钢筋混凝土受弯构件正截面试验分解

1、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目录1 .实验目的：2实验室实验目的:2模拟实验目的:22.实验设备：2试件特征2实验室仪器设备：2模拟实验仪器设备：33、实验简图3少筋破坏-配筋截面：3适筋破坏-配筋截面4超筋破坏-配筋截面44.1 少筋破坏：5 1计算的极限弯矩、破坏弯矩与模拟实验的数值比照，分析原因。5 2绘出试验梁p-f变形曲线。计算挠度5 3绘制裂缝分布形态图。计算裂缝6 4简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。74.2 适筋破坏：8 1计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值比照，分析原因。8 2绘出试验梁p

2、-f变形曲线。计算挠度9 3绘制裂缝分布形态图。计算裂缝11 4简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。12 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。134.3 超筋破坏：14 1计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值比照，分析原因。14 2绘出试验梁p-f变形曲线。计算挠度14 3绘制裂缝分布形态图。计算裂缝16 4简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。17 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。185、实验结果讨论与实验小结。18第1 页共 19页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A、实验室实验目的:1、了解受弯构建正截面

3、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

4、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=N/mm2，ftk1.78N/mm2,fck16.7N/mm2，ft=1.27N/mm2纵向向受力钢筋等级为HRB400级（fyk400N/mm2,fstk540N/mm2,

5、Ec2.0105箍筋与架立钢筋强度等级为HPB300级（fyk300N/mm2Ec2.1105）2试件尺寸及配筋图如下图，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起，形成骨架，保证受力钢筋处在正确的位置。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

6、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、实验简图本次试验我分配的梁的跨度l为3300mm,构造要求的截面尺寸为220*110但是为3页共19页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25%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5%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、

7、计算As为1200平方毫米，采经检验满足构造要求。用两根直径为28的三级钢筋，实际As为1232平方毫米,少筋破坏-配筋截面:1Q10150O第4页共19页模拟实验加载数据1、荷载0kg0.3kn属于弹性阶段，当荷载到达0.3kn后进入塑形阶段。一混凝土开始开裂。，该梁破坏。适筋破坏-配筋截面3300150O中218模拟实验加载数据：1、荷载0kg0.4kn属于弹性阶段，当荷载到达0.4kn后进入塑形阶段。2、荷载0.4kg6.9kn属于塑性阶段，当荷载到达6.9kn后混凝土开始开裂3、荷载到达kn时钢筋到达受拉屈服强度但混凝土还未定到达抗压峰值。混凝土到达抗压峰值该梁破坏。超筋破坏-配筋截面

8、空 6回8口2 428150O O模拟实验加载数据：1、荷载0kgkn属于弹性阶段，当荷载到达kn后进入塑形阶段。2、荷载kgkn属于塑形阶段，当荷载到达kn后混凝土开始开裂。3、荷载到达kn时混凝土到达受压屈服强度但钢筋未到达抗拉屈服强度。4、荷载到达94.6kn时钢筋到达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比照，分析原因。极限弯矩：ho40034366mmfykAs35578.5x11.124mmifckb1.016.7150极限荷载：l Mu 10.044 , Fu9.131knMua1fckbX(h00.5X)1.016.715011.12

9、4(36611.124/2)10.044knma1.1模拟实验破坏荷载与计算破坏荷载比较：9.7-9.131/9.7=5.86%<50%误差符合要求。结论：本次实验数据比照，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，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h040034366mmte生=785=0.00261<0.01取0.

10、01Ate0.5150400Mysq=0.87h0As10.0441060.8736678.5=401.825ftk1.78=1.1-0.65=1.1-0.65=1.099>1取1tesq0.01401.825EsE二Ec2105_42.810=7.142、一(bf-b)hfbh。=0As78.5bh01503660.0014BsEsAsh02210578.536622.10310121.15oe1+3.5f1.1510.267.1420.0014101221.50110Nmm1.4103l24a224l233.3241.12243.31.065第6页共19页-Fa-(3L024a2)9

11、.1311012(333002411002)7.054L/200=16.5mm满足要求24B241.5011012与实验结果相差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P12345678910何载挠度4简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理在荷载为，梁由弹性到开裂；在荷载增加到大约9.7kn钢筋到达屈服强度，梁破坏。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

12、验荷载一最大裂缝宽度曲线如下：-2口荷载fl上最大裂建宽度的0.05.115iIII-1"又因为配筋率少于最小配筋率，故一旦原来由混凝土承担的拉力有钢筋承担后，钢筋迅速到达的屈服。受压区高度会迅速降低，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，钢筋历尽屈服台阶到达硬化阶段，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

13、裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值比照，分析原因。开裂弯矩：h040040360mmftkAs1.78509x0.362mm1fckb1.016.7150Mcr a1fckbX(h0 0.5X) 1.0 16.7 1500.362(3660.362 /2) 0.3269kn m开裂荷载：McrFu a0.32690.297kn1.1屈服弯矩:h0 40040360mmfykAs x 400 509 81.277mmifckb 1.0 16.7 150Myk aifckbX(h0 0.5X) 1.0 16.7 15081.277(36081.277/2) 65.022kn m屈服荷载：Myk Fy

14、k a65.02259.111kn1.1极限弯矩:h0400 40360mmfstkAs540 509 109.725mm1fckb 1.0 16.7 150MuafckbX(h。 0.5X) 1.0 16.7 150109.725(360109.725/2) 83.870kn m极限荷载：lMu83.8701.1Fu76.246kn模拟实验破坏荷载与计算破坏荷载比较：两个开裂弯矩比照：6.9-0.297/6.9=95.6%>50%两个屈服弯矩比照：59.11-52.9/59.11=10.5%<50%两个极限弯矩比照: 结果分析76.246-55.2/ 55.2=38.12%<

15、;50%误差符合要求。本次实验数据比照，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，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ho40040360mmte生=509=0.0170>0.01取0.017Ate0.5150400第14页共19页sq=Mu0.87h0As83.871060.87360509=526.09N/mmftk1.7

16、8=1.1-0.65=1.1-0.65=0.980tesq0.017526.09EsE=Ec2105_42.810=7.142.(bf-b)hfbh。=0As509bh01503660.0014Bs1.15EsAsh026e1+3.5f210550936021.150.980.267.1420.00141.3191013131.09410N1.2062mm83.87106_13241.0941013(322330041100)8.890L/200=16.5mm满足要求屈服状态下的挠度h0400 40 360mmAs509teAte 0.5 150 400=0.0170>0.01 取 0.

17、017Myksq=0.87h0AsEs e=Ec2 1052.8 104=7.14265.0221062=407.87N/mm0.87360509ftk1.78=1.1-0.65=1.1-0.65-=0.933tesq0.017407.87、(bf-b)hf=0fbh°As509bh01503660.0014Bs1.15EsAsh。2_5_2210509360V67.1420.00140.2131.3191013ki1.14510N1.1522mmf旦(3L024a2)65.02210624B241.14510132233002411002)6.585L/200=16.5mm满足要求

18、开裂状态下的挠度h0400 40 360mmAs509teAte 0.5 150 400=0.0170>0.01 取 0.0170.3269 1062=2.051N/mmMcr= 1.1-0.65ftk=1.1-0.65te sq1.780.017 2.05132 0.2取0.2sq=0.87h0As0.87360509EsE=EcBsAsb h0509150 366EsAsh021.156 e1+3.5 fFa 22(3L0 4a2)24B0.0014_ 5_22 10509 3601.15 0.20.3269 10624 1.595 10130.26 7.142 0.00141 02

19、(3 3300224 11002)131.319 100.82720.0241.595L/200=16.5mm13210 N mm满足要求21054=7.1422.8104、一(bf-b)hfbho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。同上方法可以计算出不同荷载作用下的挠度编号1234567891011121314荷载54挠度3绘制裂缝分布形态图。计算裂缝max极限状态裂缝宽度cr-sq= (1.9Cs+0.08deq)=1.9 0.98526.09(1.9EsPte2 10510、31+0.08) =0.751mm509/ (400 150屈服状态裂缝宽

20、度max cr = (1.9Cs+0.08 -) =1.9ESPteT(1.9 10、c c31+0.08)=0.750mm509/(400 150)开裂状态裂缝宽度maxcr-sq= (1.9Cs+0.08%=1.9 EsPte2.051 .0.25(1.9 31+0.082 10510、)=0.00059mm 509/(400 150)用同样的方法可计算出如下表:编P1234567891011121314何载54裂缝宽度理论荷载-最大裂缝曲线模拟实当荷载-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

21、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到达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

22、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。随着荷载的增加，刚进的应力应变不断增大，直至最后到达屈服前的临界状态。当荷载到达KN时，钢筋屈服至受压区混凝土到达峰值应力阶段。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

23、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镀，但混凝土受压区边缘应力还未到达峰值应力。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

24、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异，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，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。第15页共 19页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比照，分析原因开裂弯矩：2h。40025628/2355mmAs=1232mm2ftkAs1.7

25、81232ccx0.875mm1fckb1.016.7150Mcra1fckbX(h00.5X)1.016.71500.875(3550.875/2)0.777knm开裂荷载：FuMcra0.7771.10.706kn极限荷载:h040040360mmfstkAs1 fckb540 5091.0 16.7 150265.580 mmMua1fckbX(h00.5X)1.016.7150265.580(355265.58/2)147.83knm极限荷载：l MuFu a147.831.1134.39kn两个极限荷载比照：/=%<50%误差符合要求。结论：本次实验数据比照，误差存在，产生误差

26、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，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。40025628/2355mmAs=1232mmte生=1232=0.0410>0.01取0.0410123.39 1062=319.777N/mmMuAte0.5150400sq=0.87h0As0.873601232ftk1.78=1.1-0.65=1.1

27、-0.65=0.887tesq0.017319.77第20页共19页EsE=Ec21052.8104=7.142、一(bf-b)hfbhBsAsbh01232150355EsAsh021.156e1+3.5fFa22f葡3L04a)开裂状态下的挠度0.023_5_221012323551.150.8870.2123.39106n(3241.4081067.1420.0231023300241100)_2h040025628/2355mmAs=1232mmte生=1232=0.0410>0.01取0.0410Ate0.5150400sq=Mu=0.7061060.87h0As-0.8736

28、01232=1.830N/mm133.105102.20610.162ftk178=1.1-0.65=1.1-0.658=210.2取0.2tesq0.0171.830EsE=Ec2105_42.810=7.1421.4081013L/200=16.5mmNmm2满足要求Bs、(bf-b)hfbhAsbho1232150355EsAsh。21.156Q1+3.5f0.0232105123235521.150.20.267.1420.0233.10510132.566一一一13一21.21010NmmFa 2f (3L0224B4a2)6123.39102213-(3330041100)11.8

29、25L/200=16.5mm满足要求241.21010荷载-挠度曲线理论荷载-挠度曲线模拟实验荷载-挠度曲线与实验结果相差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，并制作表格：编号1234567891011121314荷载挠度9p-f变形曲线3绘制裂缝分布形态图。 极限状态裂缝宽度计算裂缝28、)=0.524mm 1232/ (400 150)sq,入deq319.777/maxcr-(1.9Cs+0.08q)=1.90.8875-(1.945+0.08EsPte2105用同样的方法可计算出如下表编P1234567891011121314何载

30、最大宽 度裂缝0荷载-最大裂缝宽度最大裂缝宽度（mm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4简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。A、在荷载KMA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。日荷载继续增加，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假设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到达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当荷载到达KN后，混凝土开裂，并且开裂后钢筋的应力应变突然增加很多，曲率急剧增大，受压区