綜合性實踐環(huán)節(jié)答案

鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育《綜合性實踐環(huán)節(jié)》課程考核

一.作業(yè)要求

1.要求提交設(shè)計試驗構(gòu)件詳細的設(shè)計過程、構(gòu)件尺寸和配筋；

2.要求擬定具體的試驗步驟；

3.要求預(yù)估試驗發(fā)生的破壞形態(tài)；

4.構(gòu)件尺寸、配筋、試驗步驟以及破壞形態(tài)可參考《綜合性實踐

環(huán)節(jié)試驗指導(dǎo)》或相關(guān)教材（例如，混凝土原理），也可自擬。

二.作業(yè)內(nèi)容

1.正截面受彎構(gòu)件一一適筋梁的受彎破壞試驗設(shè)計。（35分）

2.斜截面受剪構(gòu)件一一無腹筋梁斜拉受剪破壞試驗設(shè)計。（35分）

3.鋼筋混凝土柱一一大偏心受壓構(gòu)件破壞試驗設(shè)計。（30分）

答案

1.正截面受彎構(gòu)件一一適筋梁的受彎破壞試驗設(shè)計。

適筋破壞-配筋截面加或：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設(shè)計強度fy時的荷載值、

破壞荷載值）

力口載：卜s=7.9KN卜、=52.3KN兒=56KN

（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。

理論計算：

通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：

I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）

以此類推，在不同的荷載下，可以得到相關(guān)的數(shù)據(jù):

F(kN)0346616.3332.6551.3856.45

Mk(KN-m)0.84914080125.875138.3

2

J^(N/mm)2.04496.3192.6303.1333

0.20.430.760.88550.9

3￡

5.5194.1993.132.852.82

3E

f(mm)0.5232.1686.30149.1166

a

s

￡荷載-撓度

實驗得出的荷載?撓度曲線:

n荷載--亮度曲淺

（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）

柒

§三

ill11\U\\\

（4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。

①當荷載在0.4KN內(nèi)，梁屬于彈性階段，沒有達到屈服更沒有受到破壞。

②當荷載在0.4KN的基礎(chǔ)上分級加載，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，手拉應(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發(fā)和極限拉應(yīng)變，截面處于開裂前的臨界狀態(tài)。

③接著荷載只要增加少許，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，此時荷載為7.9KN。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?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

斷增大，直至最后達到屈服前的臨界狀態(tài)。

④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。此時荷載為52.3KN。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較，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)而度降低，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)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。

（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。

配筋率越高，受彎構(gòu)件正截面承載力越大，最大裂縫寬度值越小，但配筋率的提高對減

小撓度的效果不明顯

2,斜截面受剪構(gòu)件一一無腹筋梁斜拉受剪破壞試驗設(shè)計。

大量試驗結(jié)果表明：無腹筋梁斜截面受剪破壞的形態(tài)取決于剪跨比入的大小，大致有斜

拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞三種主要破壞形態(tài)。圖1畫出了兩個對稱荷載作用下，，=2、

1、卜時的主拉應(yīng)力跡線（虛線）和主壓應(yīng)力跡線（實線）。由圖可見，當入二;時，在集中

荷載與支座反力間形成比較陡的主壓應(yīng)力跡線，又由于這時主壓應(yīng)力值比較大，所以破壞主

要是由于主壓應(yīng)力產(chǎn)生，稱為斜壓破壞。當人=1?2時，主壓應(yīng)力跡線與梁縱軸線的交角接

近或小于45°,并且主壓應(yīng)力值與主拉應(yīng)力值兩者相差不很大，因此，破壞形態(tài)也就不同。

試驗研究表明,無腹筋梁斜截面受剪破壞形態(tài)主要有以下三種：

1、斜拉破壞：當剪跨比人＞3時，發(fā)生斜拉破壞，其破壞特征是：斜裂縫一旦出現(xiàn)就迅

速延伸到集中荷載作用點處，使梁沿斜向拉裂成兩部分而突然破壞，破壞面整齊、無壓碎痕

跡，破壞荷載等于或略高于出現(xiàn)斜裂縫時的荷載。斜拉破壞時由于拉應(yīng)變達到混凝土極限拉

應(yīng)變而產(chǎn)生的，破壞很突然，屬于脆性破壞類型。

2、剪壓破壞：當剪跨比1W入W3時，發(fā)生剪壓破壞，其破壞特征是；彎剪斜裂縫出現(xiàn)

后，荷載仍可以有較大的增長。隨荷載的增大，陸續(xù)出現(xiàn)其它彎剪斜裂縫，其中將形成一條

主要的些裂縫，稱為臨界斜裂縫。隨著荷載的繼續(xù)增加，臨界斜裂縫上端剩余截面逐漸縮小,

最后臨界斜裂縫上端集中于荷載作用點附近，混凝土被壓碎而造成破壞。剪壓破壞主要是由

于剩余截面上的混凝土在剪應(yīng)力、水平壓應(yīng)力以及集中荷載作用點處豎向局部壓應(yīng)力的共同

作用而產(chǎn)生，雖然破壞時沒有像斜拉破壞時那樣突然，但也屬于脆性破壞類型。與斜拉破壞

相比，剪壓破壞的承載力要高。

3、斜壓破壞：當剪跨比人很小（一般人W1）時，發(fā)生斜壓破壞，其破壞特征是：在荷

載作用點與支座間的梁腹部出現(xiàn)若干條大致平行的腹剪斜裂縫，隨荷載增加，梁腹部被這些

斜裂縫分割成若干斜向受壓的“短柱體”，最后它們沿斜向受壓破壞，破壞時斜裂縫多而密。

斜壓破壞也很突然，屬于脆性破壞類型，其承載力要比剪壓破壞高。

3.鋼筋混凝土柱——大偏心受壓構(gòu)件破壞試驗設(shè)計“

1試件設(shè)計

1.構(gòu)件設(shè)計

（1）試件設(shè)計的依據(jù)

為減少"二階效應(yīng)”的影響，將試件設(shè)計為短柱，即控制I0/E5。通過調(diào)整軸向力的作用

位置，即偏心距eO,使試件的破壞狀態(tài)為小偏心受壓破壞。

（2）試件的主要參數(shù)

①試件尺寸（矩形戳面）：bxhxl=124x120x899mm

②混凝土強度等級：C20

③縱向鋼筋：對稱配筋4612

④箍筋：06@100（2）

⑤縱向鋼筋混凝土保護層厚度：15mm

⑥試件的配筋情況（如下頁圖所示）

44雙向鋼絲網(wǎng)2片,

尺寸170x90

圖1.3大偏心受壓柱配筋圖

⑦取偏心距eO：100mm

2、加載裝置和■測內(nèi)容

1加載裝置

柱偏心受壓試驗的加載裝置如圖所示。采用千斤頂加載，支座一端為固定較支座，另?

端為滾動較支座°較支座墊板應(yīng)有足夠的剛度，避免墊板處混凝土局壓破壞。

圖1.4.1柱偏心受壓試驗加載裝置

2加載方式

(1)單調(diào)分級加載機制

實際的加載等級為0?1()kN-2()kN?30kN-40kN-5()kN-60kN-破壞

3量測內(nèi)容

(1)混凝土平均應(yīng)變

由布置在柱內(nèi)部縱筋表面和柱混凝土表面」.的應(yīng)變計測量，混凝土應(yīng)變測點布置如下圖。

圖1.4.3大偏心受壓柱試驗混凝土應(yīng)變測點布置

(2)縱筋應(yīng)變

由布置在柱內(nèi)部縱筋表面的應(yīng)變計量測，鋼筋應(yīng)變測點布置如下圖。

2應(yīng)變片共計8片

120/

3-3

圖143.1大偏心受壓柱試驗縱向鋼筋應(yīng)變測點布置

(3)側(cè)向撓度

柱長度范圍內(nèi)布置5個位移計以測量柱側(cè)向撓度，側(cè)向撓度測點布置如下圖。

圖1.4.3.2大偏心受壓柱試驗側(cè)向撓度測點布置

(4)裂縫

試驗前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制50mmX5Umm的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡查找

裂縫。

4、實際實驗數(shù)據(jù)

荷載縱向鋼筋應(yīng)變

2_134134234334434534634734_8

0.661-12-5-13-4-14-50

9.992-50-11720116-1C0-12812684

19.984-162-229226349-229-274351272

30.224-280-348486634-363-442623515

40.216-372-466721913-496-615904842

50.043-478-6259621191-661-83211901126

59.705-653-82512561521-871-114315221467

69.862-810-100815111825-1C56-140318321773

79.854-1100-132919052346-1376-186623482205

93.976-1485-174125864928-1819-241140745128

93.232-1544-181127936257-1879-249457236022

92.737-1560-181528437114-1883-250265476402

92.076-1585-184128998132-1S09-252580766913

80.928-1699-1851292810437-2C60-256107856

75.643-1703-1811293010382-2C86-252007844

混凝土應(yīng)變側(cè)向撓度

10」10.210_310_510_610_7

-0.01200-0.0040.0210

-0.016-0.0040.0040.2950.3010.078

-0.031-0.0080.1810.4630.7040.184

-0.063-0.0160.150.6151.2310.348

0.086-0.020.2830.7451.750.479

-0.09-0.0350.370.9142.3640.704

-0.11-0.0510.4451.0993.1960.937

-0.161-0.0510.461.2553.8381.154

-0.228-0.0710.4561.555.0371.522

-0.322-0.090.5551.9836.9192.104

-0.318-0.0940.5592.0097.0842.222

-0.318-0.0940.5942.0517.2362.255

-0.326-0.0910.6022.1567.6852.411

-0.341-0.0940.5982.77510.7333.802

-0.349-0.0940.5983.26813.3035.009

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及上述的計算公式，對于本次試驗

試件的極限承載力的預(yù)估值為：Nc”=64kN。

構(gòu)件正截面承載力分新

=以2=7.25<8,查《混凝土設(shè)計規(guī)范》得：0=1.0

%120

2*JI*122

工=1.6%<3%

bh4*120*120

則