適筋梁試驗(yàn)報(bào)告同濟(jì)大學(xué)

《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》試驗(yàn)課程作業(yè)《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》試驗(yàn)課程作業(yè)混凝土構(gòu)件試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱適筋梁受彎破壞試驗(yàn)試驗(yàn)日期2015-11-05試件編號(hào)MLA2姓名倪蔭豪學(xué)號(hào)1350871手機(jī)驗(yàn)課教師趙勇基本原理課教師薛偉辰TOC\o"1-3"\h\u一．試驗(yàn)?zāi)康?3二．試件設(shè)計(jì) 32.1設(shè)計(jì)依據(jù) 32.2材料和試件尺寸 32.3配筋率的檢驗(yàn) 42.3.1縱筋配筋率的檢驗(yàn) 42.3.2箍筋配筋率的檢驗(yàn) 42.4試件加載估算 52.4.1開裂彎矩估算 52.4.2極限彎矩的估算 52.4.3屈服彎矩的估算 52.5試件的制作 6三．材料試驗(yàn) 6四．試驗(yàn)過程 84.1加載裝置 84.2加載制度 94.3預(yù)估承載力 9五．量測與觀察內(nèi)容 95.1荷載 95.2縱向鋼筋的應(yīng)變 95.3混凝土平均應(yīng)變 105.4撓度 105.5裂縫 11六．試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 116.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 116.1.1荷載-撓度關(guān)系曲線 116.1.2荷載-曲率關(guān)系曲線 126.1.3荷載-縱筋應(yīng)變關(guān)系曲線 156.2承載力分析 156.2.1正截面承載力分析 166.2.2斜截面承載力分析 16代入，可得：由4.1節(jié)中的剪力圖可知，只要荷載不超過226kN，受剪段就不會(huì)發(fā)生受剪破壞。2.4試件加載估算說明：預(yù)估荷載按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》給定的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，未計(jì)試件梁和分配梁的自重。2.4.1開裂彎矩估算按照公式進(jìn)行計(jì)算。2.4.2極限彎矩的估算對于適筋梁：2.4.3屈服彎矩的估算作為估算，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：2.5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(dòng)現(xiàn)澆混凝土，將拌合物一次裝入試模，裝料時(shí)應(yīng)用抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試?？?。刮涂試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝時(shí)，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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；（5）28天后，將試件小心脫模，待用，完成試件制作。材料試驗(yàn)本次材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：試塊留設(shè)時(shí)間：2015年10月11日試塊試驗(yàn)時(shí)間：2015年12月3日試塊養(yǎng)護(hù)條件：與試件同條件養(yǎng)護(hù)試件尺寸150mm×150mm×300mm實(shí)測軸心抗壓荷載/kN平均軸心抗壓強(qiáng)度/MPa推定立方體抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗拉強(qiáng)度/MPa推定彈性模量/GPa557.925.533.62.730.9552.3548.5583.5575.6584.4注：軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010推定。鋼筋強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限荷載/kN屈服強(qiáng)度平均值/MPa極限強(qiáng)度平均值/MPa試件平均試件平均6光圓11.611.316.015.740055611.215.611.215.68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162160200200421526158200160200試驗(yàn)過程4.1加載裝置圖2為進(jìn)行梁受彎性能試驗(yàn)采用的加載裝置，加載設(shè)備為千斤頂。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，壓力傳感器測定荷載值。梁受彎性能試驗(yàn)，取L=1800mm，a=150mm，b=500mm，c=500mm。1—試驗(yàn)梁；2—滾動(dòng)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2梁受彎試驗(yàn)裝置圖加載簡圖、彎矩剪力圖如圖3所示：圖3加載簡圖、彎矩剪力圖4.2加載制度采用單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制，加載分級(jí)情況為：①在加載到開裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90%之前，每級(jí)荷載不宜大于開裂荷載計(jì)算值的20%；②達(dá)到開裂試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90%之后，每級(jí)荷載值不宜大于其荷載值的5%；③當(dāng)試件開裂后，每級(jí)荷載取10%的承載力試驗(yàn)荷載計(jì)算值（Pu）的級(jí)距；④加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞，記錄破壞荷載。承載力極限狀態(tài)確定方法：①受拉主鋼筋拉斷；②受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm；③受壓區(qū)混凝土壓壞；④撓度達(dá)到跨度的1/30。4.3預(yù)估承載力根據(jù)之前計(jì)算的預(yù)估彎矩值結(jié)合，且L=1.2m，可得到開裂荷載，屈服荷載以及極限荷載依次為：量測與觀察內(nèi)容5.1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測得。5.2縱向鋼筋的應(yīng)變在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片，以量測加載過程中的鋼筋應(yīng)力變化，測點(diǎn)布置見下圖。5.3混凝土平均應(yīng)變在梁跨中一側(cè)面布置4個(gè)位移計(jì)，從上至下間距分別為55,60,55mm。位移計(jì)標(biāo)距為150mm，以量測梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均應(yīng)變分布規(guī)律，測點(diǎn)布置見下圖。5.4撓度對受彎構(gòu)件的撓度測點(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，在試驗(yàn)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(yàn)時(shí)在每級(jí)荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結(jié)束時(shí)量測構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位測點(diǎn)的測度程序在整個(gè)試驗(yàn)過程中宜保持一致，各測點(diǎn)間讀數(shù)時(shí)間間隔不宜過長。5.5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)件開裂后立即對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級(jí)荷載(0.4Pu~0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長度及裂縫間距，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(yàn)荷載值持續(xù)15min結(jié)束時(shí)進(jìn)行量測。裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)：試驗(yàn)前，試件尺寸b×h×l＝120×200×1800mm，跨度1600mm，無肉眼可見的裂縫和損傷。荷載較小時(shí)，也無明顯裂縫發(fā)展。荷載加到15kN時(shí)，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(kuò)，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，直到發(fā)生屈服。加載到接近100kN時(shí)，裂縫發(fā)展至梁頂部導(dǎo)致最終破壞。破壞形態(tài)如下圖，裂縫圖見附錄。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析6.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理6.1.1荷載-撓度關(guān)系曲線確定簡支構(gòu)件在各級(jí)荷載下的短期撓度實(shí)測值，本應(yīng)該考慮支座沉降，自重的影響，但是，自重的影響在實(shí)驗(yàn)中被沒有記錄，因此只考慮支座沉降的影響。fs,i=fq,i=fm,i-0.5*(fl,i+fr,j)說明：fm,i——位移計(jì)6所測數(shù)據(jù)fl,i——位移計(jì)5所測數(shù)據(jù)fr,i——位移計(jì)7所測數(shù)據(jù)由以上公式可得荷載-撓度關(guān)系曲線，從上圖可以看出，撓度隨荷載的變化大體可以分為三個(gè)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(dāng)?shù)竭_(dá)開裂彎矩時(shí)，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12mm后，隨著繼續(xù)增大千斤頂?shù)膲毫隙壤^續(xù)迅速增加，荷載不再增加，試件完全破壞。6.1.2荷載-曲率關(guān)系曲線混凝土應(yīng)變與位移計(jì)1，2，3，4存在以下關(guān)系：x是測得的位移。實(shí)際測得數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)位移計(jì)4已損壞，去除4號(hào)位移計(jì)數(shù)據(jù)。(此曲線只取了荷載<69.931kN的數(shù)據(jù))由上圖中應(yīng)變3的數(shù)據(jù)可以看出，本構(gòu)件的開裂荷載在20kN。（此曲線中應(yīng)變3的數(shù)據(jù)只取了荷載在69.931kN的數(shù)據(jù)，其后應(yīng)變3處混凝土已經(jīng)完全開裂。）由以上兩個(gè)曲線圖可以看出，梁下部承受拉力，由于混凝土受壓強(qiáng)于受拉特性，梁底部混凝土率先開裂，開裂荷載Pcr=20kN,其實(shí)測值大于預(yù)估值16.2kN。原因是位移計(jì)4損壞，這里測得開裂荷載20kN實(shí)際是位移計(jì)3處混凝土開裂的荷載。但此處并不是截面的最下方。根據(jù)實(shí)測混凝土應(yīng)變，跨中截面平均曲率可按下式計(jì)算：其中，撓度以向下為正，則ε_(tái)i、ε_(tái)j分別為截面應(yīng)變1和應(yīng)變3兩點(diǎn)的實(shí)測混凝土平均應(yīng)變，?h_ij為該兩點(diǎn)沿梁截面高度方向的實(shí)測距離，取115mm。實(shí)驗(yàn)梁跨中M-φ關(guān)系曲線如下：（此曲線中數(shù)據(jù)只取了荷載在69.931kN的數(shù)據(jù)，其后應(yīng)變3處混凝土已經(jīng)完全開裂，其數(shù)據(jù)無意義。）從圖中可以看出，曲率隨荷載的變化基本呈現(xiàn)2個(gè)階段。第一階段，基本呈線性。第二階段曲率不斷增加而荷載不變?？偟膩碚f，符合混凝土在受拉或者受壓時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，即先彈性后屈服的特性。與理論的荷載-曲率曲線比較：根據(jù)公式：算的當(dāng)混凝土應(yīng)變?nèi)〔煌禃r(shí)對應(yīng)的荷載和曲率變化：

將理論的荷載-曲率變化曲線與實(shí)際的相比，雖然曲率變化的數(shù)值范圍不一樣但，是可以發(fā)現(xiàn)走勢是基本一致的。發(fā)生這種情況可能的原因是試驗(yàn)用的位移傳感器的單位可能不是mm。6.1.3荷載-縱筋應(yīng)變關(guān)系曲線從上圖可以看出，縱筋在整個(gè)試驗(yàn)過程中經(jīng)歷了先彈性后屈服的階段。并且當(dāng)壓區(qū)混凝土被壓碎后，縱筋應(yīng)力下降并產(chǎn)生殘余變形。還可以看出在荷載大于20kN后，由于底部混凝土開裂無法承受拉應(yīng)力，拉應(yīng)力完全由鋼筋承擔(dān)，鋼筋應(yīng)變顯著增加。6.2承載力分析結(jié)合本報(bào)告中2.3節(jié)，2.4節(jié)以及材料試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行正截面承載力分析和斜截面承