同濟大學(xué)混凝土試驗報告適筋梁受彎

1、裝訂線混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗課程作業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗報告試驗名稱適筋梁受彎實驗試驗課教師趙勇姓名王xx學(xué)號1xxxxxx手機號188xxxxxxxx任課教師李方元日期2014年10月24日裝訂線·混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗課程作業(yè)目錄1. 試驗?zāi)康?2. 試件設(shè)計22.1 材料和試件尺寸22.2 試件設(shè)計22.3 試件的制作43. 材性試驗43.1 混凝土材性試驗43.2 鋼筋材性試驗54. 試驗過程64.1 加載裝置64.2 加載制度74.2.1單調(diào)分級加載機制74.2.2承載力極限狀態(tài)確定方法74,2.3具體加載方式84.3量測與觀測內(nèi)容84.3.1 荷載84.3.2 縱向鋼筋

2、應(yīng)變84.3.3 混凝土平均應(yīng)變84.3.4 撓度94.3.5 裂縫94.4 裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)95. 試驗數(shù)據(jù)處理與分析105.1 試驗原始資料的整理105.2 荷載-撓度關(guān)系曲線105.3 彎矩-曲率關(guān)系曲線135.5 正截面承載力分析155.6 斜截面承載力分析165.7 構(gòu)件的承載力分析166 結(jié)論161. 試驗?zāi)康模?）觀察并掌握適筋梁受彎破壞的力學(xué)行為和破壞模式；（2）掌握構(gòu)件加載過程中裂縫和其他現(xiàn)象的描述和記錄方法；（3）掌握對實驗數(shù)據(jù)的處理和分析方法；（4）學(xué)會利用數(shù)據(jù)分析實驗過程中的現(xiàn)象，尤其是與理論預(yù)期有較大偏差的現(xiàn)象；（5）通過撰寫實驗報告的過程，加深對混凝土結(jié)構(gòu)適筋梁構(gòu)

3、件受彎性能的理解。2. 試件設(shè)計2.1 材料和試件尺寸（1）鋼筋：縱筋HPB335、箍筋HPB235（2）混凝土強度等級：C20 （3）試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1800mm2.2 試件設(shè)計（1）試件設(shè)計的依據(jù)根據(jù)梁正截面受壓區(qū)相對高度和界限受壓區(qū)相對高度的比較可以判斷出受彎構(gòu)件的類型：當時，為適筋梁。界限受壓區(qū)相對高度可按下式計算： （2-1）其中在進行受彎試件梁設(shè)計時，、分別取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強度標準值和彈性模量；進行受彎試件梁加載設(shè)計時，、分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模量。同時控制配筋量大

4、于最小配筋率。最小配筋率公式： （2-2）為了保證構(gòu)件在實際受荷情況下受彎段發(fā)生受彎破壞，需在受彎段外配置足夠的箍筋和架立筋以防止構(gòu)件發(fā)生剪切破壞，同時支座處應(yīng)做一定的處理以防止發(fā)生局部沖切破壞和縱筋錨固破壞。（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1800mm；混凝土強度等級：C20；縱向受拉鋼筋的種類： HPB335；箍筋的種類：HPB235（純彎段無箍筋）；縱向鋼筋混凝土保護層厚度：15mm；試件的配筋情況見圖2.1和表2.1； 圖2.1 適筋梁受彎試驗試件的配筋表2.1 適筋梁受彎試驗試件的配筋配筋情況預(yù)估荷載P (

5、kN)PcrPyPu214210850(2)10.844.449.3說明：預(yù)估荷載按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范給定的材料強度標準值計算，未計試件梁和分配梁的自重。（3）試件加載估算開裂彎矩估算 (2-3)其中，。屈服彎矩估算 (2-4)極限彎矩估算對于適筋梁：界限受壓區(qū)相對高度：b=0.81+fy0.0033Es （2-5）x h0=b （2-6）作為計算，假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的應(yīng)力為線性分布，因此有：Mu=fyAs(h0-x2) （2-7） fcbx=fyAs） （2-8）預(yù)估極限荷載為Pu=Mu0.3 （2-9）2.3 試件的制作（1）檢查試模尺寸及角度，在試模內(nèi)表面應(yīng)涂一層礦物油或其他不

6、與混凝土發(fā)生反應(yīng)的脫模劑；（2） 取樣拌制的混凝土，至少用鐵鍬來回拌和三次至均勻；（3）現(xiàn)場平板振動現(xiàn)澆混凝土，將拌合物一次裝入試模，裝料時應(yīng)用抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試?？凇９瓮吭嚹Ｉ峡诙嘤嗟幕炷?，待混凝土臨近初凝時，用抹刀抹平；（4）將試件小心平穩(wěn)移入溫度20±0.5的房間進行標準養(yǎng)護；（5） 28天后，將試件小心脫模，待用，完成試件制作。3. 材性試驗3.1 混凝土材性試驗試塊留設(shè)時間：2014年09月 25日試驗時間： 2014年10月 26日試塊養(yǎng)護條件：室內(nèi)與試件同條件養(yǎng)護混凝土強度實測結(jié)果見表3.1表3.1 混凝土強度實測結(jié)果試件尺寸150mm

7、5;150mm×150mm實測立方體抗壓強度/MPa平均立方體抗壓強度/MPa推定軸心抗壓強度/MPa推定軸心抗拉強度/MPa推定彈性模量/GPa23.422.517.11.8926.7522.022.2注：軸心抗壓強度、軸心抗拉強度、彈性模量根據(jù)國家標準混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 50010-2010推定。3.2 鋼筋材性試驗鋼筋強度實測結(jié)果見表3.2表3.2 鋼筋強度實測結(jié)果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限荷載/kN屈服強度平均值/MPa極限強度平均值/MPa試件平均試件平均4光圓4.114.155.155.173304114.185.244.165.136光圓11.611.316.

8、015.740055611.215.611.215.68光圓19.018.523.222.936845618.422.418.023.210光圓282740373444762532284010帶肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312帶肋606271735486466374627314帶肋686991924485987494669018帶肋15414516216457064515216412816522帶肋1621602002004215261582001602004. 試驗過程4.1 加載裝置圖4.1為適筋梁受彎性能試驗采用的加載裝置

9、，圖4.2為實物圖。加載設(shè)備為千斤頂。采用兩點集中力加載，在跨中形成純彎段，由千斤頂及反力梁施加壓力，分配梁分配荷載，壓力傳感器測定荷載值。梁受彎性能試驗，取L=1800mm，a=100mm，b=600mm，c=400 mm。試件的加載簡圖和相應(yīng)的彎矩、剪力圖見圖4.3所示。1試驗梁；2滾動鉸支座；3固定鉸支座；4支墩；5分配梁滾動鉸支座；6分配梁滾動鉸支座；7集中力下的墊板；8分配梁；9反力梁及龍門架；10千斤頂；圖4.1 適筋梁梁受彎試驗裝置圖圖4.2 適筋梁受彎試驗裝置實物圖（a）加載簡圖（kN，mm）（b）彎矩圖（kN·m）（c）剪力圖（kN）圖4.3 梁受彎試驗加載和內(nèi)力簡

10、圖4.2 加載制度4.2.1單調(diào)分級加載機制試件的加載簡圖和相應(yīng)的彎矩、剪力圖見圖4.2和4.3所示。梁受彎試驗采用單調(diào)分級加載，每次加載時間間隔為15分鐘。在正式加載前，為檢查儀器儀表讀數(shù)是否正常，需要預(yù)加載，預(yù)加載所用的荷載是分級荷載的前2級。對于適筋梁：（1）在加載到開裂試驗荷載計算值的90以前，每級荷載不宜大于開裂荷載計算值的20；（2）達到開裂試驗荷載計算值的90以后，每級荷載值不宜大于其荷載值的5；（3）當試件開裂后，每級荷載值取10的承載力試驗荷載計算值（Pu）的級距；（4）當加載達到縱向受拉鋼筋屈服后，按跨中位移控制加載，加載的級距為鋼筋屈服工況對應(yīng)的跨中位移；（5）加載到臨近

11、破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。4.2.2承載力極限狀態(tài)確定方法對梁試件進行受彎承載力試驗時，在加載或持載過程中出現(xiàn)下列標記即可認為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)達到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：對有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋的受拉應(yīng)變達到0.01；受拉主鋼筋拉斷； 受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5mm；撓度達到跨度的1/30；受壓區(qū)混凝土壓壞。4,2.3具體加載方式具體分級加載/kN：05101520153035404550破壞（開裂：10kN；最大：103kN）4.3量測與觀測內(nèi)容本次試驗進行了大量的數(shù)據(jù)測量和試驗現(xiàn)象的觀測，內(nèi)容包括混凝土平均應(yīng)變、縱向鋼筋應(yīng)變、撓度以及裂縫，下

12、面分別敘述。測點編號與對應(yīng)應(yīng)變片編號如下表4.1表4.1 測點編號與相關(guān)測量量的對應(yīng)關(guān)系千斤頂鋼筋應(yīng)變位移123456123456737-143-143-243-343-443-543-646-146-246-346-446-746-6 46-84.3.1 荷載通過千斤頂施加到梁上的荷載，可以通過設(shè)置在加荷裝置上的力傳感器37-1測得。4.3.2 縱向鋼筋應(yīng)變在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片，以量測加載過程中鋼筋的應(yīng)力變化，測點布置見圖4.4。圖4.4 縱筋應(yīng)變片布置4.3.3 混凝土平均應(yīng)變在梁跨中一側(cè)面布置4個位移計，從上至下間距分別為55,60,55mm。位移計標距為150mm，以量

13、測梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均應(yīng)變分布規(guī)律，測點布置見圖4.5。圖4.5 梁受彎試驗混凝土平均應(yīng)變測點布置4.3.4 撓度對受彎構(gòu)件的撓度測點應(yīng)布置在構(gòu)件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，如圖4.6所示。在試驗加載前，應(yīng)在沒有外荷載的條件下測讀儀表的初始讀數(shù)。試驗時在每級荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結(jié)束時量測構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位測點的測度程序在整個試驗過程中宜保持一致，各測點間讀數(shù)時間間隔不宜過長。圖4.6 梁受彎試驗撓度測點布置4.3.5 裂縫試驗前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立即對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況

14、進行詳細觀測，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長度及裂縫間距，并采用數(shù)碼相機拍攝后手工繪制裂縫展開圖，裂縫寬度的測量位置為構(gòu)件的側(cè)面相應(yīng)于受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應(yīng)在使用狀態(tài)短期試驗荷載值持續(xù)15min結(jié)束時進行量測。4.4 裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)試驗前，試件尺寸b×h×l120×200×1800mm，跨度1600mm，無肉眼可見的裂縫和損傷。荷載較小時，也無明顯裂縫發(fā)展。荷載加到15kN時，集中荷載作用截面下緣已經(jīng)產(chǎn)生裂縫，如圖。后來裂縫逐漸擴大，裂縫截面混凝土承受的拉力全部傳給鋼筋，鋼筋拉應(yīng)力激增，直到

15、發(fā)生屈服。加載到接近100kN時，裂縫發(fā)展至梁頂，頂部混凝土達到抗壓極限導(dǎo)致最終破壞。破壞形態(tài)如圖4.7，裂縫圖見附錄。圖4.7 破壞形態(tài)5. 試驗數(shù)據(jù)處理與分析5.1 試驗原始資料的整理通過試驗，我們得到構(gòu)件在加載至破壞所測量內(nèi)容在不同時刻的數(shù)據(jù)，為分析該構(gòu)件的受力性能，需要對數(shù)據(jù)進行篩選和處理，對實際的結(jié)果結(jié)合所學(xué)理論知識定性分析，然后與理論預(yù)估值進行比較，分析兩者之間異同的原因。需要注意的是，在試驗過程中產(chǎn)生的異常情況，在處理分析數(shù)據(jù)時要排除異常情況對結(jié)果的干擾，如實驗數(shù)據(jù)中存在誤差較大的點，應(yīng)予以排除。5.2 荷載-撓度關(guān)系曲線確定簡支梁構(gòu)件在各級荷載作用下的短期撓度實測值，考慮支座沉

16、降、自重、加載設(shè)備自重及加載方式的影響，可按下式計算： (5-1) (5-2) (5-3)式中經(jīng)修正后的第i級試驗荷載作用下的構(gòu)件跨中短期撓度實測值（mm）；消除支座沉降后的第i級試驗荷載作用下的構(gòu)件跨中短期撓度實測值（mm）；梁構(gòu)件自重和加載設(shè)備重力產(chǎn)生的跨中撓度值（mm）；第i級外加試驗荷載作用下構(gòu)件跨中位移實測值（包括支座沉降）（mm）；、第i級外加試驗荷載作用下構(gòu)件左、右端支座沉降位移實測值（mm）；構(gòu)件自重和加載設(shè)備重力產(chǎn)生的跨中彎矩值（）；從外加試驗荷載開始至構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的前一級荷載為止的加載值產(chǎn)生的跨中彎矩值（）；從外加試驗荷載開始至構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的前一級荷載為止的加載值產(chǎn)生的跨中

17、撓度實測值（mm）。本試驗實測分配梁自重16.6kg。相應(yīng)地，當荷載P1=5kN，而實際荷載除第一級荷載外均大于5kN，因此梁構(gòu)件自重造成的撓度可忽略，下面的撓度值直接按照（5-2）計算。 表5.1 荷載-撓度關(guān)系篩選出的數(shù)據(jù)荷載值/kN跨中位移/mm左支座位移/mm右支座位移/mm跨中撓度（絕對值）/mm0-0.010-0.0530.026-0.0040.532-0.047-0.0610.0300.0325.9-0.211-0.078-0.0650.1409.863-0.420-0.124-0.1520.28215.065-0.743-0.157-0.2140.55819.772-1.087

18、-0.174-0.2470.87729.763-1.766-0.199-0.3181.50834.718-2.134-0.241-0.3391.84439.59-2.487-0.261-0.3882.16344.957-2.855-0.282-0.4302.49948.92-3.287-0.320-0.4592.89857.178-3.731-0.345-0.4633.32760.315-3.979-0.370-0.4673.56165.6-4.360-0.370-0.4633.94470.555-4.767-0.387-0.4804.33475.674-5.270-0.395-0.4754.

19、83580.133-5.492-0.408-0.4755.05185.666-6.095-0.441-0.4925.62990.785-6.607-0.445-0.4846.14395.079-7.239-0.474-0.5096.748100.941-8.015-0.516-0.5387.48898.877-8.275-0.508-0.5427.75094.914-8.333-0.516-0.5387.80699.786-8.698-0.508-0.5338.17896.978-9.322-0.508-0.5388.79997.061-10.035-0.520-0.5429.50494.83

20、1-10.588-0.52-0.52910.06391.115 -11.569-0.541-0.54211.02888.391-12.935-0.566-0.54612.37983.932-13.728-0.566-0.54613.17281.867-14.658-0.566-0.54214.10478.812-16.347-0.566-0.55015.78976.91317.236-0.566-0.54216.682圖5.1 荷載-撓度關(guān)系曲線圖5.1 可以看出，跨中撓度隨著荷載的增大大體分為兩個階段， 第一階段是直線階段（彈性階段），荷載和撓度成正比，這一階段中混凝土沒有開裂現(xiàn)象。當?shù)竭_開

21、裂彎矩時，曲線的斜率開始降低。第二階段是斜率不斷減小的曲線（帶裂縫工作），裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應(yīng)力激增，裂縫不斷發(fā)展，構(gòu)件的剛度減小，即荷載撓度曲線的斜率不斷減小。第三階段是斜向下的曲線（破壞階段），撓度超過7.5mm后，隨著繼續(xù)增大千斤頂?shù)膲毫隙壤^續(xù)迅速增加，和在不在增加，試件完全破壞。5.3 彎矩-曲率關(guān)系曲線根據(jù)簡支梁受兩個豎向荷載的力學(xué)分析，設(shè)千斤頂產(chǎn)生的荷載為P，則每個豎向集中荷載大小為0.5P，則梁中點處的彎矩為梁自重在中點處產(chǎn)生的彎矩為分析可知當千斤頂施加的荷載大于1kN時，梁自重在中點產(chǎn)生的彎矩可以忽略不計，因此直接忽略梁自重產(chǎn)生的彎矩值。即其中M、P的單位分別為kN&

22、#183;m、kN。根據(jù)實測混凝土應(yīng)變，跨中截面平均曲率可按下式計算： (5-4)式中，若定義撓度以向下為正，則、分別為截面?zhèn)让嫔?、下兩點的實測混凝土平均應(yīng)變（以拉應(yīng)變?yōu)檎瑸樵搩牲c沿梁截面高度方向的實測距離?；炷疗骄鶓?yīng)變的測點布置，見圖4.5。由于位移計4的讀數(shù)受裂縫影響較大，因此在計算曲率的時候，用2、3兩組位移計的讀數(shù)來計算。在本次實驗數(shù)據(jù)處理時，當千斤頂施加荷載大于50kN時，貼在混凝土側(cè)表面的應(yīng)變片應(yīng)變均突變?yōu)楹艽蟮闹担◤?.4左右突變?yōu)?8左右），疑似應(yīng)變片損壞失效，因此千斤頂荷載大于50kN的數(shù)據(jù)全部不予使用。表5.2 彎矩-曲率關(guān)系篩選出的數(shù)據(jù)千斤頂壓力P（kN）位移計2位

23、移（mm）位移計3位移（mm）曲率（10-6mm-1）彎矩M（kN·m）00.0340.1121.3000.3670.0380.121.370.11010.6150.0490.1241.250.18450.6980.0610.1160.920.20940.780.0530.1241.180.2345.8170.0650.1912.101.74516.230.0570.1952.301.8699.7810.0570.1591.702.934310.2760.0530.1671.903.082820.102-0.0220.2224.076.030625.057-0.0380.3246.0

24、37.517130.094-0.0420.2935.589.028240.085-0.0450.3877.2012.025545.039-0.0220.4547.9313.511749.664-0.0340.4468.0014.8992圖5.2 跨中彎矩-曲率關(guān)系曲線由于2、3兩片位移計距中性軸較近，位移值較小，且接近于位移計最小精度值0.004mm，因此得到的測量結(jié)果準確性較低。不過從整理后的數(shù)據(jù)形成的圖5.2中仍可以看出，適筋梁在裂縫出現(xiàn)之前，彎矩和曲率基本成線性關(guān)系，荷載加到50kN后，由于應(yīng)變片已拆除，具體數(shù)據(jù)無從得知。采用混凝土結(jié)構(gòu)基本原理（第二版）（顧祥林主編）第五章第五節(jié)中的方法

25、計算，不同配筋率的梁的彎矩曲率關(guān)系應(yīng)如圖5.3。本實驗為適筋梁破壞試驗，曲線在I和II過程與理論分析基本相符。圖5.3 不同鋼筋混凝土梁正截面的的彎矩曲率關(guān)系曲線5.5 正截面承載力分析 由實測數(shù)據(jù)：ft=1.89MPa，fc=17.1MPa，fy=448MPa 界限受壓區(qū)相對高度：b=0.81+fy0.0033Es = 0.81+3600.0033×2.0×105=0.518 （5-5）對于適筋梁，要求=fyAs1fc bh0=0.168b (對于C20混凝土，1取1.0)0.45ftfy=0.45* 1.89448=0.00422 （5-6）min=max0.45ftfy,0.002=0.00422 （5-7）=Asbh>min （5-8）由（5-7）、（5-8）解得As101mm2 （5-9）現(xiàn)取，As=307.9mm2 ，符合條件。則實際h0=h-15-142=178mm （5-10）作為計算，假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的應(yīng)力為線性分布，因此有：Mu=fcbx(h0-x2) (5-11) fcbx=fyAs (5-12)把 As=307.9mm2，h0=168mm 代