混凝土试验报告

PAGE -PAGE13-《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土木工程专业10级1班姓名林芝豪学号201010534101二零一零年十二月仲恺农业工程学院城市建设学院目录一实验目的： 2A实验室模拟试验目的 2B电脑模拟试验目的 2二.实验设备： 2A试件特征 2B实验设备 3三.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。 43.1少筋破坏： 6（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因 6（2）绘出试验梁p-f变形曲线（计算挠度） 73.2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对比，分析原因 8（2）绘出试验梁p-f变形曲线（计算挠度） 93.3超筋破坏： 12（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因 12（2）绘出试验梁p-f变形曲线（计算挠度） 13四．实验结果讨论与实验小结 14

仲恺农业工程学院实验报告纸城市建设学院（院、系）土木工程专业101班1组混凝土结构设计原理实验课学号201010534101姓名林芝豪实验日期2012/11/教师评定实验一钢筋混凝土受弯构件正截面试验一实验目的：A实验室模拟试验目的1了解受弯构件正截面的承载力大小、挠度变化及裂缝出现和发展过程；2观察了解受弯构件受力和变形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，验证正截面承载力计算方法。B电脑模拟试验目的1通过用动画演示钢筋混凝土简支梁两点对称加载试验的全过程，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-荷载曲线以及反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，受压区高度在荷载作用的不同阶段的发展情况。2分别进行少筋梁、适筋梁、超筋梁的实验、实验录像与模拟实验（使用SSBCAI《钢筋混凝土简支梁加载试验模拟辅助教学软件》）相结合，变化相同截面、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、破坏性能等。3学生还可以使用软件对即将进行的试验进行预测，认识软件在荷载作用下不同间断的反映，从而是基础良好的实验方案。4实验结果由学生计算与模拟实验相结合进行，实现参与实验教学的效果。二.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C20，截面尺寸为，（fc=9.6N/mm，,，=2.55×N/，ft=1.10N/mm,ftk=1.54N/mm）纵向向受力钢筋等级为HRB335级，箍筋与架立钢筋强度等级为HPB300级（2）试件尺寸及配筋图如图所示，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50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。B实验设备a实物模拟实验仪器：1静力试验台座、反力架、支座及支墩220T手动式液压千斤顶320T荷重传感器 4YD-21型动态电阻应变仪5X-Y函数记录仪6YJ-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）及磁性表座9电阻应变片、导线等b电脑模拟试验仪器：1纸笔2SSBCAI软件3电脑三.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。A原始数据：箍筋为直径为6mm的一级钢，间距为50mm,，剪跨值为1000mm，A少筋破坏：纵向钢筋选用1根直径为10mm的二级钢B适筋破坏：纵向钢筋选用2根直径为14mm的二级钢C超筋破坏：纵向钢筋选用2根直径为28mm的二级钢B实验简图少筋破坏-配筋截面：加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）采用分级加载，开裂前每级加载量取5%~10%的破坏荷载，开裂后每级加载量曾为15%的破坏荷载a开裂荷载值：7.1KNb纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值：10.3KNc破坏荷载值：10.3KN适筋破坏-配筋截面加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）采用分级加载，开裂前每级加载量取5%~10%的破坏荷载，开裂后每级加载量曾为15%的破坏荷载a开裂荷载值:7.7可能~35.5KNb纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值:38KNc破坏荷载值:38KN超筋破坏-配筋截面加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）采用分级加载，开裂前每级加载量取5%~10%的破坏荷载，开裂后每级加载量曾为15%的破坏荷载a开裂荷载值:13.3KN b纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值:c破坏荷载值:110.2KN3.1少筋破坏：（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因理论计算：=450-36=414mm因为==17.7699mm极限弯矩=1.0×13.4×150×17.7699×(414－0.5×17.7699)=14.4696kN·m极限荷载:====14.4696kN破坏荷载:F破=1.5Fy=1.5×14.4696=21.7044kN混凝土自重：F自=5.0625kN模拟实验的数据：开裂荷载Fcr=7.1kN，开裂弯矩=7.1kN·m破坏荷载：F破=10.3kN，破坏弯矩=10.3kN·m本次实验数据对比，误差存在，产生误差的主要原因有四点：1少筋梁在受拉区混凝土开裂时，受拉钢筋立即达到屈服强度，而且实验时忽略梁的自重，而计算理论值时要计算进去，2计算的阶段值都是现象发生前一刻的荷载，但由实验得出的数值是现象发生后一刻的荷载，二者有一定的差距；3计算少筋梁的开裂弯矩和极限弯矩，其结果都与用试验数据计算出来的结果相差甚大，其意义不大，所以不进行计算。4破坏荷载与屈服荷载的相差不大，1.5倍不能准确的计算破坏荷载（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）a绘制裂缝分布形态图。（计算裂缝）b简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。①在荷载为0.4KN内，梁处于弹性阶段，受拉应力应变和受压应力应变曲线基本为直线；②当荷载超过0.4KN之后，梁进入塑性阶段，继续施加荷载，混凝土开裂，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，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。③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，钢筋迅速达到的屈服。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，钢筋历尽屈服台阶达到硬化阶段，承载能力又有一定上升。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。3.2适筋破坏：（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因（混凝土为C20，fc=9.6N/mm，,，=2.55×N/，ft=1.10N/mm,ftk=1.54N/mm）纵向向受力钢筋等级为HRB335级理论计算：=450－38=412mm，σ=因为==1.0×13.4×150×0.1731×(412－0.5×0.1731)=0.1433KN·m开裂荷载:Fcr===0.1433kN因为==60.2139mm=1.0×13.4×150×60.2139×(414－0.5×60.2139)=46.4625kN·m屈服荷载:Fy====46.4625kN破坏荷载:F破=1.5Fy=1.5×29.4006=52.9212kN混凝土自重：F自=5.0625kN模拟实验的数据：开裂荷载Fcr=7.7kN，开裂弯矩=7.7kN·m破坏荷载：F破=38kN，破坏弯矩=38kN·m次实验数据对比，误差存在，产生误差的主要原因有三点：1实验时忽略梁的自重，而计算理论值时要计算进去；2.破坏荷载与屈服荷载的相差不大，1.5倍不能准确的计算破坏荷载；3.计算的数据都是现象发生前一刻的荷载，但由实验得出的数值是现象发生后一刻的荷载，二者有一定的差距；（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）第一级加载：0.4KNF(kN)0.407.7016.426.335.50(屈服)38.0（破坏）Mk(KN·m)0.407.7016.426.335.5038.00(N/mm2)4.9139594.5938201.4725323.0931436.1142466.8265ψ0.20000.20000.60310.79010.87040.88551.32401.28850.72750.60530.56450.5575f(mm)0.02980.57262.16034.16396.02676.5321.734731161571680.00050.0110.2220.241a绘出试验梁p-f变形曲线和裂缝分布形态图理论计算图：模拟实验图： b绘制裂缝分布形态图。（计算裂缝）c简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。①当荷载在0.3KN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。②当荷载在5.9KN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达到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。③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，直至最后达到屈服前的临界状态。④当荷载达到35.5KN时，钢筋屈服至受压区混凝土达到峰值应力阶段。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铰，但混凝土受压区边缘应力还未达到峰值应力。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。d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别，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。3.3超筋破坏：（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因理论计算：=450－45=405mmσ=0.0033=0.0033×2.55×=84.15N/mm因为==1.0×13.4×150×54.5785×(414－0.5×54.5785)=42.4232KN·m开裂荷载:Fcr===42.4232kN因为==278.8855mm=1.0×13.4×150×278.8855×(414－0.5×278.8855)=153.9057kN·m屈服荷载:Fy====153.9057kN破坏荷载:F破=1.5Fy=1.5×105.5822=158.3733kN混凝土自重：F自=5.0625kN模拟实验的数据为开裂荷载为:Fcr=13.3kN破坏荷载：F破=110.2kN本次实验数据对比，误差存在，产生误差的主要原因有四点：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计算超筋梁的开裂弯矩和极限弯矩，其结果都与用试验数据计算出来的结果相差甚大，其意义不大；3.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；4.破坏荷载与屈服荷载的大小相差不大，1.5倍不能准确的计算破坏荷载；（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）荷载F（KN）f挠度（mm）a绘制裂缝分布形态图。（计算裂缝）b简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。A在荷载5.0KN以内，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。B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（若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达到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当荷载达到13.3KN之后，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，受压区高度也急剧下降，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