结构设计原理实验指导书

1、结构设计原理实验指导书长安大学二00六实验一：钢筋混凝土矩形梁正截面破坏试验一、实验目的及要求钢筋混凝土受弯构件计算包括三个方面的内容,即强度计算、抗裂性计算裂缝开展宽度计算及刚度计算挠度计算.计算理论来源于实践,针对某种具体结构或构件的试验分析,即是对计算理论的校核,也可推断某种假设,从而进一步完善理论.通过对钢筋混凝土矩形梁正截面的破坏试验,进一步稳固本专业根底课程的知识,结合本课程的专业内容,使学生能够系统性的掌握从钢筋、混凝土材料性能,设计和计算分析方法,提升学生综合知识的水平,了解在纯弯曲段内正截面的受力状态和变形规律,从而加深对所学理论知识的理解,培养学生试验研究的水平.二、实验内

2、容1.通过对钢筋混凝土矩形梁正截面破坏试验的全过程,从梁的构造、钢筋构造、配筋率、,验算实验梁在不同荷载作用下限制,梁最大破坏荷载时相应的挠度.正截面计算的根本内容、受弯构件的工作阶段、破坏特征断面最不利截面的应力、挠度和裂缝开展的位置及宽度2 .正式试验前,根据试验梁的构造、配筋和强度,估算梁的最大破坏荷载,然后估算的最大破坏荷载分五级列表算出每级荷载作用下相应测点处理论计算应变和挠度值,以此指导试验方案的实施.3 .试验完成后,再根据实验中实际分级的荷载重新计算每级荷载作用下相应测点处理论计算应变和挠度值,并将实验记录值整理,将试验过程中出现的异常情况或测试极值取舍后作为实测值再与理论值进

3、行比拟.三、实验条件及要求1.试验用钢筋混凝土梁,截面尺寸及配筋见图-1所示.混凝土标号25;骨料最大粒径15mm钢筋为I级12mm净保护层105mm3.试验课前,在正截面破坏试验梁上,纯弯曲段混凝土外表,沿梁高方向贴4只5X40mm电阻应变片,在相应位置的两根主筋上予埋3X5mm勺电阻应变片2只,设置3个挠度测点；跨中一点,分配梁加载点对应处各一点,支座沉降测点两点刚性支座时省略,见图1所示.图-1正截面破坏试验简支梁图-2梁试验装置和测点布置1-千斤顶；2-力传感器；3-分配梁4-试验梁；5-混凝土应变片6-钢筋应变片；7-机电百分表；四、实验相关知识点1 .回忆道路工程材料的内容,包括混

4、凝土配比、标号及混凝土材料的力学性能；钢筋的强度和力学性能；2 .回忆材料力学和结构力学有关应力应变实验分析原理；3 .结合本课程中钢筋混凝土矩形梁的内容,从梁的构造,钢筋构造,配筋率,正截面计算的根本内容,受弯构件的工作阶段、破坏特征,验算实验梁在不同荷载作用下限制断面最不利截面的应力、挠度和裂缝开展的位置及宽度,梁最大破坏荷载时相应的挠度.五、实验实施步骤1 .加载前检查传感器、电阻片、挠度计的连接和安装状态,并进行初始平衡调试；2 .先作一次预备试验,预备荷载值取破坏荷载的30-40%.加载后,测取读数,观察试验梁、仪表装置工作是否正常,及时排除故障后,才能进行正式试验.3 .正式试验时

5、,原那么上应按计算破坏荷载的20%也可取整数荷载值分级加载,每级加载后稳定5分钟再读取试验数据.4 .裂缝的出现和开展用目视或读数显微镜观察,每级荷载下的裂缝开展情况应进行记录和描述.5 .当裂缝宽度到达1.5mm时,即视为破坏.或混凝土受压区破坏或钢筋应力到达屈服点,亦视为破坏.观察时应特别注意平安.六、实验报告要求1 .将试验中每级实际荷载作用下的理论计算值和各测点实测值列表；,并将跨中截面用图示方法描2 .将试验过程中从开始加载直至破坏划分为三个工作阶段绘计算值为实线,测试值用虚线标出应度值；3 .绘出弯矩或荷载与各挠度测点的关系曲线按三个工作阶段,计算值为实线,测试值用虚线标出应变值.

6、4 .实测值与理论计算值进行比拟,并分析其差异原因.七、思考题：1 .混凝土的标号低于设计标号实测的应力或应度变大还是变小？2 .钢筋混凝土梁受弯强度应采用标准中轴心受压还是弯压指标？实验二钢筋混凝土柱偏心受压破坏试验、实验目的及要求通过试验了解偏心受压构件理论计算的依据和分析方法,观察偏心受压柱的破坏特征及强度变化规律,进一步增强对钢筋混凝土构件试验研究和分析水平.增强学生对于理论知识的理解和消化.二、实验内容在静荷载作用下,测定柱侧向位移和L/2截面钢筋及混凝土应变,描绘柱体裂缝出现、扩大与破坏状况及特征,测定开裂荷载值及破坏荷载值.四、实验过程中观测的内容1 .实验前测量柱子尺寸及力作用

7、点的偏心距；2 .预备试验时,预载值取计算破坏荷载的20%左右.同时.加载后,测取读数,观察试验柱,仪表装置工作是否正常,及时排除故障后,才能进行正式试验.3 .正式试验开始时,预加5%初荷载,调试仪器,按计算破坏荷载的20%分级加载,每级稳定5分钟后读取试验数据,当接近发裂荷载时,加载值应减至为原分级的一半或更小,并注意观察裂缝开展情况,同时撤除构件上装置的位移计后,再继续加载到破坏.4 .裂缝的出现和开展用目视或读数显微镜观察,每级荷载下的裂缝开展情况应进行记录和描述.五、实验报告要求1 .绘出荷载作用下的裂缝开展图,标出主要裂缝出现时的荷载值.2 .计算侧向位移、绘出计算与实测的p-f关

8、系曲线图.3 .计算受拉区出现裂缝时的荷载值,受压区出现裂缝时荷载、破坏荷载、破坏时钢筋最大应力,分析误差产生原因.4 .分析试验中出现的问题,提出解决问题的方法.5 .对试验中出现的现象及与理论课中产生的误差进行讨论和分析六、思考题1 .偏心受压的破坏现象与哪些情况有关？2 .大、小偏心受压构件破坏形式有何特点？图-3偏心受压试样尺寸及配筋图图-4试验柱装置与测点布置图1-加力架承压板2-试验柱3-横截面电阻片4-位移计5;7-支座6-力传感器钢筋混凝土矩形梁破坏试验报告班级姓名学号成绩实验日期报告日期指导教师一.实验前理论计算1.破坏荷载的计算根据?结构设计原理?,此单筋矩形截面的受压区高

9、度：x二于是,破坏弯矩M约等于不考虑结构平安系数的承载水平即：xM=Rabx(h0-)2根据该梁受力图式,该梁的破坏荷载为：Pmax=试验中根据其20%为一级加载,按五级施加的荷载分列为:0、；(kN)2.理论应变计算根据材料力学中关于应变的计算公式：EIz其中：E混凝土弹模.取26109N/m2e应变M截面处的弯矩y距中性轴(形心轴)的距离Iz抗弯惯性矩按上式分别计算各级荷载下各测点处的应变,其计算过程：由电阻应变片布置点为YiIZ=bh3/12混凝土弹性模量查表得：E=26109N/m2所以：Ri=荷载作用下各测点的理论应变值表试验柿我kNR1科.RN科.R3()R4科£)R5;

10、R6)100000021345破坏3.理论挠度值的计算由材料力学知：复杂荷载作用下某点挠度可以由组成的假设干个简单荷载单独形成的挠度叠加而成,而简单荷载产生的挠度可由?材料力学?附表中查得,于是,可以求得此试验中各测点的挠度值.此梁的受力可以分解为：f-Fbx22,2.,f_Fbx22,2.f11(lxb)+f12(lxb)6EIl6EIl布裁作用卜各测点的埋论计算结果表(mm)试验荷载kN支点F1(mm)F2(mm)F3(mm)端支点10000002003100400500破坏00钢筋混凝土矩形梁破坏试验计算结果汇总计算参数名应用公式计算值含筋率换算截面积换算截面惯性矩换算截面的截面模量受压

11、区图度开裂福载破坏福载混凝土极限应力钢筋极限应力破坏时受压区高度二.实验实施过程1 .实验加载示意图2 .实验记录简支梁正截面破坏试验记录表验荷载值测点号、P=13%P=20%P=40%P=60%P=80%P=100%Pmax_kN_kN_kN_kN_kN_kN_kN应变记录R(科)R(科)R(科)R(科)R(科)RK科)R1()挠度记录fi(mni)f2(mn)f3(mn)三.试验结果与理论计算结果比拟简支梁正截面破坏试验值与理论计算值比拟_试验荷载码量值“一7-测点号、P=13%P=20%P=40%P=60%P=80%P=100%Pmax_kN_kN_kN_kN_kN_kN_kN应变科R理

12、论值实验值R2理论值实验值R3理论值实验值R理论值实验值R理论值实验值R筋理论值实验值挠度(mm)fi理论值实验值f2理论值实验值f3理论值实验值四.试件破坏示意图1 .破坏形态描述2 .试件破坏示意3 .受力到破坏阶段描述与示意阶段三：破坏阶段一：裂缝即将出现阶段二：纵向钢筋屈服五.理论值与试验值产生差异的原因六.思考题钢筋混凝土柱破坏试验报告班级姓名学号成绩实验日期报告日期指导教师一.实验前理论计算：1 .受拉区出现裂缝时的荷载值：由于该试样采用20号混凝土,查表得知：Rl1.60106N/m2Ra14.0106N/m22 .受压区出现裂缝时的荷载值：由材料力学知识可以得知：NNeAWzN

13、偏心压力A试件截面积e偏心距Wz弯曲截面系数大偏心构件：随着荷载的增大,拉区混凝土先出现横向裂缝,所以Ri12Wz-bh26小偏心构件：随着荷载的增大,压区混凝土先出现横向裂缝,所以Ra12Wz-bh263.受压区出现裂缝时的破坏荷载及破坏时钢筋的最大拉压应力:大偏心构件：aRa240106PaggRq'240106Pag对于短柱得出ee0e'e0ha=2ha'=而Aa57mm22g所以由截面上所有力对偏心压力作用点力矩为零得知：X、Rabx(eho-)gAgeR'gA'ge'即：所以取x=2a'60mm又有Nje'RgAg(ho

14、a')s即解得Nj=所以,受压区破坏荷载为,破坏时钢筋的最大拉压应力均为试验中根据其20%为一级加载,按五级施加的荷载分列为：0、；(kN)小偏心构件：'R'240106Pagg小偏心状态下,受压区首先会出现裂缝Ra14.0106N/m2hee0a=2he'e0-a'=2X、Rabx(eh0-)gAgeRgAge即:x=mm?2a'mm那么Eh/h0=所以小偏心构件截面局部受压,局部受拉那么gg=又有11NjbRabx(R'gA'ggAg)cs解得Nj=受压区破坏荷载为KN,破坏时钢筋的最大拉应力为MPa,最大压应力为Mpa试验中

15、根据其20%为一级加载,按五级施加的荷载分列为：0、；;(kN)二.侧向位移的计算：这里,侧向位移就是水平侧向挠度,用f表示.由材料力学可以得知:fWcMl-e0Nl8EI8EI1.大偏心情况下的侧向位移e0=b/2=本试样选用20号混凝土,那么R14.0106Pa所以N=RXA=而I=所以有2-2fWcMl-e8EI8EI2.小偏心情况下的侧向位移e0=b/4=本试样选用20号混凝土,那么R14.0106Pa所以N=RXA=而I=所以有MdeNl28EI8EI三.实验实施过程1. 实验加载示意图2. 实验记录钢筋混凝土柱受压破坏试验记录表直测点号P=15%P=20%P=40%P=60%P=80%P=100%Pmax_kN_kN_kN_kN_kN_kN_kN应变记录Ri(eR2(R3(ji£:R4(£:R5(1£