混凝土结构设计原理_实验指导书

1、混凝土结构设计原理实 验 指 导 书i实验一、梁正截面受弯破坏实验一、实验目的1了解钢筋混凝土梁正截面受弯破坏过程及破坏形态，观察裂缝的开展情况；2通过测定混凝土梁侧面应变大小，验证平截面假定，同时测定梁在各级荷载作用下跨中挠度变形值； 3测定钢筋混凝土梁的开裂荷载、极限承载力，验证受弯构件正截面的承载力计算公式。二、 实验装置图1为本课程进行梁受弯性能实验采用的加载装置，加载设备为手动千斤顶。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。梁受弯性能实验，取L=1400mm，a=50mm，b=450mm，c=400 mm。1试验梁；2滚动

2、铰支座；3固定铰支座；4支墩；5分配梁滚动铰支座；6分配梁滚动铰支座；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 梁受弯实验装置图（a）加载简图（kN）（b）弯矩图（kNm）（c）剪力图（kN）图2 梁受弯试验加载和内力简图三、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的比较可以判断出受弯构件的类型：当时，为适筋梁；当时，为超筋梁。界限受压区相对高度可按下式计算： (1-1)其中在进行受弯试件梁设计时，、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，、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

3、量。对于少筋梁，设计试件配筋时，需要控制梁受拉钢筋配筋率不大于适筋构件的最小配筋率，其中可按下式计算。 (1-2)（2）试件的主要参数 试件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1400mm；混凝土强度等级：C20；纵向受拉钢筋的种类：HRB335（适筋梁和超筋梁），HPB300（少筋梁）；箍筋的种类：HPB300（纯弯段无箍筋）；纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm；试件的配筋情况见图3和表1。 图3 梁受弯试验试件配筋表1 梁受弯试件的配筋试件编号试件特征配筋情况预估荷载P (kN)PcrPyPuMLA适筋梁214210850(2)10.844.

4、449.3MLB超筋梁222210850(2)16.170.0MLC少筋梁262106100(2)7.27.2（3）试件加载估算开裂弯矩估算 (1-3)其中，。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： (1-4)极限弯矩估算对于适筋梁： ， (1-5)对于超筋梁： (1-6)对于少筋梁： (1-7)四、量测内容（1）混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置5个应变片，应变片间距40mm，应变片大小建议选择40mm、60mm，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图.5 纵筋应变片布置（2）纵向钢筋

5、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。（3）挠度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。试验时在每级荷载作用下，应在规定的荷载持续时间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50mm×50mm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，用裂缝测宽仪及钢直尺等

6、工具量测各级荷载(0.4Pu0.7Pu)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。五、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1和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，需要进行预加载，预加载所用的荷载可为分级荷载的前2级。适筋梁加载方式：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

7、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（Pu）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；加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。超筋梁加载方式：的加载机制同适筋梁；在加载达到承载力试验荷载计算值的90以后，每级荷载值不宜大于开裂试验荷载值的5；加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。少筋梁加载方式：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；少筋梁的开裂荷载和破坏荷载接近，而且表现为脆性破

8、坏，注意加载过程的安全防护。（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

9、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。六、实验结果整理、分析（1）认真填写实验记录表，整理实验数据；（2）计算每级荷载作用下，跨中及对称加载点的实测挠度值。其中跨中挠度值等于跨中百分表测量值减去两支座位百分表测量值的平均

10、值。根据计算结果，绘出简支梁的弹性曲线（整体变形曲线）；（3）绘制裂缝分布形态图；（4）根据实验梁材料的实测强度及几何尺寸，计算正截面承载力的理论值，并与梁的正截面承载力实测值进行比较，计算出实测值与理论值的符合程度？实验二、梁斜截面受剪破坏试验一、实验目的1了解钢筋混凝土梁斜截面受剪破坏过程及破坏形态，观察裂缝的开展情况，加深理解箍筋在斜截面抗剪中的作用；2测定钢筋混凝土梁斜截面的开裂荷载和极限承载力，验证斜截面受剪承载力计算公式。二、 实验装置梁斜截面受剪破坏实验的试验装置和梁受弯破坏实验的试验装置相同，见图1。根据不同的试验设计，调整加载点的位置b，具体调整数值见表2。三、试件设计（1）

11、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。进行试件设计时，应保证梁受弯极限荷载的预估值比受剪极限荷载预估值大。（2）试件的主要参数 试件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1400mm；混凝土强度等级：C20；纵向受拉钢筋的种类：HRB335；箍筋的种类：HPB235；纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm；试件的配筋情况见表2和图7； 表2 梁受剪试件的配筋试件编号试件特征配筋情况加载位置b（mm）预估受剪极限荷载PuQ (kN)预估受弯极限荷载PuM (kN)QA剪压破坏6150(2)218210400

12、63104QB斜压破坏650/100(2)218210200138208QC斜拉破坏6200(2)2182105005069(a)剪压破坏试件(b)斜压破坏试件(c)斜拉破坏试件图7 梁受剪试件配筋 （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GB500102010的有关公式计算，其中材料强度采用标准值，即： (3-9) (3-10)其中，当时，取，当时，取。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

13、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、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

14、梁受弯试验试件，见图5。 （2）箍筋钢筋应变箍筋的钢筋应变片布置见图8，实际的应变计测点编号以指导教师告知结果为准。(a)剪压破坏试件(b)斜压破坏试件(c)斜拉破坏试件图8 梁受剪试验箍筋应变测点布置（3）挠度梁斜截面受剪破坏试验试件的挠度布置同梁受弯试验试件，见图6。（4）裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm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，用裂缝测宽仪及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu0.7Pu)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，对于垂直裂缝的宽度应在结构构件的侧面相应于受拉主筋高度处量测；斜裂缝的宽度应在斜裂缝与箍筋交汇处量测。六、实验结果的整理、分析 （1）认真填写实验记录表，整理实验数据；（2）记录斜裂缝的开裂荷载及斜截面的极限承载力；（3）绘制裂缝分布形态图正截面受弯破坏梁裂缝绘制记录试验名称： 试件编号： 记录内容： 试验时间： 斜截面受剪破坏梁裂缝绘制记录试验名称： 试件编号： 记录内容： 试验时间： 百分表测读数据记录表试验名称： 试件编号： 记录内容： 试验时间： 荷载 （单位： ）测点号：测点号：测点号：测点号：测点号：级数加载值累计值读数读数差累计值读数读数差累