鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面試驗

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)件正截面試驗二零一零年十二月 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?實驗室實驗?zāi)康?2模擬實驗?zāi)康?22.實驗設(shè)備：2試件特征2實驗室儀器設(shè)備：3模擬實驗儀器設(shè)備：33、實驗簡圖3少筋破壞-配筋截面：4適筋破壞-配筋截面4超筋破壞-配筋截面44.1 少筋破壞：5（1）計算的極限彎矩、破壞彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。5（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）5（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）6（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。74.2 適筋破壞：8（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

2、原因。8（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）9（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、撓度和裂縫寬度的影響。134.3 超筋破壞：14（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。14（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）14（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）16（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。17（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。185、實驗結(jié)果討論與實驗小結(jié)。18仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院實驗報告紙實驗一 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面

3、試驗1.實驗?zāi)康模篈、實驗室實驗?zāi)康?1、了解受彎構(gòu)建正截面的承載力大小，撓度變化及裂紋出現(xiàn)和發(fā)展的過程。2、觀察了解受彎構(gòu)件受力和變形的過程的三個工作階段及適筋梁的破壞特征3、測定或計算受彎構(gòu)件正截面的開裂荷載和極限承載力，驗證正截面承載計算方法B、模擬實驗?zāi)康?1、通過用動畫演示鋼筋 混凝土簡支梁兩點對稱加載實驗的全過程，形象生動地向?qū)W生展示了鋼筋 混凝土簡支受彎構(gòu)件在荷載作用下的工作性能。同時，軟件實時地繪制撓度-荷載曲線、受壓區(qū)高度-荷載曲線及最大裂縫寬度-荷載曲線以放映簡支梁工作性能的變化規(guī)律，力圖讓學(xué)生清楚受彎構(gòu)件的變形，受壓區(qū)高度等在荷載作用下不同階段的發(fā)展情

4、況。2、分別進行少鋼筋、適筋梁、超筋梁的實驗，實驗錄像與模擬實驗（實用SSBCAI鋼筋 混凝土簡支梁加載試驗?zāi)M輔助教學(xué)軟件）相結(jié)合，觀察相同截面、相同實驗條件，不同配筋的梁構(gòu)件在荷載作用下的工作性能、變化規(guī)律、破壞形態(tài)等。3、學(xué)生還可以實用軟件對即將進行的實驗進行預(yù)測，認識試件在荷載作用下不同階段的反應(yīng)，從而設(shè)計出良好的實驗觀測方案。4、實驗結(jié)果有學(xué)生計算與模擬實驗結(jié)合進行，實現(xiàn)參與式實驗教學(xué)的效果。2.實驗設(shè)備：A、試件特征（1）根據(jù)實驗要求，試驗梁的混凝土等級為C25，截面尺寸為150mm*400mm，（Fc=16.7N/mm，,，ft=1.27 N/mm）縱向向受力鋼筋等級為

5、HRB400級） 箍筋與架立鋼筋強度等級為HPB300級（2）試件尺寸及配筋圖如圖所示，縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層厚度為20mm(計算按規(guī)定取20+5=25mm)。（3）梁的中間配置直徑為6mm，間距為80的箍筋，保證不發(fā)生斜截面破壞。（4）梁的受壓區(qū)配有兩根架立鋼筋，直徑為10mm，通過箍筋和受力鋼筋綁扎在一起，形成骨架，保證受力鋼筋處在正確的位置。B、真實實驗儀器設(shè)備：1、靜力試驗臺座，反力架，支座及支墩2、20T手動式液壓千斤頂3、20T荷重傳感器4、YD-21型動態(tài)電阻應(yīng)變儀5、X-Y函數(shù)記錄儀器6、YJ-26型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及平衡箱7、讀書顯微鏡及放大鏡8、位移計（百分表）及磁性表

6、座9、電阻應(yīng)變片，導(dǎo)線等C、模擬實驗儀器設(shè)備：1、筆、計算紙2、電腦3、SSBCAI軟件3、實驗簡圖本次試驗我分配的梁的跨度l為3300mm，構(gòu)造要求的截面尺寸為220*110但是為了計算需要該梁的截面高度h為取400mm，截面寬度b取150mm。外力加載處位于總長的1/3即1100處。 （受力簡圖） （設(shè)計截面圖）經(jīng)計算該梁的最小配筋面積為0.178%A，最大配筋面積為1.7%A。1、在進行少筋破壞計算時配筋面積采用0.125% A、計算As為75平方毫米，采用一根直徑為10的三級鋼筋，實際As為78.5平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構(gòu)造要求。2、在進行適筋破壞計算時配筋面積采用0.85% A、計算A

7、s為510平方毫米，采用兩根直徑為18的三級鋼筋，實際As為509平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構(gòu)造要求。3、在進行超筋破壞計算時配筋面積采用2.00% A、計算As為1200平方毫米，采用兩根直徑為28的三級鋼筋，實際As為1232平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構(gòu)造要求。少筋破壞-配筋截面：模擬實驗加載數(shù)據(jù):1、荷載0 kg0.3kn屬于彈性階段，當(dāng)荷載達到0.3kn后進入塑形階段。2、荷載0.3kg6.0kn屬于塑形階段，當(dāng)荷載達到6.0kn后 混凝土開始開裂。3、荷載達到9.7kn時鋼筋達到屈服強度，該梁破壞。適筋破壞-配筋截面模擬實驗加載數(shù)據(jù): 1、荷載0 kg0.4kn屬于彈性階段，當(dāng)荷載達到

8、0.4kn后進入塑形階段。2、荷載0.4kg6.9kn屬于塑性階段，當(dāng)荷載達到6.9kn后 混凝土開始開裂。3、荷載達到52.9kn時鋼筋達到受拉屈服強度但 混凝土還未定達到抗壓峰值。4、荷載達到55.2kn時 混凝土達到抗壓峰值該梁破壞。超筋破壞-配筋截面模擬實驗加載數(shù)據(jù):1、荷載0 kg4.2kn屬于彈性階段，當(dāng)荷載達到4.2kn后進入塑形階段。2、荷載4.2kg11.4kn屬于塑形階段，當(dāng)荷載達到11.4kn后 混凝土開始開裂。3、荷載達到80.2kn時 混凝土達到受壓屈服強度但鋼筋未達到抗拉屈服強度。4、荷載達到94.6kn時鋼筋達到抗

9、拉屈服強度該梁破壞。 第18頁共19頁4.1 少筋破壞：（1）計算的極限彎矩、破壞彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。極限彎矩：極限荷載:模擬實驗破壞荷載與計算破壞荷載比較：（9.7-9.131）/ 9.7=5.86%<50% 誤差符合要求。結(jié)論：本次實驗數(shù)據(jù)對比，誤差存在，產(chǎn)生誤差的主要原因有三點：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

10、算撓度）極限狀態(tài)下的撓度與實驗結(jié)果7.37相差50%以內(nèi)計算結(jié)果符合誤差要求，但不符合安全構(gòu)造要求。同上方法可以計算出不同荷載作用下的撓度編號12345678910荷載0.324.248.189.49.519.579.629.649.659.66撓度0.033.216.2311.8320.1930.3241.9654.8259.3466.29p-f變形曲線（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）裂縫分布形態(tài)（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。 在荷載為0.3kn前，梁處于彈性階段；在荷載增加到大約6.0kn，梁由彈性到開裂；在荷載增加到大約9.7kn鋼筋達到屈服強度，梁破壞。 在開裂

11、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。實驗荷載-撓度曲線圖如下、實驗荷載最大裂縫寬度曲線如下：又因為配筋率少于最小配筋率，故一旦原來由混凝土承擔(dān)的拉力有鋼筋承擔(dān)后，鋼筋迅速達到的屈服。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。同時，所提高的抗彎能力等于降低后的荷載引起的彎矩，受壓區(qū)高度才能穩(wěn)定下來。在撓度-荷載曲線上就表現(xiàn)為荷載有一個突然地下降。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

12、土仍未被壓碎，即梁尚未喪失承載能力，但這是裂縫開展很大，梁已經(jīng)嚴重下垂，也被視為以破壞。實驗荷載相對受壓區(qū)高度曲線如右圖：4.2 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。開裂彎矩：開裂荷載:屈服彎矩：屈服荷載:極限彎矩：極限荷載:模擬實驗破壞荷載與計算破壞荷載比較：兩個開裂彎矩對比：（6.9-0.297）/6.9=95.6%>50% 兩個屈服彎矩對比：（59.11-52.9）/ 59.11=10.5%<50% 兩個極限彎矩對比：（76.246-55.2）/ 55.2=38.12%<50% 誤差符合要求。結(jié)果分析本次實驗數(shù)據(jù)對比，誤差存在，產(chǎn)生誤

13、差的主要原因有三點：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）極限狀態(tài)下的撓度屈服狀態(tài)下的撓度開裂狀態(tài)下的撓度與實驗結(jié)果0.03相差50%以內(nèi)計算結(jié)果符合誤差要求，但不符合安全構(gòu)造要求。編號1234567891011121314荷載0.3511.1621.3430.839.5147.455454.7755.2655.4955.5555.52

14、55.4355.27撓度0.031.953.785.557.258.8910.5913.616.7119.7722.7125.5328.2431.2同上方法可以計算出不同荷載作用下的撓度p-f變形曲線（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）極限狀態(tài)裂縫寬度屈服狀態(tài)裂縫寬度開裂狀態(tài)裂縫寬度編號1234567891011121314荷載0.3511.1621.3430.839.5147.455454.7755.2655.4955.5555.5255.4355.27裂縫寬度0.031.953.785.557.258.8910.5913.616.7119.7722.7125.5330.1931.2用同

15、樣的方法可計算出如下表：理論荷載-最大裂縫曲線 模擬實驗荷載-最大裂縫曲線（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0.4KN內(nèi)，梁屬于彈性階段，受拉應(yīng)力應(yīng)變和受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線呈直線。當(dāng)荷載在6.9KN的基礎(chǔ)上分級加載，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，受拉應(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

16、，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，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

17、斷增大，直至最后達到屈服前的臨界狀態(tài)。當(dāng)荷載達到52.9KN時，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。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，裂縫繼續(xù)向上開展，混凝土受壓區(qū)高度降低（事實上由于鋼筋應(yīng)力已不再增加而混凝土邊緣壓應(yīng)力仍持續(xù)增大的緣故，受壓區(qū)必須隨混凝土受壓區(qū)邊緣應(yīng)變增加而降低，否則截面內(nèi)力將不平衡），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)

18、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，所以我們可以看到在受拉鋼筋屈服后荷載撓度曲線有一個明顯的轉(zhuǎn)折，此后曲線就趨于平緩，像是步上了一個臺階一樣。（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。a三種破壞形態(tài)均采用相同的梁截面及梁長及混凝土等級；b我們把三種破壞形態(tài)的配筋率對計算正截面承載力、撓度和裂縫的影響進行分析與模擬試驗的有一定的差別，但這并不影響分析結(jié)果。c從以上數(shù)據(jù)分析可得隨著配筋率的改變，構(gòu)件的破壞特征將發(fā)生本質(zhì)的變化，隨著配筋率的增大構(gòu)件正截面承載力隨著增大、撓度也隨著增大，但是裂縫寬度卻隨著減少，因為所選取鋼筋級數(shù)的影響所以我們組所得

19、數(shù)據(jù)中的配筋率對裂縫寬度的影響沒有與分析結(jié)果一致。4.3 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。開裂彎矩：開裂荷載:極限荷載：極限荷載: 兩個極限荷載對比：（134.39-94.6）/ 94.6=40.26%<50% 誤差符合要求。結(jié)論：本次實驗數(shù)據(jù)對比，誤差存在，產(chǎn)生誤差的主要原因有三點：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

20、驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）極限狀態(tài)下的撓度開裂狀態(tài)下的撓度與實驗結(jié)果相差50%以內(nèi)計算結(jié)果符合誤差要求，但不符合安全構(gòu)造要求。編號1234567891011121314荷載0.3914.2527.1539.0149.859.5168.0875.4781.6986.3889.7392.0693.6294.65撓度0.031.442.84.125.416.657.85910.1111.1612.1613.1214.0515.08同上方法可以計算出不同荷載作用下的撓度，并制作表格： 理論荷載-撓度曲線 模擬實驗荷載-撓度曲線p-f變形曲線（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計算裂縫）極限狀態(tài)裂縫寬度

21、用同樣的方法可計算出如下表編號1234567891011121314荷載0.3914.2527.1539.0149.859.5168.0875.4781.6986.3889.7392.0693.6294.65最大寬度裂縫00.020.060.10.140.170.20.230.250.270.280.30.310.32理論荷載-最大裂縫寬度曲線 模擬實驗荷載-最大裂縫寬度曲線（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。A、在荷載4.2KN以內(nèi)，此階段受拉和受壓區(qū)箍筋以及混凝土都處于彈性階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)為直線。B、荷載繼續(xù)增加，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)明

22、顯的曲線性，并且曲線的切線斜率不斷減少，表現(xiàn)為在受拉區(qū)壓應(yīng)變增大過程中，受拉區(qū)混凝土合拉力的增長不斷減少，而此時受壓區(qū)混凝土和受拉鋼筋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)。C、當(dāng)荷載達到11.4KN之后，混凝土開裂，并且開裂后鋼筋的應(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0.0022，而鋼筋由于配筋率相對較大，此時并未屈服。D、當(dāng)荷載達到94.6KN時，隨著荷載的增加，混凝土的受壓區(qū)邊緣應(yīng)變達到0.0022，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