混凝土結構設計原理_實驗指導書

1、混凝土結構設計原理實 驗 指 導 書i實驗一、梁正截面受彎破壞實驗一、實驗目的1了解鋼筋混凝土梁正截面受彎破壞過程及破壞形態(tài)，觀察裂縫的開展情況；2通過測定混凝土梁側面應變大小，驗證平截面假定，同時測定梁在各級荷載作用下跨中撓度變形值； 3測定鋼筋混凝土梁的開裂荷載、極限承載力，驗證受彎構件正截面的承載力計算公式。二、 實驗裝置圖1為本課程進行梁受彎性能實驗采用的加載裝置，加載設備為手動千斤頂。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。梁受彎性能實驗，取L=1400mm，a=50mm，b=450mm，c=400 mm。1試驗梁；2滾動

2、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1 梁受彎實驗裝置圖（a）加載簡圖（kN）（b）彎矩圖（kNm）（c）剪力圖（kN）圖2 梁受彎試驗加載和內力簡圖三、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)相對高度的比較可以判斷出受彎構件的類型：當時，為適筋梁；當時，為超筋梁。界限受壓區(qū)相對高度可按下式計算： (1-1)其中在進行受彎試件梁設計時，、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，、分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模

3、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，其中可按下式計算。 (1-2)（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1400mm；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），HPB300（少筋梁）；箍筋的種類：HPB300（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3和表1。 圖3 梁受彎試驗試件配筋表1 梁受彎試件的配筋試件編號試件特征配筋情況預估荷載P (kN)PcrPyPuMLA適筋梁214210850(2)10.844.

4、449.3MLB超筋梁222210850(2)16.170.0MLC少筋梁262106100(2)7.27.2（3）試件加載估算開裂彎矩估算 (1-3)其中，。屈服彎矩估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的應力為線性分布，因此有： (1-4)極限彎矩估算對于適筋梁： ， (1-5)對于超筋梁： (1-6)對于少筋梁： (1-7)四、量測內容（1）混凝土平均應變在梁跨中一側面布置5個應變片，應變片間距40mm，應變片大小建議選擇40mm、60mm，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，測點布置見圖4。圖.4 梁受彎試驗混凝土平均應變測點布置圖.5 縱筋應變片布置（2）縱向鋼筋

5、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。（3）撓度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)。試驗時在每級荷載作用下，應在規(guī)定的荷載持續(xù)時間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的網格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。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，用裂縫測寬儀及鋼直尺等

6、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。五、加載方式 （1）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1和2所示。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，需要進行預加載，預加載所用的荷載可為分級荷載的前2級。適筋梁加載方式：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；達到開裂試驗荷載計算值的90以后，每級荷

7、載值不宜大于其荷載值的5；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；當加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；加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。超筋梁加載方式：的加載機制同適筋梁；在加載達到承載力試驗荷載計算值的90以后，每級荷載值不宜大于開裂試驗荷載值的5；加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。少筋梁加載方式：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；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；少筋梁的開裂荷載和破壞荷載接近，而且表現(xiàn)為脆性破

8、壞，注意加載過程的安全防護。（2）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：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。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；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

9、長范圍內連續(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。（3）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達到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：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；受拉主鋼筋拉斷； 受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5mm；撓度達到跨度的1/30；受壓區(qū)混凝土壓壞。六、實驗結果整理、分析（1）認真填寫實驗記錄表，整理實驗數(shù)據(jù)；（2）計算每級荷載作用下，跨中及對稱加載點的實測撓度值。其中跨中撓度值等于跨中百分表測量值減去兩支座位百分表測量值的平均

10、值。根據(jù)計算結果，繪出簡支梁的彈性曲線（整體變形曲線）；（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖；（4）根據(jù)實驗梁材料的實測強度及幾何尺寸，計算正截面承載力的理論值，并與梁的正截面承載力實測值進行比較，計算出實測值與理論值的符合程度？實驗二、梁斜截面受剪破壞試驗一、實驗目的1了解鋼筋混凝土梁斜截面受剪破壞過程及破壞形態(tài)，觀察裂縫的開展情況，加深理解箍筋在斜截面抗剪中的作用；2測定鋼筋混凝土梁斜截面的開裂荷載和極限承載力，驗證斜截面受剪承載力計算公式。二、 實驗裝置梁斜截面受剪破壞實驗的試驗裝置和梁受彎破壞實驗的試驗裝置相同，見圖1。根據(jù)不同的試驗設計，調整加載點的位置b，具體調整數(shù)值見表2。三、試件設計（1）

11、試件設計的依據(jù)根據(jù)剪跨比和彎剪區(qū)箍筋配筋量的調整，可將試件設計為剪壓、斜壓和斜拉破壞。進行試件設計時，應保證梁受彎極限荷載的預估值比受剪極限荷載預估值大。（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l120×200×1400mm；混凝土強度等級：C20；縱向受拉鋼筋的種類：HRB335；箍筋的種類：HPB235；縱向鋼筋混凝土保護層厚度：15mm；試件的配筋情況見表2和圖7； 表2 梁受剪試件的配筋試件編號試件特征配筋情況加載位置b（mm）預估受剪極限荷載PuQ (kN)預估受彎極限荷載PuM (kN)QA剪壓破壞6150(2)218210400

12、63104QB斜壓破壞650/100(2)218210200138208QC斜拉破壞6200(2)2182105005069(a)剪壓破壞試件(b)斜壓破壞試件(c)斜拉破壞試件圖7 梁受剪試件配筋 （3）試件加載估算試件受彎極限荷載按照上述的梁受彎承載力計算，其中材料強度采用設計值。對于梁受剪承載力可參照規(guī)范GB500102010的有關公式計算，其中材料強度采用標準值，即： (3-9) (3-10)其中，當時，取，當時，取。四、加載方式 （1）單調分級加載機制與梁受彎試驗一樣，梁受剪試驗也采用單調分級加載。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1

13、級。正式加載的分級情況為：在最大斜裂縫寬度發(fā)展至0.6mm以前，根據(jù)預計的受剪破壞荷載分級進行加載，每級荷載約為破壞荷載的20，每次加載時間間隔為15分鐘；當最大斜裂縫寬度發(fā)展至0.6mm以后，拆除所有儀表，然后加載至破壞，并記錄破壞時的極限荷載。 （2）承載力極限狀態(tài)確定方法對梁試件進行受剪承載力試驗時，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達到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：斜裂縫端部受壓區(qū)混凝土剪壓破壞；沿斜截面混凝土斜向受壓破壞； 沿斜截面撕裂形成斜拉破壞；鋼筋與斜裂縫交會處的斜裂縫寬度達到1.5mm；五、量測內容 （1）縱向鋼筋應變梁受剪試驗試件的縱向鋼筋應變布置同

14、梁受彎試驗試件，見圖5。 （2）箍筋鋼筋應變箍筋的鋼筋應變片布置見圖8，實際的應變計測點編號以指導教師告知結果為準。(a)剪壓破壞試件(b)斜壓破壞試件(c)斜拉破壞試件圖8 梁受剪試驗箍筋應變測點布置（3）撓度梁斜截面受剪破壞試驗試件的撓度布置同梁受彎試驗試件，見圖6。（4）裂縫試驗前將梁兩側面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。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，用裂縫測寬儀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，對于垂直裂縫的寬度應在結構構件的側面相應于受拉主筋高度處量測；斜裂縫的寬度應在斜裂縫與箍筋交匯處量測。六、實驗結果的整理、分析 （1）認真填寫實驗記錄表，整理實驗數(shù)據(jù)；（2）記錄斜裂縫的開裂荷載及斜截面的極限承載力；（3）繪制裂縫分布形態(tài)圖正截面受彎破壞梁裂縫繪制記錄試驗名稱： 試件編號： 記錄內容： 試驗時間： 斜截面受剪破壞梁裂縫繪制記錄試驗名稱： 試件編號： 記錄內容： 試驗時間： 百分表測讀數(shù)據(jù)記錄表試驗名稱： 試件編號： 記錄內容： 試驗時間： 荷載 （單位： ）測點號：測點號：測點號：測點號：測點號：級數(shù)加載值累計值讀數(shù)讀數(shù)差累計值讀數(shù)讀數(shù)差累