實(shí)驗(yàn)4簡(jiǎn)支鋼筋混凝土梁的破壞實(shí)驗(yàn)

1、試驗(yàn)四 簡(jiǎn)支鋼筋混凝土梁的破壞實(shí)驗(yàn) （綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)）一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?duì)一個(gè)已知的待檢測(cè)構(gòu)件鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)其計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并組織整個(gè)實(shí)驗(yàn)，然后整理出完整的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將實(shí)際結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，判斷該梁是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本試驗(yàn)，達(dá)到了解并掌握一個(gè)完整結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的目的。二、 試件：本實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了四種不同配筋率的普通鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，梁的尺寸均為1400×245×150mm，具體鋼筋配置情況見(jiàn)圖1。圖 1 鋼筋配置情況三、 試驗(yàn)方案：為研究鋼筋混凝土梁的工作性能，主要測(cè)定其強(qiáng)度安全度、抗裂度及各級(jí)荷載下的撓度和裂縫開(kāi)展情況，另外就是測(cè)量控制區(qū)段

2、的應(yīng)變大小和變化情況。實(shí)驗(yàn)的具體要求如下：1 根據(jù)實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度進(jìn)行理論分析計(jì)算(根據(jù)圖1所示的加載圖式進(jìn)行計(jì)算)：i. 梁的開(kāi)裂荷載、極限荷載；ii. 梁在開(kāi)裂時(shí)刻的混凝土的跨中最大拉應(yīng)變；iii. 梁在開(kāi)裂及極限荷載下的鋼筋的跨中最大拉應(yīng)變；iv. 梁在極限荷載下的跨中撓度；v. 梁的破壞過(guò)程及破壞形態(tài)。2 根據(jù)計(jì)算的開(kāi)裂荷載和破壞荷載，確定加載程序；3 布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，具體測(cè)試內(nèi)容如下：i 測(cè)定鋼筋混凝土梁在純彎段的應(yīng)力最大截面的應(yīng)變分布情況；ii 測(cè)定彎剪共同作用段的平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力大小及方向；測(cè)定受拉鋼筋應(yīng)變；iii 測(cè)定梁的實(shí)際開(kāi)裂荷載，觀測(cè)并記錄裂縫的擴(kuò)展情況(

3、在各級(jí)荷載下的裂縫長(zhǎng)度和寬度)；測(cè)定梁的破壞荷載，并觀察梁的破壞過(guò)程和特征。圖 2 加載模式四、 應(yīng)變及撓度測(cè)點(diǎn)布置原則：測(cè)點(diǎn)按照混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)gb50152-92的規(guī)范要求進(jìn)行布置。1. 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置：i. 對(duì)于梁的正截面，其彎曲應(yīng)變測(cè)量是實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容之一，特別是正負(fù)彎矩最大或有突變的截面。為測(cè)得截面上應(yīng)力分布規(guī)律和確定中和軸位置，一般沿截面高度連續(xù)布點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)數(shù)不宜少于5個(gè)。測(cè)點(diǎn)布置可以等距，也可以不等距。不等距主要是外密里疏，以便測(cè)出較大的應(yīng)變，具有較好的精度，如圖 3所示；ii. 對(duì)于梁的斜截面，其主應(yīng)力和剪應(yīng)力的大小和方向未知，要測(cè)量主應(yīng)力大小和方向及剪應(yīng)力時(shí)，應(yīng)布置45&#

4、176;或60°的平面三向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，如圖 4所示；iii. 梁兩面布置的測(cè)點(diǎn)要相互對(duì)應(yīng)。2. 撓度測(cè)點(diǎn)布置：i. 梁的寬度小于600mm，長(zhǎng)度小于6m，應(yīng)沿構(gòu)件中軸線上布置不少于3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)；ii. 梁的寬度大于600mm，長(zhǎng)度大于6m，應(yīng)在長(zhǎng)度方向適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)，并構(gòu)件中軸線上布置不少于3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)；iii. 支座處應(yīng)布置位移測(cè)點(diǎn)，用于測(cè)量支座下沉量。圖 3 應(yīng)變片和位移計(jì)的布置圖 4 三向應(yīng)變量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖五、 實(shí)驗(yàn)加載程序的確定：根據(jù)理論計(jì)算的開(kāi)裂及破壞荷載，并按照混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)gb50152-92的規(guī)范要求確定加載程序：1 預(yù)載：取開(kāi)裂荷載的70%進(jìn)行加載，循環(huán)三次，消

5、除結(jié)構(gòu)間的間隙，并在加載的同時(shí)觀察各測(cè)試儀器是否正常工作，如發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)排除故障，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。2 采用分級(jí)加載，取1kn作為零荷載，然后以破壞荷載的20%為一級(jí)進(jìn)行加載，加至開(kāi)裂荷載的90%以后，按開(kāi)裂荷載的10%為一級(jí)加載，測(cè)定梁的開(kāi)裂荷載；開(kāi)裂后按破壞荷載的20%加載，加至90%的破壞荷載之后，按破壞荷載的10%加載，測(cè)定梁的破壞荷載；或可以緩慢加載直至結(jié)構(gòu)破壞，當(dāng)壓力機(jī)指示荷載不再增加時(shí)即為其破壞荷載。注：實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段的加載值一般取10的倍數(shù)(如10kn、20kn¼¼等)，以便于加載操作，荷載值接近開(kāi)裂荷載和破壞荷載時(shí)可取得較細(xì)，使檢測(cè)的開(kāi)裂荷載和破壞

6、荷載值更精確！3 每加一級(jí)荷載，穩(wěn)載10分鐘。六、 鋼筋混凝土構(gòu)件破壞的判定：根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)gb50152-92的規(guī)范要求，在檢測(cè)過(guò)程中，若觀測(cè)到下述標(biāo)志之一，可判定結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，達(dá)到或超過(guò)了承載力極限狀態(tài)。1. 在荷載不再增加的情況下，由設(shè)置在構(gòu)件受拉主筋處的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)測(cè)出連續(xù)變化的應(yīng)變，或受拉主筋的拉應(yīng)變達(dá)到10000me；2. 跨中撓度達(dá)到跨度的1/50；3. 受拉主筋處的垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm；4. 受剪斜裂縫寬度達(dá)到1.5mm，或斜裂縫末段受壓區(qū)混凝土剪壓破壞，或沿斜截面混凝土斜壓破壞；5. 受拉主筋在端部滑脫達(dá)0.2mm，或其它錨固破壞；6. 受拉主筋拉斷；7. 受壓

7、區(qū)混凝土被壓壞。七、 鋼筋混凝土梁實(shí)際開(kāi)裂荷載及極限荷載的確定：1. 在加載過(guò)程中出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標(biāo)志之一時(shí)，取前一級(jí)荷載值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開(kāi)裂荷載或極限荷載的實(shí)測(cè)值；2. 在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標(biāo)志之一時(shí)，取前一級(jí)荷載值與本級(jí)荷載的平均值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開(kāi)裂荷載或極限荷載的實(shí)測(cè)值；3. 在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束后出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標(biāo)志之一時(shí)，取本級(jí)荷載值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開(kāi)裂荷載或極限荷載的實(shí)測(cè)值；八、 加載設(shè)備與測(cè)試儀器：1 荷載設(shè)備為100kn單作用千斤頂，用分載梁將千斤頂?shù)囊粋€(gè)集中荷載分成兩個(gè)集中荷載，然后作用到梁上。2 測(cè)試設(shè)備根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果及設(shè)計(jì)方案來(lái)選用，選用

8、原則如下：i. 測(cè)試設(shè)備的型號(hào)、量程及精度根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)的范圍來(lái)選用，選用時(shí)應(yīng)注意計(jì)算數(shù)據(jù)的最大值要小于設(shè)備滿量程的70%；ii. 測(cè)試設(shè)備的數(shù)量根據(jù)測(cè)點(diǎn)的多少確定。3 可選用的設(shè)備：i. dh3815n靜態(tài)電阻應(yīng)變儀；ii. 鋼筋混凝土大變形引伸式測(cè)量系統(tǒng)(用于觀測(cè)混凝土開(kāi)裂后受拉區(qū)的平均應(yīng)變)；iii. 機(jī)械百分表、大行程百分表及機(jī)電百分表：量程：010mm 030mm 050mm；iv. 裂縫觀測(cè)儀（讀數(shù)顯微鏡）；v. 應(yīng)變片（膠基、紙基）。九、 正式實(shí)驗(yàn)：1 根據(jù)制訂的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每加一級(jí)荷載之后，穩(wěn)載10min，當(dāng)控制斷面儀表(應(yīng)變儀及百分表)的讀數(shù)基本不變化之

9、后，立即讀取所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3 要將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，及時(shí)分析原因，進(jìn)行復(fù)測(cè)，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。特別是在接近開(kāi)裂荷載及破壞荷載計(jì)算值時(shí)，要根據(jù)控制斷面的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整加載程序，以便準(zhǔn)確觀測(cè)到結(jié)構(gòu)實(shí)際的開(kāi)裂荷載及破壞荷載。接近開(kāi)裂荷載計(jì)算值時(shí)，主要觀測(cè)受拉區(qū)混凝土的應(yīng)變是否接近開(kāi)裂應(yīng)變，受拉鋼筋應(yīng)變是否突然增大。接近破壞荷載計(jì)算值時(shí)，主要觀測(cè)受拉鋼筋應(yīng)變以及受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變是否接近極限狀態(tài)。4 裂縫觀測(cè)：在達(dá)到開(kāi)裂荷載的90%以后，每加一級(jí)荷載仔細(xì)觀察梁是否有裂縫出現(xiàn)，記錄出現(xiàn)第一根裂縫時(shí)的荷載值，并用鉛筆在裂縫的旁邊畫出裂縫形狀在裂縫的末端作一個(gè)小標(biāo)記，注明此時(shí)的荷

10、載值，并測(cè)量裂縫寬度；隨著荷載的增加，尋找新的裂縫，按上述方法畫出裂縫形狀并注明荷載值，并選取三條較大裂縫寬度，在受拉主筋的位置處用讀數(shù)顯微鏡讀取裂縫寬度，并在記錄荷載值位置的旁邊記錄下當(dāng)前的裂縫寬度。每加一級(jí)荷載均要讀取裂縫，每次要求觀測(cè)同一裂縫的同一位置。取三條裂縫寬度中的最大值為最大裂縫寬度。5 當(dāng)荷載值達(dá)到破壞荷載計(jì)算值的90%后，注意觀察受拉主筋的應(yīng)變變化情況及梁的裂縫擴(kuò)展情況，記錄梁的破壞形式。! 注意：加載至破壞荷載計(jì)算值的90%后，一定要拆除位移傳感器，以免損壞儀表。6 卸載后，將試件上的裂縫情況繪制下來(lái)，包括每條裂縫的形狀、裂縫上標(biāo)注的荷載值、寬度。十、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和分析 現(xiàn)象：

11、加載中，首先在跨中出現(xiàn)一條直裂縫（純彎段），隨著荷載增加，裂縫延伸，分載梁下兩端也相繼出現(xiàn)直裂縫，裂縫逐漸加深加寬，當(dāng)下部鋼筋屈服后，荷載增加很慢，但裂縫發(fā)展很快，直至上部混凝土被壓碎，梁?jiǎn)适С休d力而破壞。分析：由前述理論計(jì)算可知，該梁屬于適筋梁，其破壞特征是受力鋼筋先屈服隨后受壓區(qū)混凝土被壓碎，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與其特征基本一致，但由于梁天氣溫度影響無(wú)法保證，僅出現(xiàn)直裂縫，并未在彎剪區(qū)出現(xiàn)斜裂縫。十一、思考題1.從各級(jí)荷載下的正截面應(yīng)變分布圖中可以看出哪些特征？剛開(kāi)始加載時(shí)，截面上的應(yīng)變沿高度為直線變化，應(yīng)變圖為三角形。隨著荷載增加，加載至開(kāi)裂荷載時(shí)，受拉區(qū)邊緣纖維應(yīng)變值達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)變，處于即將開(kāi)裂狀態(tài)。當(dāng)受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂后，其應(yīng)變?yōu)榱?，拉?yīng)力由鋼筋提供，鋼筋應(yīng)變突然增加。荷載再增加，應(yīng)變不斷增大，受壓區(qū)混凝土應(yīng)變呈曲線變化。下部鋼筋應(yīng)變達(dá)到極限拉應(yīng)變后，受壓區(qū)混凝土應(yīng)變變化速度加快，直至達(dá)到極限壓應(yīng)變而破壞2.在混凝土梁破壞時(shí)出現(xiàn)了哪些破壞特征？受拉區(qū)鋼筋，受壓區(qū)鋼筋都達(dá)