发展至0.6mm以前，根据预计的受剪破坏荷载分级进行加载，每级荷载约为破坏荷载的20，每次加载时间间隔为15分钟；当最大斜裂缝宽度发展至0.6mm以后，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。 2、承载力极限状态确定方法对梁试件进行受剪承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载斜裂缝端部受压区混凝土剪压破坏；沿斜截面混凝土斜向受压破坏；沿斜截面撕裂形成斜拉破坏；钢筋与斜裂缝交会处的斜裂缝宽度达到1.5mm； 五、试件设计 1、试件设计的依据根据剪跨比?和弯剪区箍筋配筋量的调整，可将试件设计为剪压、斜压和斜拉破坏。 进行试件12设计时，应保证梁受弯极限荷载的预估值比剪极限荷载预估值大。 2、试件的主要参数1508?82?图8梁截面尺寸及配筋图试件尺寸（矩形截面）bhl1002002000mm；混凝土强度等级C25；纵向受拉钢筋的种类HRB335；箍筋的种类HPB300；纵向钢筋混凝土保护层厚度25mm；试件的配筋情况见图8。 3、试件加载估算试件受弯极限荷载按照上述的梁受弯承载力计算，其中材料强度采用设计值。 对于梁受剪承载力可参照规范GB50010xx的有关公式计算，其中材料强度采用设计值，即00175.1hsAf bhf Vsvyvt u? (5)uQ u2P V? (6)其中，当1.5?时，取1.5?，当3?时，取3?。 六、量测内容 1、纵向钢筋应变梁受剪试验试件的纵向钢筋应变布置同梁受弯试验试件，见图5。 图9梁受剪试验箍筋应变测点布置 2、箍筋钢筋应变1001508?xx12?2000P/2P/234513箍筋的钢筋应变片布置