同济大学混凝土试验报告-适筋梁受弯

1、混凝土结构基本原理试验课程作业同济大学混凝土试验报告 - 适筋 梁受弯L ENGINEERING混凝土结构基本原理试验报告试验名称适筋梁受弯实验试验课教师赵勇姓名王 xx学号1xxxxxx手机号188xxxxxxxx任课教师李方元日期2014年10月 24日订COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业目录1. 试验目的 2. 试件设计 2.1 材料和试件尺寸2.2 试件设计 2.3 试件的制作 3. 材性试验 3.1 混凝土材性试验 3.2 钢筋材性试验 4. 试验过程 4.1 加载装置 4.2 加载制度 4.2.1 单调分级加载机制10131315

2、15订24.2.2承载力极限状态确定方法 164,2.3具体加载方式 174.3量测与观测内容 174.3.1 荷载 184.3.2 纵向钢筋应变 184.3.3 混凝土平均应变 184.3.4 挠度 194.3.5 裂缝 204.4 裂缝发展及破坏形态 205. 试验数据处理与分析 215.1 试验原始资料的整理 215.2 荷载-挠度关系曲线 225.3 弯矩-曲率关系曲线 265.5 正截面承载力分析 305.6 斜截面承载力分析 325.7 构件的承载力分析 336 结论 33COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业1. 试验目的（ 1）观

3、察并掌握适筋梁受弯破坏的力学行为 和破坏模式；（ 2）掌握构件加载过程中裂缝和其他现象的 描述和记录方法；（ 3）掌握对实验数据的处理和分析方法；（4）学会利用数据分析实验过程中的现象， 尤其是与理论预期有较大偏差的现象；（ 5）通过撰写实验报告的过程，加深对混凝 土结构适筋梁构件受弯性能的理解。 2. 试件设计装 2.1 材料和试件尺寸（ 1）钢筋：纵筋 HPB335、箍筋 HPB235（ 2）混凝土强度等级： C20（ 3 ） 试 件 尺 寸 （ 矩 形 截 面 ）： bhl 订3COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业1202001800mm

4、2.2 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 b 的比较可以判断出受弯构件的类型：当b时，为适筋梁。界限受压区相对高度 b 可按下式计算：0.80.0033Es（2-1） 其中在进行受弯试件梁设计时， fy 、Es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， fy 、Es 分别 取钢筋试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准值和 弹性模量。同时控制配筋量大于最小配筋率。最小配筋率 公式：min 0.45 fftfy（2-2）为了保证构件在实际受荷情况下受弯段发生 受弯破坏，需在受弯段外配置足够的箍筋和架立筋 以防

5、止构件发生剪切破坏，同时支座处应做一定的 处理以防止发生局部冲切破坏和纵筋锚固破坏。（ 2）试件的主要参数 试 件 尺 寸 （ 矩 形 截 面 ）： bhl 120 200 1800mm；混凝土强度等级： C20 ；纵向受拉钢筋的种类： HPB335 ；箍筋的种类： HPB235（纯弯段无箍筋）；纵向钢筋混凝土保护层厚度： 15mm；装试件的配筋情况见图 2.1 和表 2.1；2表 2.1 适筋梁受弯试验试件的配筋配筋情况预估荷载 P (kN)PcrPyPu2 142 10850(2 )10.844.449.3 说明：预估荷载按照混凝土结构设计规范 给定的材料强度标准值计算，未计试件梁和分配梁

6、 装 的自重。( 3)试件加载估算开裂弯矩估算Mcr 0.292(1 2.5 A) ftkbh2 (2-3)其中2 E AsEcbh 屈服弯矩估算M y fyAs（h0 xn /3） 0.9M u（2-4） 极限弯矩估算 对于适筋梁： 界限受压区相对高度：（2-5）（2-6）作为计算，假定钢筋屈服时，压区混凝土的应 力为线性分布，因此有：（2-7）（2-8）预估极限荷载为（2-9） 2.3 试件的制作（ 1）检查试模尺寸及角度，在试模内表面应 涂一层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模 剂；（ 2） 取样拌制的混凝土，至少用铁锹来回拌 和三次至均匀；（ 3）现场平板振动现浇混凝土，将拌合物一

7、次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并 使混凝土拌合物高出试模口。刮涂试模上口多余的 混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀抹平；装（ 4）将试件小心平稳移入温度 200.5的 房间进行标准养护；（ 5） 28 天后，将试件小心脱模，待用，完成 试件制作。3. 材性试验3.1 混凝土材性试验试块留设时间： 2014年 09月 25 日 试验时间： 2014年 10月 26 日 试块养护条件：室内与试件同条件养护 混凝土强度实测结果见表 3.1试件尺寸150mm 150mm 150mm实测立 方体抗压强 度/MPa平均 立方体抗压 强度/MP a推 定轴心抗 压强度/MPa推 定轴心抗 拉强度

8、/MPa推 定弹 性模量/G Pa23.422.517.11.8926.7522.022.2装表 3.1 混凝土强度实测结果注：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。3.2 钢筋材性试验公 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4 光 圆4 .114 .155 .155 .173304114 .185 .2445装钢筋强度实测结果见表 3.2表 3.2 钢筋强度实测结果.16.131161.66.0光1111451.2

9、1.35.65.70056圆111.25.61289.03.2光1122348.48.52.42.96856圆128.03.2248010光22333457274476圆248010335456订11COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业肋52641286512212带6200肋112245586000002126126000 4. 试验过程 4.1 加载装置 图 4.1 为适筋梁受弯性能试验采用的加载装 装 置，图 4.2 为实物图。加载设备为千斤顶。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

10、测定 荷 载 值 。 梁 受 弯 性 能 试 验 ， 取 L=1800mm ， a=100mm， b=600mm，c=400 mm。试件的加载简 订13COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业图和相应的弯矩、剪力图见图 4.3 所示1试验梁； 2滚动铰支座； 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 4.1 适筋梁梁受弯试验装置图图 4.2 适筋梁受弯试验装置实物图a）加载简图（ kN ，mm）b）弯矩图（ kN m）（c）剪力图（ kN ）图 4.3 梁

11、受弯试验加载和内力简图4.2 加载制度4.2.1 单调分级加载机制 试件的加载简图和相应的弯矩、 剪力图见图 4.2 和 4.3 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 装 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 2 级。对于适筋梁：（ 1）在加载到开裂试验荷载计算值的 90以订 前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的 20；15COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业（2）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；（3）当试件开裂后，每级荷载

12、值取 10的承 载力试验荷载计算值（ Pu） 的级距； （ 4）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 y ；（5）加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然 后加载至破坏。 4.2.2 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：装 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 挠度达到跨度的 1/30； 受压区混凝土压坏。4,2.3 具体加载方式

13、具 体 分 级 加 载 /kN ： 05101520153035404550 破坏（开裂： 10kN；最大： 103kN）4.3 量测与观测内容本次试验进行了大量的数据测量和试验现象 的观测，内容包括混凝土平均应变、 纵向钢筋应变、 挠度以及裂缝，下面分别叙述。 测点编号与对应应变片编号如下表 4.1表 4.1 测点编号与相关测量量的对应关系千钢筋应变位移斤 顶12345612345673743434343434346464646464646-1-1-2-3-4-5-6-1-2-3-4-7-6-84.3.1 荷载通过千斤顶施加到梁上的荷载，可以通过设置在加荷装置上的力传感器 37-1 测得4.

14、3.2 纵向钢筋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4.4。图 4.4 纵筋应变片布置4.3.3 混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置 4 个位移计，从上至下间 距分别为 55,60,55mm。位移计标距为 150mm，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 4.5图 4.5 梁受弯试验混凝土平均应变测点布置4.3.4 挠度对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 4.6 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。试验时在每级荷载下，应在规定的荷 载持续试件结束时量测

15、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 4.6 梁受弯试验挠度测点布置4.3.5 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。4.4 裂缝发展及破坏形态

16、试验前，试件尺寸bhl 1202001800mm，跨度 1600mm，无肉眼可见的裂缝和损伤。荷载较小时，也无明显裂缝 发展。荷载加到 15kN 时，集中荷载作用截面下缘 已经产生裂缝，如图。后来裂缝逐渐扩大，裂缝截面混凝土承受的拉力全部传给钢筋，钢筋拉应力激增，直到发生屈服。 加载到接近 100kN 时，裂缝发展至梁顶，顶部混凝土达到抗压极限导致最终破坏。破坏形态如图 4.7，裂缝图见附录。图 4.7 破坏形态5. 试验数据处理与分析5.1 试验原始资料的整理通过试验，我们得到构件在加载至破坏所测量 内容在不同时刻的数据，为分析该构件的受力性 能，需要对数据进行筛选和处理，对实际的结果结 合

17、所学理论知识定性分析，然后与理论预估值进行 比较，分析两者之间异同的原因。需要注意的是， 在试验过程中产生的异常情况，在处理分析数据时 要排除异常情况对结果的干扰，如实验数据中存在 误差较大的点，应予以排除。5.2 荷载 -挠度关系曲线确定简支梁构件在各级荷载作用下的短期挠 度实测值，考虑支座沉降、自重、加载设备自重及 加载方式的影响，可按下式计算：fs,0i fq0, i fgc(5-1)fq,0i fm0,i 12 ( f1c,i f r,ci )(5-2)c M g 0fg fbg M b b(5-3)式中fs,0i 经修正后的第 i 级试验荷载作用下的构 件跨中短期挠度实测值( mm)

18、；fq0,i 消除支座沉降后的第 i 级试验荷载作用 下的构件跨中短期挠度实测值（ mm）； fgc梁构件自重和加载设备重力产生的跨中 挠度值（ mm ）； fm0,i 第 i 级外加试验荷载作用下构件跨中位 移实测值（包括支座沉降） （ mm）； f1,ci 、 fr,ci 第 i 级外加试验荷载作用下构件左、 右端支座沉降位移实测值（ mm）； Mg 构件自重和加载设备重力产生的跨中弯 矩值（ kN m ）； Mb 从外加试验荷载开始至构件出现裂缝的 前 一 级 荷 载 为 止 的 加 载 值 产 生 的 跨 中 弯 矩 值 （ kN m ）； 装fb0 从外加试验荷载开始至构件出现裂缝的

19、 前一级荷载为止的加载值产生的跨中挠度实测值 （ mm）。 本试验实测分配梁自重 16.6kg。相应地，qgmg16.6 9.81.890.37N/mMg 1 qgl02 1 90.37 1.62 28.9N m 0.0289kN m g 8 g 0 8当荷载 P1=5kN ， M b1 0.3P1 1.5kN mM g ， 而实际荷载除第一级荷载外均大于 5kN ，因此梁构件自重造成的挠度可忽略，面的挠度值直接按照 （ 5-2）计表 5.1 荷载 - 挠度关系筛选出的数据跨中位左支座右支座跨中挠度（绝荷载值移/mm位移位移对值） /mm/kN/mm/mm0-0.010-0.0530.026-

20、0.0040.532-0.047-0.0610.0300.0325.9-0.211-0.078-0.0650.1409.863-0.420-0.124-0.1520.28215.065-0.743-0.157-0.2140.558装19.772-1.087-0.174-0.2470.87729.763-1.766-0.199-0.3181.50834.718-2.134-0.241-0.3391.84439.59-2.487-0.261-0.3882.16344.957-2.855-0.282-0.4302.49948.92-3.287-0.320-0.4592.89857.178-3.731

21、-0.345-0.4633.32760.315-3.979-0.370-0.4673.56165.6-4.360-0.370-0.4633.94470.555-4.767-0.387-0.4804.33475.674-5.270-0.395-0.4754.83580.133-5.492-0.408-0.4755.05185.666-6.095-0.441-0.4925.62990.785-6.607-0.445-0.4846.14395.079-7.239-0.474-0.5096.748100.941-8.015-0.516-0.5387.48898.877-8.275-0.508-0.54

22、27.75094.914-8.333-0.516-0.5387.80699.786-8.698-0.508-0.5338.17896.978-9.322-0.508-0.5388.79997.061-10.035-0.520-0.5429.50494.831-10.588-0.52-0.52910.06391.115-11.56-0.541-0.54211.02888.3919-12.935-0.566-0.54612.37983.932-13.728-0.566-0.54613.17281.867-14.658-0.566-0.54214.10478.812-16.347-0.566-0.5

23、5015.78976.91317.236-0.566-0.54216.682订26COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业图 5.1 荷载 -挠度关系曲线图 5.1 可以看出，跨中挠度随着荷载的增大大 体分为两个阶段， 第一阶段是直线阶段（弹性阶段） ，荷载和挠 度成正比，这一阶段中混凝土没有开裂现象。当到 达开裂弯矩时，曲线的斜率开始降低。 第二阶段是斜率不断减小的曲线（带裂缝工 作），裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力激增，裂 缝不断发展，构件的刚度减小，即荷载挠度曲线的 斜率不断减小。第三阶段是斜向下的曲线（破坏阶段） ，挠度 超过 7.5mm

24、后，随着继续增大千斤顶的压力挠度 继续迅速增加，和在不在增加，试件完全破坏。装5.3 弯矩 -曲率关系曲线 根据简支梁受两个竖向荷载的力学分析，设千 斤顶产生的荷载为 P，则每个竖向集中荷载大小为 0.5P，则梁中点处的弯矩为订M P 0.5P b 0.5 P 0.6 0.3P梁自重在中点处产生的弯矩为qg mg 16.6 9.8 90.37N/mg l 1.8Mg 1 qgl02 1 90.37 1.62 28.9N m 0.0289kN mg 8 g 0 8分析可知当千斤顶施加的荷载大于 1kN 时，梁 自重在中点产生的弯矩可以忽略不计，因此直接忽 略梁自重产生的弯矩值。即M 0.3P其中

25、 M、P 的单位分别为 kNm、kN。 根据实测混凝土应变，跨中截面平均曲率 ij 可 按下式计算： (5-4)装 式中，若定义挠度以向下为正，则 j、 i分别为 截面侧面上、下两点的实测混凝土平均应变(以拉 应变为正)， hij 为该两点沿梁截面高度方向的实测 距离。混凝土平均应变的测点布置，见图4.5。由 于位移计 4 的读数受裂缝影响较大，因此在计算曲订29COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验课程作业率的时候，用 2、3 两组位移计的读数来计算。 在本次实验数据处理时，当千斤顶施加荷载大 于 50kN 时，贴在混凝土侧表面的应变片应变均突 变为很

26、大的值（从 0.4 左右突变为 18 左右），疑似 应变片损坏失效，因此千斤顶荷载大于 50kN 的数 据全部不予使用。表 5.2弯矩 -曲率关系筛选出的数据千斤位移位移曲率弯矩顶压计2位计3位(10-6M力P移移mm-1)(kN（kN）(mm(mmm)）00.0340.1121.3000.3670.0380.121.370.11010.6150.0490.1241.250.18450.6980.0610.1160.920.2094装0.780.0530.1241.180.2345.8170.0650.1912.101.74516.230.0570.1952.301.8699.7810.057

27、0.1591.702.934310.2760.0530.1671.903.082820.102-0.0220.2224.076.030625.057-0.0380.3246.037.517130.094-0.0420.2935.589.028240.085-0.0450.3877.2012.025545.039-0.0220.4547.9313.5117订49.664-0.0340.4468.0014.899231订33 图 5.2 跨中弯矩 - 曲率关系曲线装 由于 2、 3 两片位移计距中性轴较近，位移值 较小， 且接近于位移计最小精度值 0.004mm，因此 得到的测量结果准确性较低。不过从整理后的数据 形成的图 5.2 中仍可以看出，适筋梁在裂缝出现之 前，弯矩和