混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理_實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)i實(shí)驗(yàn)一、梁正截面受彎破壞實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解鋼筋混凝土梁正截面受彎破壞過(guò)程及破壞形態(tài)，觀察裂縫的開(kāi)展情況；2通過(guò)測(cè)定混凝土梁側(cè)面應(yīng)變大小，驗(yàn)證平截面假定，同時(shí)測(cè)定梁在各級(jí)荷載作用下跨中撓度變形值； 3測(cè)定鋼筋混凝土梁的開(kāi)裂荷載、極限承載力，驗(yàn)證受彎構(gòu)件正截面的承載力計(jì)算公式。二、 實(shí)驗(yàn)裝置圖1為本課程進(jìn)行梁受彎性能實(shí)驗(yàn)采用的加載裝置，加載設(shè)備為手動(dòng)千斤頂。采用兩點(diǎn)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(cè)定荷載值。梁受彎性能實(shí)驗(yàn)，取L=1400mm，a=50mm，b=450mm，c=400 mm。1試驗(yàn)梁；2滾動(dòng)

2、鉸支座；3固定鉸支座；4支墩；5分配梁滾動(dòng)鉸支座；6分配梁滾動(dòng)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1 梁受彎實(shí)驗(yàn)裝置圖（a）加載簡(jiǎn)圖（kN）（b）彎矩圖（kNm）（c）剪力圖（kN）圖2 梁受彎試驗(yàn)加載和內(nèi)力簡(jiǎn)圖三、試件設(shè)計(jì)（1）試件設(shè)計(jì)的依據(jù)根據(jù)梁正截面受壓區(qū)相對(duì)高度和界限受壓區(qū)相對(duì)高度的比較可以判斷出受彎構(gòu)件的類型：當(dāng)時(shí)，為適筋梁；當(dāng)時(shí)，為超筋梁。界限受壓區(qū)相對(duì)高度可按下式計(jì)算： (1-1)其中在進(jìn)行受彎試件梁設(shè)計(jì)時(shí)，、分別取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量；進(jìn)行受彎試件梁加載設(shè)計(jì)時(shí)，、分別取鋼筋試件試驗(yàn)得到鋼筋受拉屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模

3、量。對(duì)于少筋梁，設(shè)計(jì)試件配筋時(shí)，需要控制梁受拉鋼筋配筋率不大于適筋構(gòu)件的最小配筋率，其中可按下式計(jì)算。 (1-2)（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1400mm；混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20；縱向受拉鋼筋的種類：HRB335（適筋梁和超筋梁），HPB300（少筋梁）；箍筋的種類：HPB300（純彎段無(wú)箍筋）；縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：15mm；試件的配筋情況見(jiàn)圖3和表1。 圖3 梁受彎試驗(yàn)試件配筋表1 梁受彎試件的配筋試件編號(hào)試件特征配筋情況預(yù)估荷載P (kN)PcrPyPuMLA適筋梁214210850(2)10.844.

4、449.3MLB超筋梁222210850(2)16.170.0MLC少筋梁262106100(2)7.27.2（3）試件加載估算開(kāi)裂彎矩估算 (1-3)其中，。屈服彎矩估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時(shí)，壓區(qū)混凝土的應(yīng)力為線性分布，因此有： (1-4)極限彎矩估算對(duì)于適筋梁： ， (1-5)對(duì)于超筋梁： (1-6)對(duì)于少筋梁： (1-7)四、量測(cè)內(nèi)容（1）混凝土平均應(yīng)變?cè)诹嚎缰幸粋?cè)面布置5個(gè)應(yīng)變片，應(yīng)變片間距40mm，應(yīng)變片大小建議選擇40mm、60mm，以量測(cè)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(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖4。圖.4 梁受彎試驗(yàn)混凝土平均應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖.5 縱筋應(yīng)變片布置（2）縱向鋼筋

5、應(yīng)變?cè)谠嚰v向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片，以量測(cè)加載過(guò)程中鋼筋的應(yīng)力變化，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖5。（3）撓度受彎構(gòu)件的撓度測(cè)點(diǎn)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6所示。在試驗(yàn)加載前，應(yīng)在沒(méi)有外荷載的條件下測(cè)讀儀表的初始讀數(shù)。試驗(yàn)時(shí)在每級(jí)荷載作用下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束時(shí)量測(cè)構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位測(cè)點(diǎn)的測(cè)度程序在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中宜保持一致，各測(cè)點(diǎn)間讀數(shù)時(shí)間間隔不宜過(guò)長(zhǎng)。圖6 梁受彎試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置（4）裂縫試驗(yàn)前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開(kāi)裂后立即對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)，用裂縫測(cè)寬儀及鋼直尺等

6、工具量測(cè)各級(jí)荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長(zhǎng)度及裂縫間距，并采用數(shù)碼相機(jī)拍攝后手工繪制裂縫展開(kāi)圖，裂縫寬度的測(cè)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(yàn)荷載值持續(xù)15min結(jié)束時(shí)進(jìn)行量測(cè)。五、加載方式 （1）單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制試件的加載簡(jiǎn)圖和相應(yīng)的彎矩、剪力圖見(jiàn)1和2所示。梁受彎試驗(yàn)采用單調(diào)分級(jí)加載，每次加載時(shí)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，需要進(jìn)行預(yù)加載，預(yù)加載所用的荷載可為分級(jí)荷載的前2級(jí)。適筋梁加載方式：加載到開(kāi)裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90以前，每級(jí)荷載不宜大于開(kāi)裂荷載計(jì)算值的20；達(dá)到開(kāi)裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90以后，每級(jí)荷

7、載值不宜大于其荷載值的5；當(dāng)試件開(kāi)裂后，每級(jí)荷載值取10的承載力試驗(yàn)荷載計(jì)算值（Pu）的級(jí)距；當(dāng)加載達(dá)到縱向受拉鋼筋屈服后，按跨中位移控制加載，加載的級(jí)距為鋼筋屈服工況對(duì)應(yīng)的跨中位移；加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。超筋梁加載方式：的加載機(jī)制同適筋梁；在加載達(dá)到承載力試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90以后，每級(jí)荷載值不宜大于開(kāi)裂試驗(yàn)荷載值的5；加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。少筋梁加載方式：加載到開(kāi)裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90以前，每級(jí)荷載不宜大于開(kāi)裂荷載計(jì)算值的20；達(dá)到開(kāi)裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90以后，每級(jí)荷載值不宜大于其荷載值的5；少筋梁的開(kāi)裂荷載和破壞荷載接近，而且表現(xiàn)為脆性破

8、壞，注意加載過(guò)程的安全防護(hù)。（2）開(kāi)裂荷載實(shí)測(cè)值確定方法對(duì)于正截面出現(xiàn)裂縫的試驗(yàn)構(gòu)件，可采用下列方法確定開(kāi)裂荷載實(shí)測(cè)值：放大鏡觀察法 用放大倍率不低于四倍的放大鏡觀察裂縫的出現(xiàn)；當(dāng)加載過(guò)程中第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取前一級(jí)荷載作為開(kāi)裂荷載實(shí)測(cè)值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間內(nèi)第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取本級(jí)荷載值與前一級(jí)荷載的平均值作為開(kāi)裂荷載實(shí)測(cè)值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束后第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取本次荷載值作為開(kāi)裂荷載實(shí)測(cè)值。荷載撓度曲線判別法 測(cè)定試件的最大撓度，取其荷載撓度曲線上斜率首次發(fā)生突變時(shí)的荷載值作為開(kāi)裂荷載的實(shí)測(cè)值；連續(xù)布置應(yīng)變計(jì)法 在截面受拉區(qū)最外層表面，沿受力主筋方向在拉應(yīng)力最大區(qū)段的全

9、長(zhǎng)范圍內(nèi)連續(xù)搭接布置應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)變值的發(fā)展，取任一應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變?cè)隽坑型蛔儠r(shí)的荷載值作為開(kāi)裂荷載實(shí)測(cè)值。（3）承載力極限狀態(tài)確定方法對(duì)梁試件進(jìn)行受彎承載力試驗(yàn)時(shí)，在加載或持載過(guò)程中出現(xiàn)下列標(biāo)記即可認(rèn)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：對(duì)有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋的受拉應(yīng)變達(dá)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(dá)到1.5mm；撓度達(dá)到跨度的1/30；受壓區(qū)混凝土壓壞。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理、分析（1）認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)記錄表，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（2）計(jì)算每級(jí)荷載作用下，跨中及對(duì)稱加載點(diǎn)的實(shí)測(cè)撓度值。其中跨中撓度值等于跨中百分表測(cè)量值減去兩支座位百分表測(cè)量值的平均

10、值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪出簡(jiǎn)支梁的彈性曲線（整體變形曲線）；（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖；（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)梁材料的實(shí)測(cè)強(qiáng)度及幾何尺寸，計(jì)算正截面承載力的理論值，并與梁的正截面承載力實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，計(jì)算出實(shí)測(cè)值與理論值的符合程度？實(shí)驗(yàn)二、梁斜截面受剪破壞試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解鋼筋混凝土梁斜截面受剪破壞過(guò)程及破壞形態(tài)，觀察裂縫的開(kāi)展情況，加深理解箍筋在斜截面抗剪中的作用；2測(cè)定鋼筋混凝土梁斜截面的開(kāi)裂荷載和極限承載力，驗(yàn)證斜截面受剪承載力計(jì)算公式。二、 實(shí)驗(yàn)裝置梁斜截面受剪破壞實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)裝置和梁受彎破壞實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)裝置相同，見(jiàn)圖1。根據(jù)不同的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，調(diào)整加載點(diǎn)的位置b，具體調(diào)整數(shù)值見(jiàn)表2。三、試件設(shè)計(jì)（1）

11、試件設(shè)計(jì)的依據(jù)根據(jù)剪跨比和彎剪區(qū)箍筋配筋量的調(diào)整，可將試件設(shè)計(jì)為剪壓、斜壓和斜拉破壞。進(jìn)行試件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證梁受彎極限荷載的預(yù)估值比受剪極限荷載預(yù)估值大。（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1400mm；混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20；縱向受拉鋼筋的種類：HRB335；箍筋的種類：HPB235；縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：15mm；試件的配筋情況見(jiàn)表2和圖7； 表2 梁受剪試件的配筋試件編號(hào)試件特征配筋情況加載位置b（mm）預(yù)估受剪極限荷載PuQ (kN)預(yù)估受彎極限荷載PuM (kN)QA剪壓破壞6150(2)218210400

12、63104QB斜壓破壞650/100(2)218210200138208QC斜拉破壞6200(2)2182105005069(a)剪壓破壞試件(b)斜壓破壞試件(c)斜拉破壞試件圖7 梁受剪試件配筋 （3）試件加載估算試件受彎極限荷載按照上述的梁受彎承載力計(jì)算，其中材料強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)值。對(duì)于梁受剪承載力可參照規(guī)范GB500102010的有關(guān)公式計(jì)算，其中材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值，即： (3-9) (3-10)其中，當(dāng)時(shí)，取，當(dāng)時(shí)，取。四、加載方式 （1）單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制與梁受彎試驗(yàn)一樣，梁受剪試驗(yàn)也采用單調(diào)分級(jí)加載。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(jí)荷載的前1

13、級(jí)。正式加載的分級(jí)情況為：在最大斜裂縫寬度發(fā)展至0.6mm以前，根據(jù)預(yù)計(jì)的受剪破壞荷載分級(jí)進(jìn)行加載，每級(jí)荷載約為破壞荷載的20，每次加載時(shí)間間隔為15分鐘；當(dāng)最大斜裂縫寬度發(fā)展至0.6mm以后，拆除所有儀表，然后加載至破壞，并記錄破壞時(shí)的極限荷載。 （2）承載力極限狀態(tài)確定方法對(duì)梁試件進(jìn)行受剪承載力試驗(yàn)時(shí)，在加載或持載過(guò)程中出現(xiàn)下列標(biāo)記即可認(rèn)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：斜裂縫端部受壓區(qū)混凝土剪壓破壞；沿斜截面混凝土斜向受壓破壞； 沿斜截面撕裂形成斜拉破壞；鋼筋與斜裂縫交會(huì)處的斜裂縫寬度達(dá)到1.5mm；五、量測(cè)內(nèi)容 （1）縱向鋼筋應(yīng)變梁受剪試驗(yàn)試件的縱向鋼筋應(yīng)變布置同

14、梁受彎試驗(yàn)試件，見(jiàn)圖5。 （2）箍筋鋼筋應(yīng)變箍筋的鋼筋應(yīng)變片布置見(jiàn)圖8，實(shí)際的應(yīng)變計(jì)測(cè)點(diǎn)編號(hào)以指導(dǎo)教師告知結(jié)果為準(zhǔn)。(a)剪壓破壞試件(b)斜壓破壞試件(c)斜拉破壞試件圖8 梁受剪試驗(yàn)箍筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置（3）撓度梁斜截面受剪破壞試驗(yàn)試件的撓度布置同梁受彎試驗(yàn)試件，見(jiàn)圖6。（4）裂縫試驗(yàn)前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開(kāi)裂后立即對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)，用裂縫測(cè)寬儀及鋼直尺等工具量測(cè)各級(jí)荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長(zhǎng)度及裂縫間距，并采用數(shù)碼相機(jī)拍攝后手工繪制裂縫展開(kāi)圖，對(duì)于垂直裂縫的寬度應(yīng)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的側(cè)面相應(yīng)于受拉主筋高度處量測(cè)；斜裂縫的寬度應(yīng)在斜裂縫與箍筋交匯處量測(cè)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理、分析 （1）認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)記錄表，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（2）記錄斜裂縫的開(kāi)裂荷載及斜截面的極限承載力；（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖正截面受彎破壞梁裂縫繪制記錄試驗(yàn)名稱： 試件編號(hào)： 記錄內(nèi)容： 試驗(yàn)時(shí)間： 斜截面受剪破壞梁裂縫繪制記錄試驗(yàn)名稱： 試件編號(hào)： 記錄內(nèi)容： 試驗(yàn)時(shí)間： 百分表測(cè)讀數(shù)據(jù)記錄表試驗(yàn)名稱： 試件編號(hào)： 記錄內(nèi)容： 試驗(yàn)時(shí)間： 荷載 （單位： ）測(cè)點(diǎn)號(hào)：測(cè)點(diǎn)號(hào)：測(cè)點(diǎn)號(hào)：測(cè)點(diǎn)號(hào)：測(cè)點(diǎn)號(hào)：級(jí)數(shù)加載值累計(jì)值讀數(shù)讀數(shù)差累計(jì)值讀數(shù)讀數(shù)差累