實驗4簡支鋼筋混凝土梁的破壞實驗

1、試驗四 簡支鋼筋混凝土梁的破壞實驗 （綜合設(shè)計型實驗）一、 實驗目的：對一個已知的待檢測構(gòu)件鋼筋混凝土簡支梁進行分析計算，根據(jù)其計算結(jié)果設(shè)計實驗方案并組織整個實驗，然后整理出完整的實驗結(jié)果，將實際結(jié)果與理論計算值進行比較，判斷該梁是否達到設(shè)計要求。通過本試驗，達到了解并掌握一個完整結(jié)構(gòu)實驗過程的目的。二、 試件：本實驗共設(shè)計了四種不同配筋率的普通鋼筋混凝土簡支梁，梁的尺寸均為1400×245×150mm，具體鋼筋配置情況見圖1。圖 1 鋼筋配置情況三、 試驗方案：為研究鋼筋混凝土梁的工作性能，主要測定其強度安全度、抗裂度及各級荷載下的撓度和裂縫開展情況，另外就是測量控制區(qū)段

2、的應變大小和變化情況。實驗的具體要求如下：1 根據(jù)實測材料強度所對應的標準強度進行理論分析計算(根據(jù)圖1所示的加載圖式進行計算)：i. 梁的開裂荷載、極限荷載；ii. 梁在開裂時刻的混凝土的跨中最大拉應變；iii. 梁在開裂及極限荷載下的鋼筋的跨中最大拉應變；iv. 梁在極限荷載下的跨中撓度；v. 梁的破壞過程及破壞形態(tài)。2 根據(jù)計算的開裂荷載和破壞荷載，確定加載程序；3 布置應變測點，具體測試內(nèi)容如下：i 測定鋼筋混凝土梁在純彎段的應力最大截面的應變分布情況；ii 測定彎剪共同作用段的平面應力狀態(tài)下的主應力大小及方向；測定受拉鋼筋應變；iii 測定梁的實際開裂荷載，觀測并記錄裂縫的擴展情況(

3、在各級荷載下的裂縫長度和寬度)；測定梁的破壞荷載，并觀察梁的破壞過程和特征。圖 2 加載模式四、 應變及撓度測點布置原則：測點按照混凝土結(jié)構(gòu)實驗方法標準gb50152-92的規(guī)范要求進行布置。1. 應變測點布置：i. 對于梁的正截面，其彎曲應變測量是實驗的主要內(nèi)容之一，特別是正負彎矩最大或有突變的截面。為測得截面上應力分布規(guī)律和確定中和軸位置，一般沿截面高度連續(xù)布點，測點數(shù)不宜少于5個。測點布置可以等距，也可以不等距。不等距主要是外密里疏，以便測出較大的應變，具有較好的精度，如圖 3所示；ii. 對于梁的斜截面，其主應力和剪應力的大小和方向未知，要測量主應力大小和方向及剪應力時，應布置45&#

4、176;或60°的平面三向應變測點，如圖 4所示；iii. 梁兩面布置的測點要相互對應。2. 撓度測點布置：i. 梁的寬度小于600mm，長度小于6m，應沿構(gòu)件中軸線上布置不少于3個位移測點；ii. 梁的寬度大于600mm，長度大于6m，應在長度方向適當增加測點，并構(gòu)件中軸線上布置不少于3個位移測點；iii. 支座處應布置位移測點，用于測量支座下沉量。圖 3 應變片和位移計的布置圖 4 三向應變量測測點布置圖五、 實驗加載程序的確定：根據(jù)理論計算的開裂及破壞荷載，并按照混凝土結(jié)構(gòu)實驗方法標準gb50152-92的規(guī)范要求確定加載程序：1 預載：取開裂荷載的70%進行加載，循環(huán)三次，消

5、除結(jié)構(gòu)間的間隙，并在加載的同時觀察各測試儀器是否正常工作，如發(fā)現(xiàn)異常情況，及時排除故障，以保證測試數(shù)據(jù)的準確。2 采用分級加載，取1kn作為零荷載，然后以破壞荷載的20%為一級進行加載，加至開裂荷載的90%以后，按開裂荷載的10%為一級加載，測定梁的開裂荷載；開裂后按破壞荷載的20%加載，加至90%的破壞荷載之后，按破壞荷載的10%加載，測定梁的破壞荷載；或可以緩慢加載直至結(jié)構(gòu)破壞，當壓力機指示荷載不再增加時即為其破壞荷載。注：實驗開始階段的加載值一般取10的倍數(shù)(如10kn、20kn¼¼等)，以便于加載操作，荷載值接近開裂荷載和破壞荷載時可取得較細，使檢測的開裂荷載和破壞

6、荷載值更精確！3 每加一級荷載，穩(wěn)載10分鐘。六、 鋼筋混凝土構(gòu)件破壞的判定：根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)實驗方法標準gb50152-92的規(guī)范要求，在檢測過程中，若觀測到下述標志之一，可判定結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，達到或超過了承載力極限狀態(tài)。1. 在荷載不再增加的情況下，由設(shè)置在構(gòu)件受拉主筋處的應變測點測出連續(xù)變化的應變，或受拉主筋的拉應變達到10000me；2. 跨中撓度達到跨度的1/50；3. 受拉主筋處的垂直裂縫寬度達到1.5mm；4. 受剪斜裂縫寬度達到1.5mm，或斜裂縫末段受壓區(qū)混凝土剪壓破壞，或沿斜截面混凝土斜壓破壞；5. 受拉主筋在端部滑脫達0.2mm，或其它錨固破壞；6. 受拉主筋拉斷；7. 受壓

7、區(qū)混凝土被壓壞。七、 鋼筋混凝土梁實際開裂荷載及極限荷載的確定：1. 在加載過程中出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標志之一時，取前一級荷載值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載或極限荷載的實測值；2. 在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內(nèi)出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標志之一時，取前一級荷載值與本級荷載的平均值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載或極限荷載的實測值；3. 在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結(jié)束后出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標志之一時，取本級荷載值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載或極限荷載的實測值；八、 加載設(shè)備與測試儀器：1 荷載設(shè)備為100kn單作用千斤頂，用分載梁將千斤頂?shù)囊粋€集中荷載分成兩個集中荷載，然后作用到梁上。2 測試設(shè)備根據(jù)實驗計算結(jié)果及設(shè)計方案來選用，選用

8、原則如下：i. 測試設(shè)備的型號、量程及精度根據(jù)計算數(shù)據(jù)的范圍來選用，選用時應注意計算數(shù)據(jù)的最大值要小于設(shè)備滿量程的70%；ii. 測試設(shè)備的數(shù)量根據(jù)測點的多少確定。3 可選用的設(shè)備：i. dh3815n靜態(tài)電阻應變儀；ii. 鋼筋混凝土大變形引伸式測量系統(tǒng)(用于觀測混凝土開裂后受拉區(qū)的平均應變)；iii. 機械百分表、大行程百分表及機電百分表：量程：010mm 030mm 050mm；iv. 裂縫觀測儀（讀數(shù)顯微鏡）；v. 應變片（膠基、紙基）。九、 正式實驗：1 根據(jù)制訂的實驗方案進行實驗。2 在實驗過程中，每加一級荷載之后，穩(wěn)載10min，當控制斷面儀表(應變儀及百分表)的讀數(shù)基本不變化之

9、后，立即讀取所有實驗數(shù)據(jù)。3 要將實測數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)進行比較，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，及時分析原因，進行復測，保證實驗的準確性。特別是在接近開裂荷載及破壞荷載計算值時，要根據(jù)控制斷面的實測數(shù)據(jù)及時調(diào)整加載程序，以便準確觀測到結(jié)構(gòu)實際的開裂荷載及破壞荷載。接近開裂荷載計算值時，主要觀測受拉區(qū)混凝土的應變是否接近開裂應變，受拉鋼筋應變是否突然增大。接近破壞荷載計算值時，主要觀測受拉鋼筋應變以及受壓區(qū)混凝土的應變是否接近極限狀態(tài)。4 裂縫觀測：在達到開裂荷載的90%以后，每加一級荷載仔細觀察梁是否有裂縫出現(xiàn)，記錄出現(xiàn)第一根裂縫時的荷載值，并用鉛筆在裂縫的旁邊畫出裂縫形狀在裂縫的末端作一個小標記，注明此時的荷

10、載值，并測量裂縫寬度；隨著荷載的增加，尋找新的裂縫，按上述方法畫出裂縫形狀并注明荷載值，并選取三條較大裂縫寬度，在受拉主筋的位置處用讀數(shù)顯微鏡讀取裂縫寬度，并在記錄荷載值位置的旁邊記錄下當前的裂縫寬度。每加一級荷載均要讀取裂縫，每次要求觀測同一裂縫的同一位置。取三條裂縫寬度中的最大值為最大裂縫寬度。5 當荷載值達到破壞荷載計算值的90%后，注意觀察受拉主筋的應變變化情況及梁的裂縫擴展情況，記錄梁的破壞形式。! 注意：加載至破壞荷載計算值的90%后，一定要拆除位移傳感器，以免損壞儀表。6 卸載后，將試件上的裂縫情況繪制下來，包括每條裂縫的形狀、裂縫上標注的荷載值、寬度。十、實驗現(xiàn)象和分析 現(xiàn)象：

11、加載中，首先在跨中出現(xiàn)一條直裂縫（純彎段），隨著荷載增加，裂縫延伸，分載梁下兩端也相繼出現(xiàn)直裂縫，裂縫逐漸加深加寬，當下部鋼筋屈服后，荷載增加很慢，但裂縫發(fā)展很快，直至上部混凝土被壓碎，梁喪失承載力而破壞。分析：由前述理論計算可知，該梁屬于適筋梁，其破壞特征是受力鋼筋先屈服隨后受壓區(qū)混凝土被壓碎，實驗現(xiàn)象與其特征基本一致，但由于梁天氣溫度影響無法保證，僅出現(xiàn)直裂縫，并未在彎剪區(qū)出現(xiàn)斜裂縫。十一、思考題1.從各級荷載下的正截面應變分布圖中可以看出哪些特征？剛開始加載時，截面上的應變沿高度為直線變化，應變圖為三角形。隨著荷載增加，加載至開裂荷載時，受拉區(qū)邊緣纖維應變值達到混凝土的極限拉應變，處于即將開裂狀態(tài)。當受拉區(qū)混凝土開裂后，其應變?yōu)榱?，拉應力由鋼筋提供，鋼筋應變突然增加。荷載再增加，應變不斷增大，受壓區(qū)混凝土應變呈曲線變化。下部鋼筋應變達到極限拉應變后，受壓區(qū)混凝土應變變化速度加快，直至達到極限壓應變而破壞2.在混凝土梁破壞時出現(xiàn)了哪些破壞特征？受拉區(qū)鋼筋，受壓區(qū)鋼筋都達