钢筋混凝土受弯构件正截面试验分解

1、钢筋混凝土受弯构件正截面试 验分解混凝土结构设计原理实验报告实验一钢筋混凝土受弯构件正截面试验二零一零年十二月仲恺农业工程学院城市建设学院1. 实验目的:3实验室实验目的：.3模拟实验目的：32. 实验设备：3试件特征3实验室仪器设备：4模拟实验仪器设备： 43、实验简图4少筋破坏-配筋截面：4适筋破坏-酉己筋截面5超筋破坏-配筋截面54.1少筋破坏：6（1）计算的极限弯矩、破坏弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。 6（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度） 6（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）8（4） 简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。94.2适筋破坏： 11（1）计算的R开

2、裂弯矩、极限弯矩与模?拟实验的数值对比，分彳析原犬。11(2) 绘出试验梁p-f变形曲线。(计算挠度).12(3) 绘制裂缝分布形态图。(计算裂缝)15(4) 简述裂缝的岀现、分布和展开的过程与机理。16(5) 简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。184.3超筋破坏:2 0(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。20(2) 绘出试验梁p-f变形曲线。(计算挠度).21(3) 绘制裂缝分布形态图。(计算裂缝)23(4 )简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。24(5) 简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。265、实验结果讨论与实验

3、小结。 26仲恺农业工程学院实验报告纸实验一钢筋混凝土受弯构件正截面试验1实验目的：A、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：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

4、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、分别进行少钢筋、适筋梁、超筋梁的实验，实验录像与模拟实验（实用 SSBCAI 钢筋混凝土简支梁加载试验模拟辅助教学软件）相结合，观察相同截面、相同实验条件，不同配筋的梁构件在荷载作用下的工作性能、变化规律、破坏形态等。3、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。4、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。2实验设备：A、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，

5、ftk = 1.78N / mm , fck = 16.7 N / mm2，ft=1.27 N/mm 2)纵向向受力钢筋等级为 HRB400 级(fyk =400N /mm2, fstk = 540N / mm2, Ec 二 2.0 105)箍筋与架立钢筋强度等级为 HPB300级（fyk =300N/mm2Ec =2.1 105）（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

6、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：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：1、笔、计算纸2、电脑3、SSBCAI 软件3、实验简图I 1100 |1100 1| 1100 11 11 11 1150（受力简图）本次试验我分配的梁的跨度I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

7、宽度b取150mm。外力加载处位于总 长的1/3即1100处。（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

8、方毫米，经检验满足构造要求。少筋破坏-配筋截面:3300模拟实验加载数据：1、荷载0 kg0.3kn属于弹性阶段，当荷载达到 0.3kn后进入塑形阶段。2、荷载0.3kg 6.0kn属于塑形阶段，当荷载达到 6.0kn后混凝土开始开裂3、荷载达到9.7kn时钢筋达到屈服强度，该梁破坏。适筋破坏-配筋截面0 680模拟实验加载数据：厂弓2 #18hO1、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0.4kg 6.9kn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5

9、5.2kn时混凝土达到抗压峰值该梁破坏。超筋破坏-配筋截面 6803300 60)&01-228、O寸150模拟实验加载数据：1、荷载0 kg4.2kn属于弹性阶段，当荷载达到 4.2kn后进入塑形阶段。2、荷载4.2kg 11.4kn属于塑形阶段，当荷载达到11.4kn后混凝土开始开裂3、荷载达到80.2kn时混凝土达到受压屈服强度但钢筋未达到抗拉屈服强度。4、荷载达到94.6kn时钢筋达到抗拉屈服强度该梁破坏。4.1少筋破坏：(1) 计算的极限弯矩、破坏弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因极限弯矩：ho 二 400 - 34 二 366mm=11.124mmfykAs355 x 78.5x

10、=i fck:150Mu =aifckbX(h。-0.5X) =1.0 16.7 150 11.124(366 -11.124 /2) =10.044kn m极限荷载:l Mu Fu =a10.0441.1= 9.131kn模拟实验破坏荷载与计算破坏荷载比较:误差符合要求(9.7-9.131) / 9.7=5.86%50%结论：本次实验数据对比，误差存在，产生误差的主要原 因有三点：1实验时没有考虑梁的自重，而计算理论值时会把 自重考虑进去。2. 计算的阶段值都是现象发生前一刻的荷载，但是 实验给出的却是现象发生后一刻的荷载。3. 破坏荷载与屈服荷载的大小相差很小，1.5倍不能 准确的计算破坏

11、荷载。4. 整个计算过程都假设中和轴在受弯截面的中间。(2) 绘出试验梁p-f变形曲线。(计算挠度)极限状态下的挠度h。二 400 - 34 二 366mmAs 78 5；-te-=0.002611 取 1PteosqEs二戶 -Ec2 10542.8 10=7.142、（b f -b）h ff bh=0BsAsb h078.5150 366= 0.0014EsAsh。22 105 78.5 3662I.15%1.15 10.26 7.142 0.00142.103 10121.410= 1.501 1012N mm22 2 2 224 l224 3.32S=3=3 33 J1 “065Fa9

12、 131 x10f(3L02 -4a2)石(3 3 3 0 0 2 - 4 11002) =7.054 ： L / 200=16.5mm满足要求24 B24 1.501 10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编 号12345678910荷载0.324.248.189.49.519.579.629.649.659.66挠度0.033.216.2311.8320.1930.3241.9654.8259.3466.29p-f变形曲线(3) 绘制裂缝分布形态图。(计算裂缝)裂缝分布形态(4)简述裂缝的出现、分布和展开的过

13、程与机理 在荷载为0.3kn前，梁处于弹性阶段；在荷载增加 至吠约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。一刘荷载in_ 004080 120 160 200 :1 1 L 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、实验荷载一最大裂缝宽度曲线如下：20荷载100最大裂缝宽度nun0.05.1*15.：1 1 1 又因为配筋率少于最小 配筋率，故一旦原来由混

14、 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-20-100 .1 .2 :、!,5 .6 .T .8 月1 1 11 1 1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。实验荷载一相对受压区高度曲线 如右图：4.2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

15、比，分析原因开裂弯矩：ho =40040 = 360mmftkAsx =j.1 fckb1.78 5091.0 16.7 150=0.362mmMcr =a1fckbX(h。-0.5X) =1.0 16.7 150 0.362(366 - 0.362 /2) = 0.3269kn m开裂荷载:Mcr Fu = a0.32691.1= 0.297kn屈服弯矩：h。二 40040 二 360mmfykAsx ：1 fckb400 5091.0 16.7 150=81.277 mmMyk 二 a1fckbX(h0 -0.5X) =1.0 16.7 150 81.277(360 -81.277 / 2

16、) = 65.022kn m屈服荷载:Fyk =Myka65.0221.1=59.111kn极限弯矩：h0 = 400-40 = 360mm=109.725mmfstkAs540 汽 509x =1 fckb1.0 勺6.7 050Mu =a1fckbX(h0 -0.5X) =1.0 16.7 150 109.725(360 -109.725 / 2 83.870kn m极限荷载：Fu83.8701.1二 76.246kn两个开裂弯矩对比两个屈服弯矩对比两个极限弯矩对比误差符合要求模拟实验破坏荷载与计算破坏荷载比较:(6.9-0.297) /6.9=95.6%50% (59.11-52.9)/

17、 59.11=10.5%50% (76.246-55.2) / 55.2=38.12%0.01 取0.017Ate 0.5 150 400Csq=Mu=0.87h0As83.87 1060.87 360 509=526.09N/mm-=1.1-0.65 -=1.1-0.65 必 =0.980Pteosq0.017 x 526.095Es 2 105.-；E=Ec 2.8 104=7.142Y、f(bf-b)h f 丸bh。AS 5090.0014b h0150 366BEsAsh。2J.15需2 105 509 36021.15 0.98 0.26 7142 O0014319 10二1.094

18、 1013N mm21.2062jb(3l83 87 x 106応(3 33002 -4 11002) =8.890 ： L/200=16.5mm满足要求24 1.094 10屈服状态下的挠度h0 = 400-40 = 360mmAs509廿忑 -=0.01700.01 取 0.017Ate 0.5 150 400Myk 65.022 106；pq二=407.87N/mm0.87h0As 0.87 360 509- =1.1-0.65 =1.1-0.65 必 =0.933 乐聞0.017 =0.01 取 0.017Ate 0.5 150 400Mcr-_sq=二0.87h0As=2.051N/

19、mm 20.87 360 509-=1.1-0.65 竺 =1.1-0.65178=-32：0.2 取 0.2住ES:E=-EC52 104=7.142Bs（bf-b）h fbhAsb h509150 366EsAsh。2=0= 0.0014522 10509 3601.15 0.2 0.26 7.142 0.00141+0131.319 100.8272= 1.595 1013N mm22.8 10f 二境（3L2 Jj：3；69。/3 论 一4 11002）巾02 L/200=16m 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。编 号123456

20、7891011121314荷载0.3511.1621.3430.839.5147.455454.7755.2655.4955.5555.5255.4355.27挠度0.031.953.785.557.258.8910.5913.616.7119.7722.7125.5328.2431.2同上方法可以计算出不同荷载作用下的挠度荷载-挠度曲线p-f变形曲线（3）绘制裂缝分布形态图。（计算裂缝）极限状态裂缝宽度唱曲0叱）皿 98需陀 31+0.085。9/（40。15。）=0.751亦屈服状态裂缝宽度maxcr 旦=(1.9Cs+0.08如)=1.9 0.933407.87(1.9 31+0.081

21、0)=0.750mmEsRe2況105509/(400勺50)开裂状态裂缝宽度)=0.00059mm= ：cr sq=(1.9Cs+0.08deq)= 1.9 0.2 2.0515(1.9 31+0.0810EsPe2 汉105509/(400150)编1234567891011121314号荷 载0.3511.1621.3430.839.5147.455454.7755.2655.4955.5555.5255.4355.27裂 缝 宽 度0.031.953.785.557.258.8910.5913.616.7119.7722.7125.5330.1931.2用同样的方法可计算出如下表:理论

22、荷载-最大裂缝曲线模拟实验荷载-最大裂缝曲线(4) 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

23、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

24、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

25、大非常有限， 而由于裂缝的急剧开展和混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。（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。a三种破坏形态均采用相同的梁截面及梁长及混凝土 等级；b我们把三种破坏形态的配筋率对计算正截面承载 力、挠度和裂缝的影响进行分析与模拟试验的有一 定的差别，但这并不影响分析结果。c从以上数据分析可得随着配筋率的改变，构件的破 坏特征将发生本质的变化，随着配筋率的增大构件 正截面承载力随着增大、挠度也随着增大

26、，但是裂 缝宽度却随着减少，因为所选取钢筋级数的影响所 以我们组所得数据中的配筋率对裂缝宽度的影响 没有与分析结果一致。4.3超筋破坏:(1)计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因开裂弯矩：2ho =400 -25 -6-28 / 2 =355mmAs=1232mmftkAsx =：1 fckb1.78 12321.0 16.7 150=0.875mmMcr =a1fckbX(h。-0.5X) =1.0 16.7 150 0.875(355 -0.875/2) = 0.777kn m开裂荷载:FuMcra0.7771.1= 0.706kn极限荷载：h。二 40040 = 360

27、mmfstkAsJ.1 fckb540 5091.0 16.7 150=265.580 mmMu =a1fckbX(h。-0.5X) =1.0 16.7 150 265.580(355 -265.58 / 2) =147.83kn m极限荷载:Fu147.831.1=134.39k n两个极限荷载对比：(134.39-94.6)/ 94.6=40.26%50%误差符合要求。结论：本次实验数据对比，误差存在，产生误差的主要原 因有三点：1实验时没有考虑梁的自重，而计算理论值时会把 自重考虑进去。2. 计算的阶段值都是现象发生前一刻的荷载，但是 实验给出的却是现象发生后一刻的荷载。3. 破坏荷载与

28、屈服荷载的大小相差很小，1.5倍不能 准确的计算破坏荷载。4. 整个计算过程都假设中和轴在受弯截面的中间。（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）极限状态下的挠度2h。=400 -25 -6-28/2 = 355mmAs=1232mmAte爲亦严1001 取04106Mu123.39 00=319.777N/mmCsq=0.87h0As 0.87 360 1232 -=1.1-0.65 -=1.1-0.65 竺 =0.887Pte0.017 x 319.77Es2 105:e=4 =7.142Ec2.8 10（bf-b）h fbh。=0I斗上J =0.023 b h0150 355BsEs

29、Ash022 105 1232 35521.15 0.8870.26 7.142 0.0231 + 03.105 10132.206132= 1.408 10 N mmFa 2,2、(3 Lo 4a )=24B6123.39 1024 1.408 10(3 33002 -4 11002) =10.162 ： L/200=16.5mm 满足要求开裂状态下的挠度2h。=400 -25 -6-28/2 = 355mmAs=1232mmAsAte爲亦严10。.01 取 .04106Csq=1.830N/mmMu =0.706x100.87h0As = 0.87 360 1232ftk1.78口w =1

30、.1-0.65 . 一 =1.1-0.65=-21： 0.2 取0.2Pteosq0.017 汇 1.830Es2 105:-e=4=7.142Ec2.8 10、（bb）h fbh。=0一 As b h1232150 355= 0.023BsEsAsh022 105 1232 35521.15 0.2 0.26 7.142 0.0231+03.105 10132.566132=1.210 10 N mmFa 2. 2.二莎(3L0 -4a)6123.39 101324 1.210 10(3 33002 -4 11002) =11.825 ： L/200=16.5mm 满足要求与实验结果相差50

31、%以内计算结果符合误差要求，但不 符合安全构造要求。编 号1234567891011121314荷0.3914.2527.1539.0149.859.5168.0875.4781.6986.3889.7392.0693.6294.65格:荷载-挠度曲线( 载 荷挠度(mm验荷载-挠度曲线线p-f变形曲线(3) 绘制裂缝分布形态图。(计算裂缝)极限状态裂缝宽度国 max =o(cr普 空 汉(1.9Cs+0.08如)=1.9 汉 0.887319777(1. 45+0.0828)=0.524mmEsRe2051232/(400X50)用同样的方法可计算出如下表编12345678910111213

32、14号荷0.3914.2527.1539.0149.859.5168.0875.4781.6986.3889.7392.0693.6294.65载最-1 诺 (kn)大-100-80宽 度00.020.060.10.140.170.2一関-40/0.230.25-20-0丨/0.270.280.30.310.32盘犬裂盤宽度农】裂0L0511 1.152.251 13.351.4.1 11缝理论荷载-最大裂缝宽度曲线模拟实验荷载-最大裂缝宽度曲线荷载-最大裂缝宽度(4) 简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理A、在荷载4.2KN以内，此 阶段受拉和受压区箍筋以 及混凝土都处于弹性阶 段，应力应变曲线呈现为 直线。B、荷载继续增加，受拉区混凝土进入塑性阶段，混凝土的受拉应力应变曲线开始 呈现明显的曲线性，并且曲线的切线斜率不断减少，表现为在受拉区压应变增大过程中，受拉区混凝土合拉力的增长不断减少，而此时受压区混凝土和受拉钢筋仍工 作在弹性范围内，呈直线增长，于是受压区高度降低， 以保证截面内力平衡（若受压区高度不变或增大，则截 面合压力增长大于合拉力增长，内力将会不平衡）。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。C、当荷载达到