同濟大學混凝土試驗 大偏心受壓柱試驗報告

1、裝訂線混凝土結構基本原理試驗課程作業(yè)試驗報告試驗課教師林峰姓名學號手機號任課教師顧祥林混凝土結構基本原理試驗課程作業(yè)大偏心受壓柱試驗報告試驗名稱大偏心受壓柱試驗試驗課教師林峰姓名學號手機號任課教師日期2014年11月18日1. 試驗目的 通過試驗了解大偏心受壓柱破壞的全過程，掌握測試混凝土受壓構件基本性能的試驗方法。同時鞏固大偏心受壓柱承載力的計算方法，并通過對理論值和試驗值的比較加深對混凝土基本原理的理解。2. 試件設計2.1 材料和試件尺寸混凝土：C20鋼筋：使用I級鋼筋作為箍筋，II級鋼筋作為縱筋試件尺寸（矩形截面）：b×h×l=120×120×8

2、70mm詳細尺寸見圖1大偏心受壓柱配筋圖2.2 試件設計（1） 試件設計的依據(jù) 為減少“二階效應”的影響，將試件設計為短柱，即控制l0/h5。通過調(diào)整軸向力的作用位置，即偏心距e0,使試件的破壞狀態(tài)為大偏心受壓破壞。（2） 試件參數(shù)如表1表1 試件參數(shù)表試件尺寸（矩形截面）b×h×l=120×120×870mm縱向鋼筋（對稱配筋）412箍筋6100（2）縱向鋼筋混凝土保護層厚度15mm配筋圖圖1偏心距e0100mm圖1 大偏心受壓柱配筋圖（3） 試件承載力估算 Nc=1fcbh0 Nce=1fcbh02(1-0.5) + fy As(h0-as ) e=

3、e0+0.5h-as 不妨令：A=, B=, C= 從而有： 得出本次試驗試件的極限承載力的預估值為：Ncu=87.71kN 詳細計算過程見附錄12.3 試件的制作根據(jù)普通混凝土力學性能試驗方法標準GB/T 50081-2002規(guī)定， 成型前，試模內(nèi)表面應涂一薄層礦物油或其他不與混凝土發(fā)生反應的脫模劑。取樣或拌制好的混凝土拌合物，至少用鐵锨再來回拌合三次。將混凝土拌合物一次裝入試模，裝料時應用抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試?？?。采用標準養(yǎng)護的試件，應在溫度為20±5的環(huán)境中靜置一晝夜至二晝夜，然后編號、拆模。拆模后應立即放入溫度為20±2，相對濕度為9

4、5%以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，或在溫度為20±2的不流動的氫氧化鈣飽和溶液中養(yǎng)護。標準養(yǎng)護齡期為28d（從攪拌加水開始計時）。3. 材性試驗3.1 混凝土材性試驗混凝土強度實測結果試塊留設時間： 2014年9月25日試塊試驗時間： 2014年12月8日試塊養(yǎng)護條件：與試件同條件養(yǎng)護試件尺寸150mm×150mm×150mm實測立方體抗壓強度/MPa平均立方體抗壓強度/MPa推定軸心抗壓強度/MPa推定軸心抗拉強度/MPa推定彈性模量/GPa23.422.517.11.8926.7522.022.2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

5、GB 50010-2010推定。3.2 鋼筋材性試驗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11.611.316.015.740055611.215.611.215.612帶肋60627173548646637462734. 試驗過程4.1 加載裝置柱偏心受壓試驗的加載裝置如圖2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以減少支座帶來的水平荷載對構件的影響。鉸支座墊板應有足夠的剛度，避免墊板處混凝土局部破壞。圖2 柱偏心受壓試驗加載裝置4.2 加載制度 單調(diào)分級加載機制： 在正式加載前，為檢

6、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。正式分級加載/kN：051015202530354045505560破壞，在加載到60kN時，拆除所有儀表，然后加載至破壞，并記錄破壞時的極限荷載。4.3量測與觀測內(nèi)容4.3.1 荷載荷載按照分級加載，破壞時的極限荷載為92.344kN。具體取用的荷載值見表2表2 荷載取值表時間荷載（kN）時間荷載（kN）2014/11/18 14:090.0832014/11/18 14:5054.7132014/11/18 14:104.7862014/11/18 14:5060.2422014/11/18 14:119.985201

7、4/11/18 14:5765.1112014/11/18 14:1314.8542014/11/18 14:5770.642014/11/18 14:2719.6412014/11/18 14:5773.5292014/11/18 14:2824.9222014/11/18 14:5777.162014/11/18 14:3830.0392014/11/18 14:5878.6452014/11/18 14:3934.992014/11/18 14:5880.8732014/11/18 14:4139.9412014/11/18 14:5884.3392014/11/18 14:4645.0

8、582014/11/18 14:5986.0722014/11/18 14:4950.012014/11/18 14:5992.3444.3.2 縱筋應變 縱筋應變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面的應變計量測，鋼筋應變測點布置如圖3圖3 大偏心受壓柱試驗縱向鋼筋應變測點布置其中，1至8號應變片分別對應了通道43-1、43-2、43-3、43-4、43-6、43-7、43-8、43-9，通道43-6所對應的應變片損壞。具體數(shù)值見圖74.3.3 混凝土應變混凝土應變由布置在內(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如圖4。圖4 大偏心受壓柱試驗混凝土應變測點布置位移計1、2、3、4依次對應

9、通道46-9、46-2、46-3、46-4。但在觀測中發(fā)現(xiàn)位移計1、3的測量值并不是線性變化，可能位移計本身存在問題，如圖8。4.3.4 撓度 側(cè)向撓度由柱長度范圍內(nèi)布置3個位移計量測，在荷載達到60kN的時候撤掉位移計。短期跨中撓度實測值可以按照公式直接得出。側(cè)向擾度測點布置見圖5，依次對應通道46-8、46-6、46-7。圖5 大偏心受壓柱試驗側(cè)向撓度測點布置 4.3.5 裂縫 實驗前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗時借助手電筒用肉眼查找裂縫并且用鉛筆標記出裂縫的位置、標號。之后對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進行詳細觀測，用讀數(shù)放大鏡測量各級荷載作用下的裂縫寬度、

10、長度及裂縫間距，并用相機拍攝后手動繪制裂縫展開圖。4.4 裂縫發(fā)展及破壞形態(tài) （1）實驗前構件初始狀態(tài)經(jīng)過觀察構件初始狀態(tài)良好，肉眼觀測沒有初始裂縫（2）各級荷載作用下構件裂縫發(fā)展情況 （020kN）當荷載較小時，受壓區(qū)及受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應力都較小，受壓區(qū)和受拉區(qū)鋼筋、混凝土應變應力增長速度基本一致。 （20kN70kN）混凝土遠離軸向力一側(cè)開始出現(xiàn)橫向裂縫但比較細。隨著荷載增加裂縫條數(shù)增加并且向受壓區(qū)發(fā)展。此時受拉區(qū)鋼筋應變飛速增長，可以推測出受拉區(qū)混凝土已經(jīng)基本退出了工作，拉應力主要由鋼筋承擔。大概在70kN的時候，受拉鋼筋屈服，裂縫進一步發(fā)展，使受壓區(qū)高度減小，受壓區(qū)應力增加，較薄弱

11、處出現(xiàn)縱向裂縫。 （70kN90kN）在荷載增加過程中，受壓區(qū)高度不斷減小并出現(xiàn)鋼筋達到屈服應變，裂縫貫通，牛腿處混凝土被壓潰，構件破壞。此后，荷載量測值下降。 （3）破壞情況如圖6，裂縫展開圖見附錄三。圖6 構件破壞情況圖5. 試驗數(shù)據(jù)處理與分析依次獲得荷載與縱筋應變、混凝土應變、側(cè)向撓度、曲率的曲線圖，并比較試驗測量值和預估值。5.1 荷載-縱筋應變圖7 荷載-縱筋應變圖從圖中可以看出，大偏心受壓柱類似于受彎構件，分為受拉區(qū)和受壓區(qū)，而且受拉區(qū)應變增長速率大于受壓區(qū)，鋼筋首先達到屈服強度。5.2 荷載-混凝土應變圖8 荷載-混凝土應變圖 可以從圖中看出位移計1、3并不是成線性增長，而且46

12、-9號通道測量的是受拉區(qū)的應變卻在加載的開始呈現(xiàn)壓應變，猜測是位移計在測量時出現(xiàn)的故障，也可能是混凝土開裂對位移計的測量產(chǎn)生影響。排除掉46-9，在010kN的荷載范圍內(nèi)，認為混凝土處于彈性階段，應變基本符合平截面假定。5.3 荷載-撓度圖9荷載-撓度曲線圖5.4 荷載-曲率圖10 荷載-曲率曲線圖5.5 構件承載力分析預估該構件極限承載力為133.27kN，而實際測得的承載力為92.344kN，比與估值低出了30%。推測造成差距的原因為：（1） 材料性能的不確定性。由于混凝土材料是一種各項異性材料，而且即便使用相同的配比的混凝土材料性質(zhì)也會有不同。而且材性試驗中鋼筋的屈服強度甚至達到了548

13、MPa，遠遠超出了標準值，然而試驗構件中的材料可能沒有達到材料試驗中的材料強度，致使實際測得的承載力小于理論值。（2）計算該構件極限承載力的時候采用的是簡化分析辦法，按照合力大小不變、合力作用點位置不變的原則，將截面混凝土應力的曲邊形圖形簡化成等效矩形時，大偏心受壓的合力比折算值要大，即大偏心受壓計算時偏于安全的。然而實際值卻甚至小于理論值，可以推測本試驗材料性能造成的誤差遠遠大于計算模式造成的誤差。（3）構件的尺寸可能和設計值不符合，使承載力低于理論值。6結論這次試驗我充分了解了大偏心受壓柱的破壞過程。大偏心受壓構件的應力分布類似于雙筋適筋梁受彎。隨著荷載的加大，受拉區(qū)的混凝土出現(xiàn)橫向裂縫退

14、出工作，該區(qū)的鋼筋承擔大部分拉應力而使其應力和應變增速加快，裂縫增多并向受壓區(qū)發(fā)展，受壓區(qū)高度減小，混凝土應力增大。當受拉區(qū)的鋼筋應變達到屈服應變的時候，鋼筋屈服，截面處形成一主裂縫。但受壓區(qū)混凝土壓應變達到其極限抗壓應變時，受壓區(qū)較薄弱處出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被壓碎而使構件破壞。同時，通過理論值和實測值的比較可以看出，在考慮到混凝土材料性能的不定性情況下，大偏心受壓的計算是偏于安全的，實際的極限承載力要大于設計的理論值。附錄一極限承載力估算附錄二：實驗數(shù)據(jù)處理荷載（kN）撓度（）曲率（10-6/mm）0.083-0.0026.66667E-054.7860.2510.00069.9850.3860.00038333314.8540.71850.00131666719.6410.68150.002424.9220.99550.00330.0391.2950.