結(jié)構(gòu)設(shè)計原理試驗指導(dǎo)書及報告格式

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實驗指導(dǎo)書長 安 大 學(xué)二00七1 / 22實驗一：鋼筋混凝土矩形梁正截面破壞試驗一、實驗?zāi)康募耙箐摻罨炷潦軓潣?gòu)件計算包括三個方面的內(nèi)容，即強度計算、抗裂性計算（裂縫開展寬度計算）及剛度計算(撓度計算)。計算理論來源于實踐,針對某種具體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的試驗分析,即是對計算理論的校核,也可推斷某種假設(shè),從而進一步完善理論。通過對鋼筋混凝土矩形梁正截面的破壞試驗，進一步鞏固本專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識,結(jié)合本課程的專業(yè)內(nèi)容,使學(xué)生能夠系統(tǒng)性的掌握從鋼筋、混凝土材料性能，設(shè)計和計算分析方法，提高學(xué)生綜合知識的水平，了解在純彎曲段內(nèi)正截面的受力狀態(tài)和變形規(guī)律，從而加深對所學(xué)理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生

2、試驗研究的能力。二、實驗內(nèi)容1.通過對鋼筋混凝土矩形梁正截面破壞試驗的全過程,從梁的構(gòu)造、鋼筋構(gòu)造、配筋率、正截面計算的基本內(nèi)容、受彎構(gòu)件的工作階段、破壞特征,驗算實驗梁在不同荷載作用下控制截面(最不利截面)的應(yīng)力、撓度和裂縫開展的位置及寬度,梁最大破壞荷載時相應(yīng)的撓度。2.正式試驗前，根據(jù)試驗梁的構(gòu)造、配筋和強度，估算梁的最大破壞荷載，然后估算的最大破壞荷載分五級列表算出每級荷載作用下相應(yīng)測點處理論計算(應(yīng)變和撓度)值,以此指導(dǎo)試驗方案的實施。3試驗完成后，再根據(jù)實驗中實際分級的荷載重新計算每級荷載作用下相應(yīng)測點處理論計算(應(yīng)變和撓度)值,并將實驗記錄值整理，將試驗過程中出現(xiàn)的異常情況或測試

3、極值取舍后作為實測值再與理論值進行比較。三、實驗條件及要求1試驗用鋼筋混凝土梁，截面尺寸及配筋見圖-1所示?；炷翉姸鹊燃塁25；骨料最大粒徑15mm；鋼筋采用R235，直徑10mm；凈保護層15mm。3試驗課前，在正截面破壞試驗梁上，純彎曲段混凝土表面，沿梁高方向貼4只5×40mm電阻應(yīng)變片，在相應(yīng)位置的兩根主筋上予埋3×5mm的電阻應(yīng)變片2只，設(shè)置3個撓度測點；跨中一點，分配梁加載點對應(yīng)處各一點，支座沉降測點兩點(剛性支座時省略)，見圖-1所示。2 / 22圖-1 正截面破壞試驗簡支梁（單位：mm）圖-2 梁試驗裝置和測點布置 1-千斤頂; 2-力傳感器;3-分配梁4-

4、試驗梁;5-混凝土應(yīng)變片; 6-鋼筋應(yīng)變片;7-機電百分表;四、實驗相關(guān)知識點1.回顧道路工程材料的內(nèi)容,包括混凝土配比、標(biāo)號及混凝土材料的力學(xué)性能;鋼筋的強度和力學(xué)性能;2. 回顧材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)有關(guān)應(yīng)力(應(yīng)變)實驗分析原理;3.結(jié)合本課程中鋼筋混凝土矩形梁的內(nèi)容,從梁的構(gòu)造,鋼筋構(gòu)造,配筋率,正截面計算的基本內(nèi)容,受彎構(gòu)件的工作階段、破壞特征,驗算實驗梁在不同荷載作用下控制截面(最不利截面)的應(yīng)力、撓度和裂縫開展的位置及寬度,梁最大破壞荷載時相應(yīng)的撓度。五、實驗實施步驟1加載前檢查傳感器、電阻片、撓度計的連接和安裝狀態(tài)，并進行初始平衡調(diào)試；2先作一次預(yù)備試驗，預(yù)備荷載值取破壞荷載的304

5、0%。加載后，測取讀數(shù)，觀察試驗梁、儀表裝置工作是否正常，及時排除故障后，才能進行正式試驗。3正式試驗時，原則上應(yīng)按計算破壞荷載的20%（也可取整數(shù)荷載值）分級加載，每級加載后穩(wěn)定5分鐘再讀取試驗數(shù)據(jù)。4裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展用目視或讀數(shù)顯微鏡觀察，每級荷載下的裂縫發(fā)展情況應(yīng)進行記錄和描述。4 / 225當(dāng)裂縫寬度達(dá)到1.5mm時，即視為破壞?；蚧炷潦軌簠^(qū)破壞或鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服點，亦視為破壞。觀察時應(yīng)特別注意安全。六、實驗報告要求1將試驗中每級實際荷載作用下的理論計算值和各測點實測值列表；2將試驗過程中從開始加載直至破壞劃分為三個工作階段,并將跨中截面用圖示方法描繪(計算值為實線,測試值用虛線標(biāo)出

6、應(yīng)度值)；3繪出彎矩(或荷載)與各撓度測點的關(guān)系曲線(按三個工作階段,計算值為實線,測試值用虛線標(biāo)出應(yīng)變值)。4實測值與理論計算值進行比較，并分析其差異原因。七、思考題：1若混凝土的實際強度等級低于設(shè)計強度等級，則實測的應(yīng)力(或應(yīng)變)變大還是變??？2鋼筋混凝土梁受彎強度應(yīng)采用規(guī)范中軸心受壓還是彎壓指標(biāo)？ 4 / 22實驗二 鋼筋混凝土柱偏心受壓破壞試驗一、實驗?zāi)康募耙笸ㄟ^試驗了解偏心受壓構(gòu)件理論計算的依據(jù)和分析方法，觀察偏心受壓柱的破壞特征及強度變化規(guī)律，進一步增強對鋼筋混凝土構(gòu)件試驗研究和分析能力。加強學(xué)生對于理論知識的理解和消化。二、實驗內(nèi)容在靜荷載作用下，測定柱側(cè)向位移和L/2截面鋼筋

7、及混凝土應(yīng)變，描繪柱體裂縫出現(xiàn)、擴大與破壞狀況及特征，測定開裂荷載值及破壞荷載值。三、實驗過程中觀測的內(nèi)容1實驗前測量柱子尺寸及力作用點的偏心距；2預(yù)備試驗時，預(yù)載值取計算破壞荷載的20%左右。同時。加載后，測取讀數(shù)，觀察試驗柱，儀表裝置工作是否正常，及時排除故障后，才能進行正式試驗。3正式試驗開始時，預(yù)加5%初荷載,調(diào)試儀器,按計算破壞荷載的20%分級加載，每級穩(wěn)定5分鐘后讀取試驗數(shù)據(jù)，當(dāng)接近發(fā)裂荷載時，加載值應(yīng)減至為原分級的一半或更小，并注意觀察裂縫發(fā)展情況，同時拆除構(gòu)件上裝置的位移計后，再繼續(xù)加載到破壞。4裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展用目視或讀數(shù)顯微鏡觀察，每級荷載下的裂縫發(fā)展情況應(yīng)進行記錄和描述。

8、四、實驗報告要求1繪出荷載作用下的裂縫開展圖，標(biāo)出主要裂縫出現(xiàn)時的荷載值。2計算側(cè)向位移、繪出計算與實測的p-f關(guān)系曲線圖。3計算受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫時的荷載值，受壓區(qū)出現(xiàn)裂縫時荷載、破壞荷載、破壞時鋼筋最大應(yīng)力，分析誤差產(chǎn)生原因。4.分析試驗中出現(xiàn)的問題，提出解決問題的辦法。5.對試驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象及與理論課中產(chǎn)生的誤差進行討論和分析5 / 22五、思考題1偏心受壓構(gòu)件的破壞現(xiàn)象與哪些情況有關(guān)?2大、小偏心受壓構(gòu)件破壞形式有何特點? 圖-3 偏心受壓試樣尺寸及配筋圖（mm） 圖-4 試驗柱裝置與測點布置圖 1-加力架承壓板 2-試驗柱 3-橫截面電阻片 4-位移計5；7-支座6-力傳感器6 / 22

9、鋼筋混凝土矩形梁破壞試驗報告班級 姓名 學(xué)號 成績 實驗日期 報告日期 指導(dǎo)教師 長 安 大 學(xué)7 / 22鋼筋混凝土矩形梁破壞試驗報告一.實驗前理論計算1.破壞荷載的計算 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，此單筋矩形截面的受壓區(qū)高度： x 于是，破壞彎矩M約等于不考慮結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的承載能力 即： M 按照該梁受力圖式,該梁的破壞荷載為: Pmax= 試驗中按照其20為一級加載，按五級施加的荷載分列為：0、 ; ; ; ; (kN）2.理論應(yīng)變計算 根據(jù)材料力學(xué)中關(guān)于應(yīng)變的計算公式： 其中： E混凝土彈模。取26 應(yīng)變 M截面處的彎矩 y距中性軸（形心軸）的距離 I抗彎慣性矩 按上式分別計算各級荷載下各測點處

10、的應(yīng)變，其計算過程：由電阻應(yīng)變片布置點為Yi IZ=bh3 /12混凝土彈性模量查表得：8 / 22E26所以： Ri=荷載作用下各測點的理論應(yīng)變值表(µ)試驗荷載（kN）R1(µ)R2(µ)R3(µ)R4(µ)R5；R6(µ)10000002345破壞3.理論撓度值的計算由材料力學(xué)知：復(fù)雜荷載作用下某點撓度可以由組成的若干個簡單荷載單獨形成的撓度疊加而成，而簡單荷載產(chǎn)生的撓度可由材料力學(xué)附表中查得，于是，可以求得此試驗中各測點的撓度值。此梁的受力可以分解為： f+f荷載作用下各測點的理論計算結(jié)果表(mm)試驗荷載（kN）支點F1(m

11、m)F2(mm)F3(mm)端支點1000000200300400500破壞009 / 22鋼筋混凝土矩形梁破壞試驗計算結(jié)果匯總計算參數(shù)名應(yīng)用公式計算值含筋率換算截面積換算截面慣性矩?fù)Q算截面的截面模量受壓區(qū)高度開裂荷載破壞荷載混凝土極限應(yīng)力鋼筋極限應(yīng)力破壞時受壓區(qū)高度二.實驗實施過程1. 實驗加載示意圖2. 實驗記錄簡支梁正截面破壞試驗記錄表試驗荷載測量值測點號P=13P=20P=40P=60P=80P=100Pmax kN kN kN kN kN kN kN應(yīng)變記錄R1 (µ)R2(µ)R3(µ)R4(µ)R5(µ)R筋(µ)R筋(

12、µ)撓度記錄f1 (mm）f2(mm）f3(mm）10 / 22三.試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果比較簡支梁正截面破壞試驗值與理論計算值比較試驗荷載測量值測點號P=13P=20P=40P=60P=80P=100Pmax kN kN kN kN kN kN kN應(yīng)變 (µ)R1 理論值實驗值R2理論值實驗值R3理論值實驗值R4理論值實驗值R5理論值實驗值R筋理論值實驗值撓度 (mm)f1 理論值實驗值f2理論值實驗值f3理論值實驗值四.試件破壞示意圖1破壞形態(tài)描述2試件破壞示意3受力到破壞階段描述與示意11 / 22五.理論值與試驗值產(chǎn)生差異的原因六思考題12 / 22鋼筋混凝土柱破

13、壞試驗報告班級 姓名 學(xué)號 成績 實驗日期 報告日期 指導(dǎo)教師 長 安 大 學(xué)13 / 22鋼筋混凝土柱的破壞實驗報告一.實驗前理論計算：1受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫時的荷載值：由于該試樣采用20號混凝土，查表得知：2受壓區(qū)出現(xiàn)裂縫時的荷載值： 由材料力學(xué)知識可以得知： N偏心壓力 A試件截面積 e偏心距 彎曲截面系數(shù)大偏心構(gòu)件： 隨著荷載的增大，拉區(qū)混凝土先出現(xiàn)橫向裂縫，所以 小偏心構(gòu)件：隨著荷載的增大，壓區(qū)混凝土先出現(xiàn)橫向裂縫，所以 3受壓區(qū)出現(xiàn)裂縫時的破壞荷載及破壞時鋼筋的最大拉壓應(yīng)力：大偏心構(gòu)件：14 / 22 對于短柱 得出 而 所以由截面上所有力對偏心壓力作用點力矩為零得知：即：所以取x2又有

14、 即 解得 所以，受壓區(qū)破壞荷載為 ，破壞時鋼筋的最大拉壓應(yīng)力均為 .試驗中按照其20為一級加載，按五級施加的荷載分列為：0、 ; ; ; ; (kN)小偏心構(gòu)件：小偏心狀態(tài)下，受壓區(qū)首先會出現(xiàn)裂縫。15 / 22即： xmm 2a= mm則 h/h0 = 所以 小偏心構(gòu)件截面部分受壓，部分受拉那么g=又有 解得 受壓區(qū)破壞荷載為 KN，破壞時鋼筋的最大拉應(yīng)力為 MPa，最大壓應(yīng)力為 Mpa試驗中按照其20為一級加載，按五級施加的荷載分列為：0、 ; ; ; ; (kN)二.側(cè)向位移的計算： 這里，側(cè)向位移就是水平側(cè)向撓度，用f表示。16 / 22 由材料力學(xué)可以得知：1大偏心情況下的側(cè)向位移

15、 e0=b/2=本試樣選用20號混凝土，則R所以 NR×A=而 I 所以有 2小偏心情況下的側(cè)向位移17 / 22 e0=b/4=本試樣選用20號混凝土，則R所以 NR×A=而 I 所以有 三.實驗實施過程1 實驗加載示意圖2 實驗記錄18 / 22 鋼筋混凝土柱受壓破壞試驗記錄表荷載測值測點號P=15P=20P=40P=60P=80P=100Pmax kN kN kN kN kN kN kN應(yīng)變記錄R1 (µ)R2(µ)R3(µ)R4(µ)R5(µ)R筋(µ)R筋(µ)側(cè)移記錄f1 (mm）f2(mm）f3(mm）破壞示意圖裂縫展開示意圖19 / 22四.試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果比較矩形柱偏心受壓破壞試驗值與理論計算值比較試驗荷載測量值