大偏压试验报告同济大学

1、混凝土结构基本原理试验课程作业混凝土结构基本原理试验课程作业混凝土构件试验报告试验名称混凝土柱大偏压破坏试验试验日期2015-12-03试件编号ZB2姓名倪荫豪学号1350871手机验课教师赵勇基本原理课教师薛伟辰目录一试验目的3二试件设计32.1材料和试件尺寸32.2试件设计32.2.1试件设计依据32.2.2试件加载估算42.2.3设计结果及试件制作和预处理4三 材料试验53.1 混凝土材性试验53.2 钢筋材性试验63.3本次材料的试验数据7四 试验过程84.1加载装置84.2加载制度94.2.1单调分级加载机制94.2.2 承载力极限状态确

2、定方法94.3量测与观察内容94.3.1纵筋应变94.3.2混凝土平均应变104.3.3侧向挠度104.3.4裂缝104.4裂缝发展及破坏形态11五 试验数据处理与分析125.1试验数据处理125.1.1荷载-侧向挠度关系曲线125.1.2荷载-纵筋应变关系曲线135.1.3荷载-混凝土应变关系曲线135.1.4荷载-曲率关系曲线135.2 承载力分析14一 试验目的通过试验和观察，认识混凝土结构构件中大偏心受力构件受力直至破坏的全过程，以便更好地掌握混凝土偏心受力构件受力性能，进而更为深刻地理解研究混凝土偏心受力构件基本性能的试验方法。通过参加并完成此次大偏心受压短柱试验，理解和掌握钢筋混凝

3、土构件的试验方法和试验结果，通过实践掌握试件的设计、试验结果整理的方法。通过写出试验报告加深对混凝土结构基本构件受力性能的理解。二 试件设计2.1材料和试件尺寸 本试验选取的混凝土强度等级为C20,纵筋选用4fi12,箍筋选用fi6100. 试件的主要参数如表一所示。 表一 大偏压柱试件主要参数试件尺寸（矩形截面）混凝土强度等级C20纵向钢筋（对称配筋）4fi12箍筋Fi6100保护层厚度15mm偏心距e0100mm2.2试件设计2.2.1试件设计依据 为减小“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制通过调整轴向力的作用位置，即偏心距，使试件的破坏状态为大偏心。2.2.2试件加载估算2.2.

4、3设计结果及试件制作和预处理按照下列详图进行试件设计。 按照计算的设计进行配筋，制作模板，绑扎钢筋，浇灌混凝土，在20度左右的温度和对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d。 在加载试验前，对试件表面进行预处理，包括试件表面刷白处理、定位坐标网格的划分等。 试验前试件实际尺寸测量。测得参数如下表：3 材料试验3.1 混凝土材性试验 国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-2002）规定：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准确定；立方体抗压强度标准值系指标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度。因此立方体抗压强度标准值是混凝土结构

5、设计规范中混凝土各种力学指标的基本代表值，根据混凝土强度等级，可以查阅混凝土结构设计规范的有关表格，以确定混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度标准值和计值以及混凝土的弹性模量等。国家标准普通混凝土力学性能试验方法（GB/T 50081-2002）规定：以边长为150mm的立方体为标准试件，将标准立方体试件在20的温度和相对湿度90以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为N/mm2（MPa）。混凝土立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行：（1）试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净；（2）将试件安放在试验机的下压板或垫板上

6、，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡；（3）在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级<C30时，加荷速度取每秒0.30.5MPa；混凝土强度等级C30且<C60时，取每秒0.50.8MPa；混凝土强度等级C60时，取每秒0.81.0MPa；（4）当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载。混凝土立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行：（1）混凝土立方体抗压强度应按下式计算：式中，fcc为混凝土立方体试件抗压强度；F为试件破坏荷载A为试件承压面积（

7、2）强度值的确定应符合下列规定：以三个试件为一组，每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取样；三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值（计算应精确至0.1MPa）；三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；如最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15，则该组试件的试验结果无效。混凝土强度等级<C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mm×200mm×200mm试件为1.05；对100mm×100mm×100mm

8、试件为0.95。当混凝土强度等级C60，宜采用标准试件。3.2 钢筋材性试验  本次试验为钢筋单调加载拉伸试验。  钢筋试样采用不经切削加工原截面钢筋。根据各类钢筋标准所规定的伸长率标准和试验机上、下夹头的最小距离，夹头高度等因素决定其试件长度，基本长度02LLh=+，其中L0为5 d0（d0为钢筋直径）；h为夹头长度，通常取100mm左右。对于圆形截面钢筋的直径应在标距L0的两端和中间测量，应在每处的两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值，选用三处中的最小直径计算横截面面积。对于热轧带肋钢筋，按其公称直径计算横截面面积。  钢

9、筋试样在弹性范围内，试验机的加载速率应在330MPa/s范围内，并保持试验机控制器固定于这一速率位置上，直至获得屈服点和上屈服点；测定下屈服点时，应变速率在0.000250.0025/s范围内，并保持恒定。屈服段过后，试验机两夹头在力作用下的分离速率不超过0.5Lc/min（Lc为两夹头的钢筋试样净长）。3.3本次材料的试验数据试块留设时间：2015年10月11日试块试验时间： 2015年12月3日试块养护条件：与试件同条件养护试件尺寸150mm×150mm×300mm实测轴心抗压荷载/kN平均轴心抗压强度/MPa推定立方体抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定弹性模

10、量/GPa557.925.533.62.730.9552.3548.5583.5575.6584.4注：轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国家标准混凝土结构设计规范GB 50010-2010推定。钢筋强度实测结果公称直径/mm屈服荷载/kN极限荷载/kN屈服强度平均值/MPa极限强度平均值/MPa试件平均试件平均6光圆11.611.316.015.740055611.215.611.215.68光圆19.018.523.222.936845618.422.418.023.210光圆282740373444762532284010带肋39.9939.7850.0649.9050663539

11、.4949.7139.8749.9312带肋606271735486466374627314带肋686991924485987494669018带肋15414516216457064515216412816522带肋1621602002004215261582001602004 试验过程4.1加载装置偏心受压试验的加载装置如图所示。采用千斤顶加载，支座一端为固定铰支座，另一端为滚动铰支座。铰支座垫板应有足够的刚度，避免垫板处混凝土局压破坏。4.2加载制度4.2.1单调分级加载机制在正式加载前，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：在达

12、到预计的受压破坏荷载的80之前，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；当达到预计的受压破坏荷载的80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。4.2.2 承载力极限状态确定方法对柱试件进行偏压承载力试验时，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：受压区混凝土的压碎破坏；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。  4.3量测与观察内容4.3.1纵筋应变由布置在柱内部纵筋表面

13、的应变计量测，钢筋应变测点布置见下图。4.3.2混凝土平均应变由布置在柱内部纵筋表面和柱表面混凝土上的应变计量测，混凝土应变测点布置见下图。4.3.3侧向挠度柱长度范围内布置5个位移计以测量柱侧向挠度，侧向挠度测点布置见下图。4.3.4裂缝试验前将柱四面用石灰浆刷白，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，用读数放大镜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，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。最裂缝宽度应在使用状态

14、短期试验荷载值持续15min结束时进行量测。4.4裂缝发展及破坏形态试验前构件尺寸为b×h×l120×120×870mm，未有肉眼可见裂缝。试验前构件如下图所示。当荷载较小时，构件处于弹性阶段，受压区及受拉区混凝土和钢筋的应力都较小，构件中部的水平挠度随荷载线性增长。随着荷载的不断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多，并向压区延伸，受压区高度逐渐减小，受压区混凝土应力增大。当远离轴向力一侧钢筋应变达到屈服应变时，钢筋屈服，截面处形成一主裂缝。当受压一侧的混凝土压应变达到其极限抗压

15、应变时，受压区较薄弱处的某处出现纵向裂缝，混凝土被压碎而使构件破坏。此时，靠近轴向力一侧的钢筋也达到抗压屈服强度，混凝土压碎区大致层三角形。试验后的破坏形态如下图。裂缝图见附录。 5 试验数据处理与分析5.1试验数据处理5.1.1荷载-侧向挠度关系曲线 （图中挠度曲线是用半高处位移减去两端位移均值得到的）分析：位移计6测量的是柱半高处的水平挠度。可见，当荷载较小时，构件处于弹性阶段，受压区及受拉区混凝土和钢筋的应力都比较小，构件中部的水平挠度与荷载呈类似于线性增长关系。当构件被破坏后，构件呈现塑性。即使荷载不变甚至下降，半高处挠度也在增长。5.1.2荷载-纵筋应变关系曲线分析：初始阶段，钢筋应

16、变和荷载大致呈线性关系，基本符合平截面假定。但是在整个破坏过程中受压钢筋并没有屈服，说明钢筋配的过多，当构件破坏时纵筋并未屈服。5.1.3荷载-混凝土应变关系曲线 混凝土应变可由混凝土截面各个高度处的位移除以位移计长度获得。、分析：当荷载较小时，混凝土应变与荷载基本呈线性关系。但当荷载较大，构件处于塑性阶段时，应变出现较大的突变。5.1.4荷载-曲率关系曲线在本次试验中，在柱中间截面上设置了1-4号位移计，根据曲率的定义可由以下公式计算曲率: 说明：， 一号，四号位移计的数据 S 位移计长度，本次试验取的150mm 截面高度，本次试验取得90mm根据1至4号位移计布置的相对关系，可认为1号位移计的数据>2号>3号>4号（比较时，含正负号）。又参考实际传感器采集到的数据的相对大小，可认为97号数据对于1号位移计数据，9-5号位移计对应四号位移计数据。由以上可得出下图，(图中数据仅取了荷载=63.8kN之前的数据) 由图可见，曲率随荷载的变化有两个阶段。第一个是线性阶段，第二个是屈服阶段，荷载基本不变而曲率增加。5.2 承载力分析试验预估承载力为59.67kN, 但是预估破坏模式