鋼筋混凝土正截面受彎實驗報告

1、.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實驗報告實驗一 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面試驗 專業(yè)12 級1班姓名 學(xué)號 二零一四年十月二十六號仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院目 錄1.實驗?zāi)康模?2.實驗設(shè)備：2試件特征2試驗儀器設(shè)備：23.實驗成果與分析，包括原始數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果數(shù)據(jù)與曲線、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制曲線等。2實驗簡圖2適筋破壞-配筋截面：2超筋破壞-配筋截面3少筋破壞-配筋截面33.1 適筋破壞：3（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。3（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）4（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）4（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。5（5）簡述配筋率對受

2、彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。63.2 超筋破壞：6（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。6（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）6（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）8（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。9（5）簡述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。103.3 少筋破壞：10（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。10（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）11（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）11（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。12（5）簡述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、

3、撓度和裂縫寬度的影響。134實驗結(jié)果討論與實驗小結(jié)，即實驗報告的最后部分，同學(xué)們綜合所學(xué)知識及實驗所得結(jié)論認真回答思考題并提出自己的見解、討論存在的問題。13 （院、系） 專業(yè) 班 組 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 課學(xué)號 姓名 實驗日期 2014年10月16日 教師評定 實驗一 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面試驗1.實驗?zāi)康模毫私馐軓潣?gòu)件正截面的承載力大小、撓度變化及裂縫出現(xiàn)和發(fā)展過程。觀察了解受彎構(gòu)件受力和變形過程的三個工作階段及適筋梁的破壞特征。測定或計算受彎構(gòu)件正截面的開裂荷載和極限承載力，驗證正截面承載力計算方法。2.實驗設(shè)備：試件特征（1）根據(jù)試驗要求，試驗的混凝土強度等級為C30(fck=20.

4、1N/mm2，ftk=2.01N/mm2，fc=14.3N/mm2,Ec=3.0104N/mm2），縱向受力鋼筋強度等級HRB335級（極限抗拉強度標(biāo)準值為fyk=335N/mm2），箍筋與架立鋼筋強度等級HPB300級（屈服強度標(biāo)準值為fy=270N/mm2）（2）試件為bh=200435mm2，縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層為20mm。少筋、適筋、超筋的箍筋是12100，保證不發(fā)生斜截面破壞。（3）梁的受壓區(qū)配有兩根10的架立筋，通過箍筋與受力筋綁扎在一起，形成骨架，保證受力鋼筋處在正確的位置試驗儀器設(shè)備：（1）靜力試驗臺座、反力架、支座與支墩（2）手動式液壓千斤頂（3）20T荷重傳感器（4

5、）YD-21型動態(tài)電阻應(yīng)變儀（5）X-Y函數(shù)記錄儀（6）YJ-26型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及平衡箱（7）讀數(shù)顯微鏡及放大鏡（8）位移計（百分表）及磁性表座（9）電阻應(yīng)變片、導(dǎo)線等3.實驗成果與分析，包括原始數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果數(shù)據(jù)與曲線、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制曲線等。實驗簡圖適筋破壞-配筋截面加載：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設(shè)計強度fy時的荷載值、破壞荷載值）加載： =0.5KN =95.6KN =96.4KN超筋破壞-配筋截面加載：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設(shè)計強度fy時的荷載值、破壞荷載值）加載： =0.5KN =135.1 KN少筋破壞-配筋截面：加載：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設(shè)計

6、強度fy時的荷載值、破壞荷載值）加載： =0.4KN =7.3KN3.1 適筋破壞：（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。理論計算：通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：1實驗時沒有考慮梁的自重，而計算理論值時會把自重考慮進去；2. 計算的階段值都是現(xiàn)象發(fā)生前一刻的荷載，但是實驗給出的卻是現(xiàn)象發(fā)生后一刻的荷載；3.破壞荷載與屈服荷載的大小相差很小，1.5倍不能準確的計算破壞荷載；4.整個計算過程都假設(shè)中和軸在受彎截面的中間。（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）當(dāng)構(gòu)件開裂時，以此類推，在不同的荷載下，可以得到相關(guān)的數(shù)據(jù)：F(kN)0.473434.

7、4368.5588.04Mk(KNm)0.962570139.36178.98(N/mm2)2.308167.89334.24429.260.20.830.960.993.5062.0851.9241.891f (mm)0.11213.74229.64738.741實驗得出的荷載-撓度曲線:（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。當(dāng)荷載在0.5KN內(nèi)，梁屬于彈性階段，沒有達到屈服更沒有受到破壞。當(dāng)荷載在0.5KN的基礎(chǔ)上分級加載，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，手拉應(yīng)變曲線開始呈現(xiàn)較明顯的曲線性，并且曲線的切線斜率不斷減小，表現(xiàn)為在受壓區(qū)壓應(yīng)變增大的過程

8、中，合拉力的增長不斷減小，而此時受壓區(qū)混凝土和受拉鋼筋仍工作在彈性范圍，呈直線增長，于是受壓區(qū)高度降低，以保證斜截面內(nèi)力平衡。當(dāng)內(nèi)力增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達到其實際的抗拉強度和極限拉應(yīng)變，截面處于開裂前的臨界狀態(tài)。接著荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應(yīng)變超過極限抗拉應(yīng)變，部分薄弱地方的混凝土開始出現(xiàn)裂縫，此時荷載為9.7KN。在開裂截面，內(nèi)力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔(dān)的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，是鋼筋應(yīng)力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度。此時受壓混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑性，應(yīng)力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線。此時鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變突然增加很多，曲率急劇增大，受壓區(qū)高度急

9、劇下降，在撓度-荷載曲線上表現(xiàn)為有一個表示撓度突然增大的轉(zhuǎn)折。內(nèi)力重新分布完成后，荷載繼續(xù)增加時，鋼筋承擔(dān)了絕大部分拉應(yīng)力，應(yīng)變增量與荷載增量成一定的線性關(guān)系，表現(xiàn)為梁的抗彎剛度與開裂一瞬間相比又有所上升，撓度與荷載曲線成一定的線性關(guān)系。隨著荷載的增加，剛進的應(yīng)力應(yīng)變不斷增大，直至最后達到屈服前的臨界狀態(tài)。鋼筋屈服至受壓區(qū)混凝土達到峰值應(yīng)力階段。此階段初內(nèi)力只要增加一點兒，鋼筋便即屈服。此時荷載為95.6KN。一旦屈服，理論上可看作鋼筋應(yīng)力不再增大（鋼筋的應(yīng)力增量急劇衰減），截面承載力已接近破壞荷載，在梁內(nèi)鋼筋屈服的部位開始形成塑性鉸，但混凝土受壓區(qū)邊緣應(yīng)力還未達到峰值應(yīng)力。隨著荷載的少許增加

10、，裂縫繼續(xù)向上開展，混凝土受壓區(qū)高度降低，中和軸上移，內(nèi)力臂增大，使得承載力會有所增大，但增大非常有限，而由于裂縫的急劇開展和混凝土壓應(yīng)變的迅速增加，梁的抗彎剛度急劇降低，裂縫截面的曲率和梁的撓度迅速增大。（5）簡述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。配筋率越高，受彎構(gòu)件正截面承載力越大，最大裂縫寬度值越小，但配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。3.2 超筋破壞：（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。 跨度為 破壞彎矩、荷載：通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：（1）、構(gòu)件的平整度，截面尺寸是否準確、混凝土實際保護層的厚度等施工質(zhì)量會使

11、計算值與實際抗彎承載力產(chǎn)生差異。（2）、應(yīng)變片的粘貼位置會產(chǎn)生差異。傳感器的精度會產(chǎn)生差異。百分表的位置影響。手持式應(yīng)變儀的讀數(shù)影響。（3）、應(yīng)變片的溫度補償產(chǎn)生差異。 選用設(shè)備的量程不合理。 讀數(shù)間隔時間相差過大。（4）、各種人為因素，儀器操作的熟練程度。 實驗時儀表出現(xiàn)碰撞。度數(shù)出現(xiàn)誤差。沒有預(yù)加載（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）注：超筋梁在荷載作用至破壞期間撓度變化極小，難以計算。（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）注：超筋梁在荷載作用至破壞期間有效受拉混凝土截面面積極小，難以計算。（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。(1)在此彈性階段混凝土的受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線和

12、受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線都近似直線，因此基本上可看成混凝土在彈性范圍內(nèi)工作。而鋼筋此時也工作在彈性范圍內(nèi)，所以整根鋼筋混凝土梁可近似看成一份勻質(zhì)彈性梁。在加載過程中梁的剛度不變，表現(xiàn)為這一階段的撓度荷載曲線基本為直線。在受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變增大過程中，受拉鋼筋拉應(yīng)力呈直線增加，受壓區(qū)合壓力和受拉區(qū)合拉力也基本呈直線增加，由平截面假定可知，此時的受壓區(qū)高度應(yīng)近似保持不變。(2)而到受拉區(qū)混凝土呈現(xiàn)塑形到開裂階段初，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，混凝土的受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線開始呈現(xiàn)較明顯的曲線性，并且曲線的切線斜率不斷減小，表現(xiàn)為在受壓區(qū)應(yīng)變增大過程中，受拉區(qū)混凝土合拉力的增長不斷減小，而此時受壓區(qū)混凝土和受拉鋼筋

13、仍工作在彈性范圍內(nèi)，呈直線增長，于是受壓區(qū)高度降低，以保證截面內(nèi)力平衡（若受壓區(qū)高度不變或增大，則截面合壓力增長大于合拉力增長，內(nèi)力將會不平衡）。當(dāng)內(nèi)力增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達到其實際的抗拉強度和極限拉應(yīng)變，截面處于開裂前的臨界狀態(tài)。(3)開裂至受壓區(qū)混凝土達到峰值應(yīng)力階段，梁體開裂后鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變突然增加很多，曲率急劇增大，受壓區(qū)高度也急劇下降，在撓度荷載曲線上表現(xiàn)為有一個表示撓度突然增大的轉(zhuǎn)折。內(nèi)力重分布完成后，荷載繼續(xù)增加時，鋼筋承擔(dān)了絕大部分拉應(yīng)力，應(yīng)變增量與荷載增量成一定的線性關(guān)系，表現(xiàn)為梁的抗彎剛度與開裂一瞬間相比又有所上升，撓度與荷載曲線成一定的線性關(guān)系。隨著荷載的

14、增加，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變不斷增大，直至受壓區(qū)邊緣應(yīng)變接近0.002，而鋼筋由于配筋率相對比較大，此時并未屈服。(4)破壞階段隨著荷載的增加，混凝土的受壓區(qū)邊緣應(yīng)變達到0.002，邊緣壓應(yīng)力達到峰值應(yīng)力。因為混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線已表現(xiàn)出明顯的塑性，而受拉鋼筋并未達到屈服強度，拉應(yīng)力仍隨著應(yīng)變呈線性增長。為了保持截面內(nèi)力平衡必須增大受壓區(qū)面積，所以截面中和軸下降，受壓區(qū)高度增加。因為一直到破壞時鋼筋也未屈服，我們可以看到，在超筋梁中，自開裂后截面中和軸位置一直是下降的。最后受壓區(qū)混凝土達到極限壓應(yīng)變而破壞。（5）簡述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。配筋率越高，受彎構(gòu)件正截面承載

15、力越大，最大裂縫寬度值越小，但配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。3.3 少筋破壞：（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。開裂彎矩、荷載： 跨度為 破壞彎矩、荷載：通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：1實驗時沒有考慮梁的自重，而計算理論值時會把自重考慮進去；2.計算的階段值都是現(xiàn)象發(fā)生前一刻的荷載，但是實驗給出的卻是現(xiàn)象發(fā)生后一刻的荷載；3. 破壞荷載與屈服荷載的大小相差很小，1.5倍不能準確的計算破壞荷載；4.整個計算過程都假設(shè)中和軸在受彎截面的中間。（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）注：在很小荷載的作用下，少筋梁即破壞，撓度無法計算（3）

16、繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）注：少筋梁在裂縫出現(xiàn)到破壞期間時間極短，裂縫難以計算。（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。（1）在荷載為0.4KN時，梁處于彈性階段，在此階段混凝土的受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線和受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線都近似直線，因此基本上可看成混凝土在彈性范圍內(nèi)工作，而鋼筋此時也工作在彈性范圍內(nèi)，所以整根鋼筋混凝土梁可近似看成一根勻質(zhì)彈性梁。在加載過程中梁的剛度不變，表現(xiàn)在這一階段梁的撓度荷載曲線基本為直線。在受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變增大過程中，受拉鋼筋拉應(yīng)力呈直線增加，受壓區(qū)合壓力和受拉區(qū)合拉力也基本呈直線增加，由平截面假定可知，此時的受壓區(qū)高度應(yīng)似保持不變。（2）在荷載為7.8KN時

17、，此階段荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應(yīng)變超過極限抗拉應(yīng)變，部分薄弱地方的混凝土開始出現(xiàn)裂縫。在開裂截面，內(nèi)力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔(dān)的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，使鋼筋應(yīng)力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度。此時受壓區(qū)混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑形，應(yīng)力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線。（3）又因為配筋率少于最少配筋率，故一旦原來由混凝土承擔(dān)的拉力由鋼筋承擔(dān)后，鋼筋迅速達到屈服。受壓區(qū)高度會迅速降低，以增大內(nèi)力臂來提高抗彎能力。在受壓區(qū)高度降低的同時，荷載也會降低，直到由受壓區(qū)高度降低所提高的抗彎能力等于降低后的荷載所引起的彎矩時，受壓區(qū)高度才穩(wěn)定下來。在撓度荷載曲線上就表現(xiàn)為荷載有

18、一個突然的下降。然后受壓區(qū)高度進一步下降。鋼筋歷盡屈服臺階達到硬化階段，荷載又有一定上升。此時受壓區(qū)混凝土仍未被壓碎，即梁尚未喪失承載能力。但這時裂縫開展很大，梁嚴重下垂，也被視為已達破壞（5）簡述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。配筋率越高，受彎構(gòu)件正截面承載力越大，最大裂縫寬度值越小，但配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。4實驗結(jié)果討論與實驗小結(jié)，即實驗報告的最后部分，同學(xué)們綜合所學(xué)知識及實驗所得結(jié)論認真回答思考題并提出自己的見解、討論存在的問題。在這一次的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面試驗中，相對其他的實驗來說，難度確實是大了一點，但收獲也是很豐富的。在這次實驗中，不但進一步加強了對鋼筋混凝土正截面受彎承載力的認識，也意識到自己還有很多需要提高的地方。不僅要加強對基礎(chǔ)知識的理解，也要牢牢記住很多相關(guān)的細節(jié)，例如公式中很多的參數(shù)，都有各自的規(guī)范。