綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)答案

1、鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)課程考核說(shuō)明：本課程考核形式為提交作業(yè)，完成后請(qǐng)保存為WORD 2003格式的文檔，登陸學(xué)習(xí)平臺(tái)提交，并檢查和確認(rèn)提交成功（能夠下載，并且內(nèi)容無(wú)誤即為提交成功）。一 作業(yè)要求1.要求提交設(shè)計(jì)試驗(yàn)構(gòu)件詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程、構(gòu)件尺寸和配筋；2.要求擬定具體的試驗(yàn)步驟；3.要求預(yù)估試驗(yàn)發(fā)生的破壞形態(tài)；4.構(gòu)件尺寸、配筋、試驗(yàn)步驟以及破壞形態(tài)可參考綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)試驗(yàn)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)件適筋梁的受彎破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)。（35分）2.斜截面受剪構(gòu)件無(wú)腹筋梁斜拉受剪破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)。（35分）3.鋼筋混凝土柱大偏心受壓構(gòu)件破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2、。（30分）答案1 正截面受彎構(gòu)件適筋梁的受彎破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)。適筋破壞-配筋截面 加載：（注明開(kāi)裂荷載值、縱向受拉鋼筋達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)y時(shí)的荷載值、破壞荷載值）加載： （1）計(jì)算的開(kāi)裂彎矩、極限彎矩與模擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)值對(duì)比，分析原因。理論計(jì)算：通過(guò)分析對(duì)比，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：1實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有考慮梁的自重，而計(jì)算理論值時(shí)會(huì)把自重考慮進(jìn)去；2. 計(jì)算的階段值都是現(xiàn)象發(fā)生前一刻的荷載，但是實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確的計(jì)算破壞荷載；4.整個(gè)計(jì)算過(guò)程都假設(shè)中和軸在受彎截面的中間。（2） 繪出試驗(yàn)梁p-f變形曲線。（計(jì)算撓度）當(dāng)構(gòu)件

3、開(kāi)裂時(shí)，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)0.346616.3332.6551.3856.45Mk(KN·m)0.84914080125.875138.3(N/mm2)2.04496.3192.6303.13330.20.430.760.88550.95.5194.1993.132.852.82f (mm)0.5232.1686.30149.1166實(shí)驗(yàn)得出的荷載-撓度曲線:（3） 繪制裂縫分布形態(tài)圖。 （計(jì)算裂縫）（4）簡(jiǎn)述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開(kāi)的過(guò)程與機(jī)理。當(dāng)荷載在0.4KN內(nèi)，梁屬于彈性階段，沒(méi)有達(dá)到屈服更沒(méi)有受到破壞。當(dāng)荷載在0.4KN的基礎(chǔ)上分級(jí)加載，

4、受拉區(qū)混凝土進(jìn)入塑性階段，手拉應(yīng)變曲線開(kāi)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?cè)龃蟮倪^(guò)程中，合拉力的增長(zhǎng)不斷減小，而此時(shí)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(zhǎng)，于是受壓區(qū)高度降低，以保證斜截面內(nèi)力平衡。當(dāng)內(nèi)力增大到某一數(shù)值時(shí)，受拉區(qū)邊緣的混凝土達(dá)到其實(shí)際的抗拉強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變，截面處于開(kāi)裂前的臨界狀態(tài)。接著荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應(yīng)變超過(guò)極限抗拉應(yīng)變，部分薄弱地方的混凝土開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，此時(shí)荷載為7.9KN。在開(kāi)裂截面，內(nèi)力重新分布，開(kāi)裂的混凝土一下子把原來(lái)承擔(dān)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，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度。此時(shí)

5、受壓混凝土也開(kāi)始表現(xiàn)出一定的塑性，應(yīng)力圖形開(kāi)始呈現(xiàn)平緩的曲線。此時(shí)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(gè)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(shí)，鋼筋承擔(dān)了絕大部分拉應(yīng)力，應(yīng)變?cè)隽颗c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(kāi)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(jìn)的應(yīng)力應(yīng)變不斷增大，直至最后達(dá)到屈服前的臨界狀態(tài)。鋼筋屈服至受壓區(qū)混凝土達(dá)到峰值應(yīng)力階段。此階段初內(nèi)力只要增加一點(diǎn)兒，鋼筋便即屈服。此時(shí)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），

6、截面承載力已接近破壞荷載，在梁內(nèi)鋼筋屈服的部位開(kāi)始形成塑性鉸，但混凝土受壓區(qū)邊緣應(yīng)力還未達(dá)到峰值應(yīng)力。隨著荷載的少許增加，裂縫繼續(xù)向上開(kāi)展，混凝土受壓區(qū)高度降低，中和軸上移，內(nèi)力臂增大，使得承載力會(huì)有所增大，但增大非常有限，而由于裂縫的急劇開(kāi)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(jiǎn)述配筋率對(duì)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(duì)減小撓度的效果不明顯2. 斜截面受剪構(gòu)件無(wú)腹筋梁斜拉受剪破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)。大量試驗(yàn)結(jié)果表明：無(wú)腹筋梁斜截面受剪破壞的形態(tài)取決于剪跨比的大小，大

7、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(huà)出了兩個(gè)對(duì)稱荷載作用下，=2、1、時(shí)的主拉應(yīng)力跡線（虛線）和主壓應(yīng)力跡線（實(shí)線）。由圖可見(jiàn)，當(dāng)=時(shí)，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(shí)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(dāng)=12時(shí)，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(yàn)研究表明，無(wú)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(dāng)剪跨比>3時(shí)，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(diǎn)處，使梁沿斜向拉裂成兩部分

8、而突然破壞，破壞面整齊、無(wú)壓碎痕跡，破壞荷載等于或略高于出現(xiàn)斜裂縫時(shí)的荷載。斜拉破壞時(shí)由于拉應(yīng)變達(dá)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(dāng)剪跨比13時(shí)，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(zhǎng)。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(diǎn)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(diǎn)處豎向局部壓應(yīng)力的共同作用而產(chǎn)生，雖然破壞時(shí)沒(méi)有像斜拉破壞時(shí)那樣突然，

9、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(dāng)剪跨比很?。ㄒ话?）時(shí)，發(fā)生斜壓破壞，其破壞特征是：在荷載作用點(diǎn)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(shí)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(yàn)設(shè)計(jì)。1試件設(shè)計(jì)1.構(gòu)件設(shè)計(jì)（1）試件設(shè)計(jì)的依據(jù) 為減少“二階效應(yīng)”的影響，將試件設(shè)計(jì)為短柱，即控制l0/h5。通過(guò)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)為小偏心受壓破壞。（2）試件的主要參

10、數(shù)試件尺寸（矩形截面）：b×h×l = 124×120×899mm 混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20 縱向鋼筋：對(duì)稱配筋412 箍筋：6100（2） 縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：15mm 試件的配筋情況（如下頁(yè)圖所示）圖1.3大偏心受壓柱配筋圖 取偏心距e0：100mm2、加載裝置和量測(cè)內(nèi)容1 加載裝置 柱偏心受壓試驗(yàn)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(dòng)鉸支座。鉸支座墊板應(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(yàn)加載裝置2 加載方式（1）單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制實(shí)際的加載等級(jí)為0-10kN-20kN-30kN-4

11、0kN-50kN-60kN-破壞3量測(cè)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上的應(yīng)變計(jì)測(cè)量，混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如下圖。圖1.4.3大偏心受壓柱試驗(yàn)混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)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(jì)量測(cè)，鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如下圖。圖1.4.3.1大偏心受壓柱試驗(yàn)縱向鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置（3）側(cè)向撓度柱長(zhǎng)度范圍內(nèi)布置5 個(gè)位移計(jì)以測(cè)量柱側(cè)向撓度，側(cè)向撓度測(cè)點(diǎn)布置如下圖。圖1.4.3.2大偏心受壓柱試驗(yàn)側(cè)向撓度測(cè)點(diǎn)布置（4）裂縫試驗(yàn)前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡查找裂縫。荷載縱向鋼筋應(yīng)變2_134_134_234_334

12、_434_534_634_734_80.661-12-5-13-4-14-509.992-50-11720116-100-1281268419.984-162-229226349-229-27435127230.224-280-348486634-363-44262351540.216-372-466721913-496-61590484250.043-478-6259621191-661-8321190112659.705-653-82512561521-871-11431522146769.862-810-100815111825-1056-14031832177379.854-1100-

13、132919052346-1376-18662348220593.976-1485-174125864928-1819-24114074512893.232-1544-181127936257-1879-24945723602292.737-1560-181528437114-1883-25026547640292.076-1585-184128998132-1909-25258076691380.928-1699-1851292810437-2060-25610785675.643-1703-1811293010382-2086-2520078444、實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)混凝土應(yīng)變側(cè)向撓度10_11

14、0_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.

15、5551.9836.9192.104-0.318-0.0940.5592.0097.0842.222-0.318-0.0940.5942.0517.2362.255-0.326-0.0940.6022.1567.6852.411-0.341-0.0940.5982.77510.7333.802-0.349-0.0940.5983.26813.3035.009按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給定的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值及上述的計(jì)算公式，對(duì)于本次試驗(yàn)試件的極限承載力的預(yù)估值為： kN。構(gòu)件正截面承載力分析實(shí)測(cè)值為94kN，比預(yù)估值大46.9%，可能原因如下： 試驗(yàn)時(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間已經(jīng)超過(guò)要求的標(biāo)準(zhǔn)的28d，強(qiáng)度有所提高；計(jì)算時(shí)所采用的安全系數(shù)等等都為該構(gòu)件的承載力提供了一定的安全儲(chǔ)備，導(dǎo)致實(shí)際的抗壓強(qiáng)度高于計(jì)算的抗壓強(qiáng)度；混凝土計(jì)算公式本身