混凝土梁实验报告-清华大学

1、钢纤维混凝土梁实验报告一、 实验目的1. 在学习钢筋混凝土受弯构件正截面受弯性能、斜截面受剪性能以及钢筋的布置的基础上，通过钢筋混凝土简支梁的设计、制作和受弯全过程的试验，对受弯承载力、刚度和裂缝进行测定，并对破坏形态进行观测，进一步加强对钢筋混凝土梁受弯性能、正截面承载力计算理论、裂缝及变形性能的理解。2. 学习适筋梁、超筋梁和少筋梁的配筋，计算破坏荷载，观测破坏形态和挠度，裂缝开展和分布情况。3. 学习钢筋混凝土截面抗剪验算的方法。4. 了解并掌握钢筋混凝土构件的制作过程。5. 了解常用结构试验仪器的使用方法。6. 初步掌握结构试验测量数据的整理和分析，试验分析报告的撰写。7. 以钢纤维混

2、凝土的资料查找、钢纤维混凝土梁的制作及试验，培养对结构试验的兴趣，了解结构试验的前沿，并锻炼资料的自主查找学习能力。二、 实验要求1. 设计钢纤维混凝土单筋简支梁，使之在试验室提供的加载条件下破坏，观察破坏的全过程。2. 利用试验室提供的材料和试验器具，自己动手制作混凝土构件。3. 对制作试件的开裂荷载、破坏荷载以及受力性能进行预测。4. 混凝土构件加载试验，验证预测结果。三、 实验设计一）梁基本参数的选择1.试验梁的几何尺寸：a)梁截面尺寸：bh=100mm150mm；b)梁的跨度： l=1000mm；c)保护层厚度：c=15mm；2.钢筋型号：HRB335：a)钢筋直径： d=6mm；b)

3、钢筋的抗拉强度设计值：fy=300N/mm2；c)钢筋的抗压强度设计值：fy=300N/mm2；3.钢纤维混凝土等级：CF25：a)钢纤维混凝土轴心抗压强度设计值：ffc=11.9 N/mm2；b)基体混凝土轴心抗拉强度标准值： ft=1.27N/mm2；4.钢纤维几何尺寸：a)钢纤维长度：lf=30mm;b)钢纤维直径（等效直径）：df=0.6mm二）配合比及材料用量通过查阅相关钢纤维混凝土配合比设计的论文，试验用钢纤维混凝土配合比设计如下所示：a)设计要求：i.钢纤维混凝土强度为CF25；ii.维勃稠度为20s；b)材料选择：i.水泥强度，以大二建筑材料实验28d实测水泥强度42.5MPa

4、计算；ii.水灰比为0.566；iii.砂率为53.0%，粗骨料为最大粒径为20mm的碎石，细骨料为细砂；iV.钢纤维体积率为1.8%；c)用量：i.试验梁尺寸为100mmx150mmx1000mm；ii.测试试块为100mm立方体试块，一共三个；iii.混凝土用量为0.0180m3；iV.考虑到搅拌混凝土过程及浇筑过程中混凝土的损失，取扩大系数为1.25；V.混凝土实际用量：0.0180x1.25=0.0225m3；Vi.混凝土配合材料用量表：项目水泥砂石水钢纤维混凝土材料用量kg/m3321.56962.60 853.63182.00140.40材料实际用量kg7.2421.6619.21

5、4.103.16实际浇筑混凝土的时候，由于为了方便搅拌，所以多加入了1.2kg的水，所以实际的材料用量表应当作出调整，如下所示：项目 水泥砂石水钢纤维混凝土材料用量kg/m3321.56962.60 853.63235.29140.40材料实际用量kg7.2421.6619.215.33.16三）钢筋配置及用量试验梁钢筋配置设计如下：s 纵向受拉筋为3根直径6mm的HRB335钢筋s 上部架立筋为2根直径6mm的HPB235钢筋s 箍筋配置：因梁尺寸较小，不必做抗剪配筋计算，箍筋配置试配为6-100的HPB235级钢筋，经验算，满足规范要求。钢筋用量表构件名称构件数量钢筋型号钢筋直径有效长度单

6、根构件长度总长受拉筋3HRB3356mm970mm1030mm3090mm架立筋2HPB2356mm970mm1030mm2060mm箍筋9HPB2356mm410mm470mm4230mm配筋示意图四、 实验设备及材料1. 材料：水泥、细石、砂子、钢筋、铁丝、钢纤维2. 模具：s 实验室提供长9001500mm，高150mm，宽100mm的模具，用以制作试件。s 另外提供立方体留样模具3个，边长100mm。3. 加载设备：s 两端简支、跨中为集中荷载的加载台（含手动千斤顶），最大可加荷载为100kN4. 试验测量系统：s 百分表，用于量测钢筋混凝土梁的挠度。s 力传感器，用于量测手动千斤顶作

7、用在梁上的力。s 钢尺及其他工具。5. 记录用具：s 相机，用于记录裂缝分布与发展。s 坐标纸及数据记录表。五、 试件制作1. 筋绑扎钢筋笼的制作在寝室内进行。按照书上规定，一般梁箍筋直径不小于6mm，因此我们为自己的小型梁选用了6mm的箍筋。但是我们的梁尺寸的模数本来就不是很规范，实践证明，细小的铁丝也基本可以达到抗剪的要求。制作和绑扎箍筋这一项我们小组做得比较成功，钢骨架十分漂亮。2. 混凝土配制由于我们使用的是钢纤维混凝土，所以配制的过程比一般的混凝土要来得困难。在搅拌的时候，钢纤维会带来很大的阻力。而且，由于不是常规的混凝土，使得配合比的设计难度增大了不少，通过查阅资料，找到了几种经验

8、配制方式，并最终整合成设计书中的配合比。然而，在实际配制混凝土的过程中，却发现水过少。当把设计用水量全部倒入后搅拌了很久，还是不见有流动性。随后在老师的指导下，我们调整了用水量，使混凝土最终具有较好的流动性。但是水的使用量已经超出设计用量很多，而且由于控制的不是很好，用水过多，使混凝土有些泌水，导致了后来混凝土开裂严重。设计值已不具有参考价值，只能通过混凝土试块的强度实验重新对混凝土强度进行测定。3. 梁的浇筑浇筑梁的过程相对简单，但是第一次安装模板还是有很多可以学习的地方，如何让混凝土充分密实，如何防止砂浆从两端泌出等等，都是无法完全通过文字和图片能够学到的。六、 试验加载现场加载时，几个同

9、学分工。一人负责记录挠度及荷载，一人负责观察裂缝，另外两人分别负责加载和照相。在同时监控和记录同时进行的情况下，我们一点点地加大混凝土梁的荷载，并记录梁的开裂情况。s 当荷载加至4.026kN时，梁跨中底部开始出现裂纹，而随着荷载的不断增大，裂纹渐渐发展。s 在荷载加至14.596kN时，梁由于挠度变形较大、顶部混凝土压酥而判定为失效。 七、 理论荷载计算根据实验数据计算钢纤维混凝土的实际承载力：注：计算一下数据结果过程中变异系数、折减系数等均采用书中给出的值。实验测得抗压钢纤维混凝土试块破坏压力数据如下：试块123荷载（kN）124108124破坏压力的平均值13（124+108+124）=

10、118.67kN抗压强度fcu,m100=11.87MPa=11.87N/mm2，转换为标准立方体试块抗压强度平均值：fcu,m150=fcu,m100=0.9511.87=11.28 N/mm2换算为标准值：fcu,k150=(1-1.645) fcu,m150=11.28(1-1.6450.12)=9.053 N/mm2所以，fc,k150=0.880.761.09.053=6.055 N/mm2最终换算出俩的抗拉强度标准值：ftk=0.881.0(0.3956.0550.55) (1-1.6450.12)0.45=0.848 N/mm2fftk=ftk（1+tlt）=0.848（1+0.

11、760.9）=1.43 N/mm2fftu=fttult=0.8481.3961.301.09=0.861N/mm2 由于在计算实际承载力的时候，需要运用混凝土抗压强度的标准值，即在计算过程中认为ffc =fcu,k150=9.053 N/mm2所以根据实验结果再次进行计算：a)开裂荷载Mcr：Mcr=fftkbh2(h3+h4)= 724fftkbh2fftk=ftk（1+tlt）=1.44N/mm2；Mcr=fftkbh2(h3+h4)= 724fftkbh2=0.946kN mb)极限弯矩Mu： x0=fyAsbffc=28.11mmxt=h-x01=114.86mm；bxffc=fyA

12、s+fftubxt；ffc=9.053N/mm2； fftu=fttult=0.861 N/mm2；xt= h-x01=114.86mm；x=(fyAs+fftubxt)ffcb=39.03mm；满足xxbh0=72.6mm； Mfu=bxffc(h0-x/2)- fftubxt(xt/2 -a)=3.46kN m八、 实验结果及分析l 实验结果实验实测的数据如下所示：（经量测，实际加载的跨度为900mm）仪器读数与实际荷载之间的关系满足：实际荷载=仪器读数31.3跨中弯矩=实际荷载l4=实际荷载0.94仪器读数对应荷载kN裂缝宽度挠度0.001mm跨中弯矩kNm632.013770.4539

13、93.1631050.7121264.0261350.9061554.9521461.1141996.3581901.4312507.9872541.7973009.5653562.15234811.1186092.50239312.55610632.82546014.59610923.286500.816.000通过加载实验得到以上的相关数据。其中红色字体标出的为混凝土梁开裂时对应的情况，得到开裂时的弯矩Mcr实测=0.906kNm.黄色字体标出的为混凝土极限的情况，得到极限弯矩Mfu实测=3.286kNm.绿色字体标出的部分是现场计算中认为的极限情况，认为极限弯矩Mfu=3.6kNm，通过

14、进一步计算认定现场的计算情况不准确，Mfu=3.46kNm。l 实验分析由于Mu实测=3.286kNm，而理论值Mfu=3.46kNm，因此实际与理论的误差为从这方面说，实验是非常成功的。而实测量略小于理论值的原因，可能是以下几条:s 钢纤维搅拌不均匀，对混凝土的抗拉强度有一定影响。导致混凝土强度不如计算的强度大，从而实测值低于理论值。s 混凝土浇筑时，由于调整后的水灰比过大，使得混凝土有些泌水，从而导致了混凝土在没加载之前有些地方就已经开裂，影响了实测强度。s 混凝土梁的实际尺寸。由于浇筑技术的影响，使得实际的混凝土梁的长度并没有理论上的1000mm长，而只有950mm左右。因此，实际的极限弯矩就比理论值小。当然，根据我们混凝土梁“强剪弱弯”的设计准则，这根混凝土梁只产生了正截面受弯破坏，而不会产生斜截面受剪破坏。实验现象没有出现贯穿的斜裂缝就很好的验证了这一点。九、 实验结论本次实验基本完成了钢纤维混凝土梁的设计、浇筑以及试验加载过程，并且实验中钢纤维混凝土抗拉强度确有提高，达到了实验的基本目的。虽然试验并不十分严格，但是其还是为现实中的钢纤维混凝土的应用提供了一定的依据。钢纤维混凝土的配