大偏壓試驗報告同濟大學

1、混凝土結構基本原理試驗課程作業(yè)混凝土結構基本原理試驗課程作業(yè)混凝土構件試驗報告試驗名稱混凝土柱大偏壓破壞試驗試驗日期2015-12-03試件編號ZB2姓名倪蔭豪學號1350871手機驗課教師趙勇基本原理課教師薛偉辰目錄一試驗目的3二試件設計32.1材料和試件尺寸32.2試件設計32.2.1試件設計依據(jù)32.2.2試件加載估算42.2.3設計結果及試件制作和預處理4三 材料試驗53.1 混凝土材性試驗53.2 鋼筋材性試驗63.3本次材料的試驗數(shù)據(jù)7四 試驗過程84.1加載裝置84.2加載制度94.2.1單調分級加載機制94.2.2 承載力極限狀態(tài)確

2、定方法94.3量測與觀察內(nèi)容94.3.1縱筋應變94.3.2混凝土平均應變104.3.3側向撓度104.3.4裂縫104.4裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)11五 試驗數(shù)據(jù)處理與分析125.1試驗數(shù)據(jù)處理125.1.1荷載-側向撓度關系曲線125.1.2荷載-縱筋應變關系曲線135.1.3荷載-混凝土應變關系曲線135.1.4荷載-曲率關系曲線135.2 承載力分析14一 試驗目的通過試驗和觀察，認識混凝土結構構件中大偏心受力構件受力直至破壞的全過程，以便更好地掌握混凝土偏心受力構件受力性能，進而更為深刻地理解研究混凝土偏心受力構件基本性能的試驗方法。通過參加并完成此次大偏心受壓短柱試驗，理解和掌握鋼筋混凝

3、土構件的試驗方法和試驗結果，通過實踐掌握試件的設計、試驗結果整理的方法。通過寫出試驗報告加深對混凝土結構基本構件受力性能的理解。二 試件設計2.1材料和試件尺寸 本試驗選取的混凝土強度等級為C20,縱筋選用4fi12,箍筋選用fi6100. 試件的主要參數(shù)如表一所示。 表一 大偏壓柱試件主要參數(shù)試件尺寸（矩形截面）混凝土強度等級C20縱向鋼筋（對稱配筋）4fi12箍筋Fi6100保護層厚度15mm偏心距e0100mm2.2試件設計2.2.1試件設計依據(jù) 為減小“二階效應”的影響，將試件設計為短柱，即控制通過調整軸向力的作用位置，即偏心距，使試件的破壞狀態(tài)為大偏心。2.2.2試件加載估算2.2.

4、3設計結果及試件制作和預處理按照下列詳圖進行試件設計。 按照計算的設計進行配筋，制作模板，綁扎鋼筋，澆灌混凝土，在20度左右的溫度和對濕度90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護28d。 在加載試驗前，對試件表面進行預處理，包括試件表面刷白處理、定位坐標網(wǎng)格的劃分等。 試驗前試件實際尺寸測量。測得參數(shù)如下表：3 材料試驗3.1 混凝土材性試驗 國家標準混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）規(guī)定：混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準確定；立方體抗壓強度標準值系指標準方法制作養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95保證率的抗壓強度。因此立方體抗壓強度標準值是混凝土結構

5、設計規(guī)范中混凝土各種力學指標的基本代表值，根據(jù)混凝土強度等級，可以查閱混凝土結構設計規(guī)范的有關表格，以確定混凝土的軸心抗壓、軸心抗拉強度標準值和計值以及混凝土的彈性模量等。國家標準普通混凝土力學性能試驗方法（GB/T 50081-2002）規(guī)定：以邊長為150mm的立方體為標準試件，將標準立方體試件在20的溫度和相對濕度90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護28d，按照標準試驗方法測得的抗壓強度作為混凝土的立方體抗壓強度，單位為N/mm2（MPa）?；炷亮⒎襟w抗壓強度試驗步驟應按下列方法進行：（1）試件從養(yǎng)護地點取出后應及時進行試驗，將試件表面與上下承壓板面擦干凈；（2）將試件安放在試驗機的下壓板或墊板上

6、，試件的承壓面應與成型時的頂面垂直。試件的中心應與試驗機下壓板中心對準，開動試驗機，當上壓板與試件接近時，調整球座，使接觸均衡；（3）在試驗過程中應連續(xù)均勻地加荷，混凝土強度等級<C30時，加荷速度取每秒0.30.5MPa；混凝土強度等級C30且<C60時，取每秒0.50.8MPa；混凝土強度等級C60時，取每秒0.81.0MPa；（4）當試件接近破壞開始急劇變形時，應停止調整試驗機油門，直至破壞。然后記錄破壞荷載?；炷亮⒎襟w抗壓強度試驗結果計算及確定按下列方法進行：（1）混凝土立方體抗壓強度應按下式計算：式中，fcc為混凝土立方體試件抗壓強度；F為試件破壞荷載A為試件承壓面積（

7、2）強度值的確定應符合下列規(guī)定：以三個試件為一組，每組試件所用的拌合物應從同一盤混凝土或同一車混凝土中取樣；三個試件測值的算術平均值作為該組試件的強度值（計算應精確至0.1MPa）；三個測值中的最大值或最小值中如有一個與中間值的差值超過中間值的15時，則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強度值；如最大值或最小值與中間值的差值均超過中間值的15，則該組試件的試驗結果無效?；炷翉姸鹊燃?lt;C60時，用非標準試件測得的強度值均應乘以尺寸換算系數(shù)，其值為對200mm×200mm×200mm試件為1.05；對100mm×100mm×100mm

8、試件為0.95。當混凝土強度等級C60，宜采用標準試件。3.2 鋼筋材性試驗  本次試驗為鋼筋單調加載拉伸試驗。  鋼筋試樣采用不經(jīng)切削加工原截面鋼筋。根據(jù)各類鋼筋標準所規(guī)定的伸長率標準和試驗機上、下夾頭的最小距離，夾頭高度等因素決定其試件長度，基本長度02LLh=+，其中L0為5 d0（d0為鋼筋直徑）；h為夾頭長度，通常取100mm左右。對于圓形截面鋼筋的直徑應在標距L0的兩端和中間測量，應在每處的兩個相互垂直的方向上各測一次，取其算術平均值，選用三處中的最小直徑計算橫截面面積。對于熱軋帶肋鋼筋，按其公稱直徑計算橫截面面積。  鋼

9、筋試樣在彈性范圍內(nèi)，試驗機的加載速率應在330MPa/s范圍內(nèi)，并保持試驗機控制器固定于這一速率位置上，直至獲得屈服點和上屈服點；測定下屈服點時，應變速率在0.000250.0025/s范圍內(nèi)，并保持恒定。屈服段過后，試驗機兩夾頭在力作用下的分離速率不超過0.5Lc/min（Lc為兩夾頭的鋼筋試樣凈長）。3.3本次材料的試驗數(shù)據(jù)試塊留設時間：2015年10月11日試塊試驗時間： 2015年12月3日試塊養(yǎng)護條件：與試件同條件養(yǎng)護試件尺寸150mm×150mm×300mm實測軸心抗壓荷載/kN平均軸心抗壓強度/MPa推定立方體抗壓強度/MPa推定軸心抗拉強度/MPa推定彈性模

10、量/GPa557.925.533.62.730.9552.3548.5583.5575.6584.4注：軸心抗壓強度、軸心抗拉強度、彈性模量根據(jù)國家標準混凝土結構設計規(guī)范GB 50010-2010推定。鋼筋強度實測結果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限荷載/kN屈服強度平均值/MPa極限強度平均值/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

11、.4949.7139.8749.9312帶肋606271735486466374627314帶肋686991924485987494669018帶肋15414516216457064515216412816522帶肋1621602002004215261582001602004 試驗過程4.1加載裝置偏心受壓試驗的加載裝置如圖所示。采用千斤頂加載，支座一端為固定鉸支座，另一端為滾動鉸支座。鉸支座墊板應有足夠的剛度，避免墊板處混凝土局壓破壞。4.2加載制度4.2.1單調分級加載機制在正式加載前，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級。正式加載的分級情況為：在達

12、到預計的受壓破壞荷載的80之前，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；當達到預計的受壓破壞荷載的80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。4.2.2 承載力極限狀態(tài)確定方法對柱試件進行偏壓承載力試驗時，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：受壓區(qū)混凝土的壓碎破壞；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。  4.3量測與觀察內(nèi)容4.3.1縱筋應變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面

13、的應變計量測，鋼筋應變測點布置見下圖。4.3.2混凝土平均應變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面和柱表面混凝土上的應變計量測，混凝土應變測點布置見下圖。4.3.3側向撓度柱長度范圍內(nèi)布置5個位移計以測量柱側向撓度，側向撓度測點布置見下圖。4.3.4裂縫試驗前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)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。最裂縫寬度應在使用狀態(tài)

14、短期試驗荷載值持續(xù)15min結束時進行量測。4.4裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)試驗前構件尺寸為b×h×l120×120×870mm，未有肉眼可見裂縫。試驗前構件如下圖所示。當荷載較小時，構件處于彈性階段，受壓區(qū)及受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應力都較小，構件中部的水平撓度隨荷載線性增長。隨著荷載的不斷增大，受拉區(qū)的混凝土首先出現(xiàn)橫向裂縫而退出工作，遠離軸向力一側鋼筋的應力及應變增速加快；接著受拉區(qū)的裂縫不斷增多，并向壓區(qū)延伸，受壓區(qū)高度逐漸減小，受壓區(qū)混凝土應力增大。當遠離軸向力一側鋼筋應變達到屈服應變時，鋼筋屈服，截面處形成一主裂縫。當受壓一側的混凝土壓應變達到其極限抗壓

15、應變時，受壓區(qū)較薄弱處的某處出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被壓碎而使構件破壞。此時，靠近軸向力一側的鋼筋也達到抗壓屈服強度，混凝土壓碎區(qū)大致層三角形。試驗后的破壞形態(tài)如下圖。裂縫圖見附錄。 5 試驗數(shù)據(jù)處理與分析5.1試驗數(shù)據(jù)處理5.1.1荷載-側向撓度關系曲線 （圖中撓度曲線是用半高處位移減去兩端位移均值得到的）分析：位移計6測量的是柱半高處的水平撓度?？梢?，當荷載較小時，構件處于彈性階段，受壓區(qū)及受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應力都比較小，構件中部的水平撓度與荷載呈類似于線性增長關系。當構件被破壞后，構件呈現(xiàn)塑性。即使荷載不變甚至下降，半高處撓度也在增長。5.1.2荷載-縱筋應變關系曲線分析：初始階段，鋼筋應

16、變和荷載大致呈線性關系，基本符合平截面假定。但是在整個破壞過程中受壓鋼筋并沒有屈服，說明鋼筋配的過多，當構件破壞時縱筋并未屈服。5.1.3荷載-混凝土應變關系曲線 混凝土應變可由混凝土截面各個高度處的位移除以位移計長度獲得。、分析：當荷載較小時，混凝土應變與荷載基本呈線性關系。但當荷載較大，構件處于塑性階段時，應變出現(xiàn)較大的突變。5.1.4荷載-曲率關系曲線在本次試驗中，在柱中間截面上設置了1-4號位移計，根據(jù)曲率的定義可由以下公式計算曲率: 說明：， 一號，四號位移計的數(shù)據(jù) S 位移計長度，本次試驗取的150mm 截面高度，本次試驗取得90mm根據(jù)1至4號位移計布置的相對關系，可認為1號位移計的數(shù)據(jù)>2號>3號>4號（比較時，含正負號）。又參考實際傳感器采集到的數(shù)據(jù)的相對大小，可認為97號數(shù)據(jù)對于1號位移計數(shù)據(jù)，9-5號位移計對應四號位移計數(shù)據(jù)。由以上可得出下圖，(圖中數(shù)據(jù)僅取了荷載=63.8kN之前的數(shù)據(jù)) 由圖可見，曲率隨荷載的變化有兩個階段。第一個是線性階段，第二個是屈服階段，荷載基本不變而曲率增加。5.2 承載力分析試驗預估承載力為59.67kN, 但是預估破壞模式