適筋梁受彎性能試驗設計

1、適筋梁受彎性能試驗u 試驗目的（1） 參加并完成實驗項目的所有內容，理解和掌握混凝土構件的實驗方法和實驗結果，通過實踐掌握試件的設計、實驗結果整理的方法。（2） 寫出實驗報告。在此過程中，加深對混凝土適筋梁受彎性能的理解。u 試件設計（1）試件設計的依據(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b的比較可以判斷出受彎構件的類型：當b時，為適筋梁；當>b時，為超筋梁。界限受壓區(qū)相對高度b可按下式計算：b=0.81+fy0.0033Es（1）其中在進行受彎試件梁設計時，fy、Es分別取混凝土結構設計規(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計時，fy、Es分別取鋼筋試件

2、試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模量。對于少筋梁，設計試件配筋時，需要控制梁受拉鋼筋配筋率不大于適筋構件的最小配筋率min，其中min可按下式計算。min=0.45ftfy （2）（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：HRB335（適筋梁和超筋梁），HPB235（少筋梁）；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1和表1； 圖1梁受彎試驗試件配筋試件編號試件特征配筋情況預估荷載P (kN)PcrPyPuML

3、A適筋梁214210850(2)10.844.449.3表1梁受彎試件的配筋u 試驗裝置和加載方式（1）試驗裝置圖2為進行梁受彎性能試驗采用的加載裝置，加載設備為千斤頂。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。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2 梁受彎試驗裝置圖（2）加載方式單調分級加載機制試件的加載簡圖和相應的彎矩、剪力圖見圖3所示。

4、梁受彎試驗采用單調分級加載，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，需要預加載，預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.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的跨中位移y；5.到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。（a）加載簡圖（kN，mm）（b）彎矩圖（kNm）（c）剪力圖（kN）圖3 梁受

5、彎試驗加載和內力簡圖開裂荷載實測值確定方法對于正截面出現(xiàn)裂縫的試驗構件，可采用下列方法確定開裂荷載實測值：1.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)；當加載過程中第一次出現(xiàn)裂縫時，應取前一級荷載作為開裂荷載實測值；當在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內第一次出現(xiàn)裂縫時，應取本級荷載值與前一級荷載的平均值作為開裂荷載實測值；當在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結束后第一次出現(xiàn)裂縫時，應取本次荷載值作為開裂荷載實測值。2.荷載撓度曲線判別法 測定試件的最大撓度，取其荷載撓度曲線上斜率首次發(fā)生突變時的荷載值作為開裂荷載的實測值；3.連續(xù)布置應變計法 在截面受拉區(qū)最外層表面，沿受力主筋方向在拉應力最大區(qū)段的全長

6、范圍內連續(xù)搭接布置應變計監(jiān)測應變值的發(fā)展，取任一應變計的應變增量有突變時的荷載值作為開裂荷載實測值。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構構件已經(jīng)達到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：1.對有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋的受拉應變達到0.01；2.受拉主鋼筋拉斷； 3.受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5mm；4.撓度達到跨度的1/30；5.受壓區(qū)混凝土壓壞。u 量測內容、方法和工況（1）混凝土平均應變在梁跨中一側面布置4個位移計，位移計間距40mm，標距為150mm，以量測梁側表面混凝土沿截面高度的平均應變分布規(guī)律，測點布置

7、見圖4。圖4 梁受彎試驗混凝土平均應變測點布置（2）縱向鋼筋應變在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應變片，以量測加載過程中鋼筋的應力變化，測點布置見圖5。圖5 縱筋應變片布置（3）撓度對受彎構件的撓度測點應布置在構件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，如圖6所示。在試驗加載前，應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，應在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結束時量測構件的變形。結構構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3.1.6 梁受彎試驗撓度測點布置（4）裂縫試驗前將梁兩側面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡

8、用肉眼查找裂縫。構件開裂后立即對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進行詳細觀測，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件的側面相應于受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應在使用狀態(tài)短期試驗荷載值持續(xù)15min結束時進行量測。u 相關計算書選擇截面尺寸為b×h×l=250×600×4000mm保護層厚25mm混凝土C30 ftk=2.01N/mm 2,fck=20.1Nmm 2 ，ft=1.43Nmm 2， Ec=3.00×104 N/mm 2縱向受拉

9、鋼筋HRB400 fyk=400N/mm 2 fy=360N/mm 2 Es=2.0×105 N/mm 2箍筋 HRB335 fyk=335N/mm 2 fy=300N/mm 2 Es=2.0×105 N/mm 2a.設計縱筋用量AS：取h0=h-35mm=600-35=565mm求出b，b可按(1)式計算b=0.81+fy0.0033Es =0.81+3600.0033×2.0×105=0.518對于適筋梁，要求b （3）且有=fykAs1fck bh0 （4）=Asbh>min （5）由(2)、（3）、（4）、（5）帶入數(shù)據(jù)解得269mm2As

10、3904mm2現(xiàn)取418 As=1018mm2 ，符合條件。則，實際h0=h-25mm-182mm=566mmb.裂彎矩估算：Mcr=0.2921+2.5Aftkbh2 （6）其中A=2EAsbh=0.09, E=ESEC=6.67。帶入數(shù)據(jù)到（6），得 Mcr=64.71 kN·m 因而，預估開裂荷載為Pcr=Mcr0.6=107.85 kNc.彎矩估算：=fykAs1fck bh0 把 As=1018mm2 h0=566mm 帶入得，=400×10181.0×20.1× 250×566=0.14 Mu=1fckbh02(1-0.5) （7）

11、把相關數(shù)據(jù)帶入到（7）得，極限抗彎承載力為 Mu=1.0×20.1×250×5662×0.14×(1-0.5×0.14)=209.59 kN·m 因而，預估極限荷載為Pu=Mu0.6=349.32kNd.彎矩估算：作為估算，假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的應力為線性分布，因此有： My=fyAs(h0-xn3)0.9Mu (8)因而，預估屈服荷載為My=0.9Mu=0.9×209.59=188.64kN·m預估屈服荷載為 Py=My0.6=314.39 kNe.筋抗剪的要求：由式（3）得，預估極限荷載為Pu=

12、Mu0.6=349.32kN 因而，最大剪力，應該是Vu=12Pu=174.66 kN下面據(jù)此，設計箍筋用量：受集中荷載，梁的抗剪承載力計算公式為： Vu=1.75+1ftkbh0+fykAsvsh0 (9)該梁計算簡跨比=1200566=2.12<3 故取=2.12把相關數(shù)據(jù)帶入（9），得174660=1.752.12+1×2.01×250×566+335×Asvs×566 Asvs=0.08下面考察s的取值： 0.7ftbh0=0.7×1.43×250×566=141.64 kN 由 Vu>0.7ftbh0 500<h800mm 可查表得，Max(s)=250mm取s=250mmAsv=19