同濟大學(xué)混凝土實驗——適筋梁設(shè)計方案

1、.適筋梁受彎性能試驗方案小組成員：姓名：學(xué)號：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：任課教師：日期：.適筋梁受彎破壞試驗設(shè)計方案一、適筋梁受彎破壞過程：當(dāng)梁中縱向受力鋼筋的配筋率適中時，梁正截面受彎破壞過程表現(xiàn)為典型的三個階段。第一階段彈性階段（I 階段）：當(dāng)荷載較小時，混凝土梁如同兩種彈性材料組成的組合梁，梁截面的應(yīng)力呈線性分布，卸載后幾乎無殘余變形。當(dāng)梁受拉區(qū)混凝土的最大拉應(yīng)力達到混凝土的抗拉強度，且最大的混凝土拉應(yīng)變超過混凝土的極限受拉應(yīng)變時， 在純彎段某一薄弱截面出現(xiàn)首條垂直裂縫。梁開裂標(biāo)志著第一階段的結(jié)束。此時，梁純彎段截面承擔(dān)的彎矩Mcr 稱為開裂彎矩。 第二階段帶裂縫工作階段（ II階段）：梁開

2、裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應(yīng)力激增，且通過粘結(jié)力向未開裂的混凝土傳遞拉應(yīng)力，使得梁中繼續(xù)出現(xiàn)拉裂縫。壓區(qū)混凝土中壓應(yīng)力也由線性分布轉(zhuǎn)化為非線性分布。當(dāng)受拉鋼筋屈服時標(biāo)志著第二階段的結(jié)束。此時梁純彎段截面承擔(dān)的彎矩My 稱為屈服彎矩。第三階段破壞階段（III階段）：鋼筋屈服后，在很小的荷載增量下，梁會產(chǎn)生很大的變形。裂縫的高度和寬度進一步發(fā)展，中和軸不斷上移，壓區(qū)混凝土應(yīng)力分布曲線漸趨豐滿。當(dāng)受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)變達到混凝土的極限壓應(yīng)變時，壓區(qū)混凝土壓碎，梁正截面受彎破壞。此時，梁承擔(dān)的彎矩Mu 稱為極限彎矩。適筋梁的破壞始于縱筋屈服，終于混凝土壓碎。整個過程要經(jīng)歷相當(dāng)大的變形，破壞前有

3、明顯的預(yù)兆。這種破壞稱為適筋破壞，屬于延性破壞。二、實驗?zāi)康模海?1） 通過實踐掌握試件的設(shè)計、實驗結(jié)果整理的方法。（ 2） 加深對混凝土基本構(gòu)建受力性能的理解。（ 3） 更直觀的了解適筋梁受彎破壞形態(tài)及裂縫發(fā)展情況。（ 4） 驗證適筋梁破壞過程中的平截面假定。（ 5） 對比實驗值與計算理論值，從而更好地掌握設(shè)計的原理。.三、實驗裝置：圖 1 為本方案進行梁受彎性能試驗采用的加載裝置，加載設(shè)備為千斤頂。采用兩點集中力加載，以便于在跨中形成純彎段。并且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。梁受彎性能試驗中，采用三分點加載方案，取L2200mm ， a100mm ，b70

4、0mm， c600mm。圖 2.a為加載簡圖，此時千斤頂加力為P ，經(jīng)過分配梁后，可視為兩個大小為P / 2 的集中荷載分別作用于圖示位置。圖 2.b 為荷載作用下的彎矩圖。 由此圖可知， 純彎段的彎矩最大， M 0.35P . 圖 2.c 為荷載作用下的剪力圖。1試驗梁； 2滾動鉸支座；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梁受彎試驗裝置圖.（ a）加載簡圖（ kN, mm ）（b）彎矩圖（ kNmm ）（ c）剪力圖（ kN mm ）圖 2梁受彎試驗加載和內(nèi)力簡圖四、加載方式：（ 1）單調(diào)分級加載機

5、制：梁受彎試驗采取單調(diào)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，需要預(yù)加載， 預(yù)加載所用的荷載是分級荷載的前兩級。具體加載過程為：在加載到開裂荷載計算值的90%以前，每級荷載不宜大于開裂荷載計算值得20%達到開裂荷載計算值的90%以后，每級荷載不宜大于其荷載值的5%；當(dāng)試件開裂后，每級荷載值取10%的承載力試驗荷載計算值的級距；當(dāng)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(yīng)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。.（ 2）開裂荷載實測值確定方法：對于本次試驗，采用放大鏡觀測法確定開裂荷載實測值。具體過程

6、：用放大倍率不低于四倍的放大鏡觀察裂縫的出現(xiàn)；當(dāng)加載過程中第一次出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)取前一級荷載作為開裂荷載實測值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內(nèi)第一次出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)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(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結(jié)束后第一次出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)取本次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(biāo)記即可認(rèn)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)達到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載： 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。五、試件設(shè)計：（ 1）試件設(shè)計的依據(jù)根據(jù)梁正截面

7、受壓區(qū)相對高度和界限受壓區(qū)相對高度b 的比較可以判斷出受彎構(gòu)件的類型： 當(dāng)b 時，為適筋梁； 當(dāng)b 時，為超筋梁。 界限受壓區(qū)相對高度b 可按下式計算：b0.8fy10.0033Es在設(shè)計時，如果考慮配筋率，則需要確保kN mm1 fcbbf y其中在進行受彎試件梁設(shè)計時，f y 、 Es 分別取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量；進行受彎試件梁加載設(shè)計時，f y 、 Es 分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量。同時， 為了防止出現(xiàn)少筋破壞，需要控制梁受拉鋼筋配筋率大于適筋構(gòu)件的最小配筋率min ，其中min 可按下式計算：f tmin0.45f y.（ 2

8、）試件的主要參數(shù)試件尺寸（矩形截面）： b× h× l 180× 250× 2200mm；混凝土強度等級：C35；縱向受拉鋼筋的種類：HRB400 ；箍筋的種類：HPB300 （純彎段無箍筋） ；縱向鋼筋混凝土保護層厚度：25mm；（ 3）配筋計算：由所選材料性能可知:yk2f400N / mmfy360N / mm2f yv270N / mm2fck23.4N / mm2c2f16.7N / mmftk2.20N / mm2ft1.57N / mm20.45ft1.57103minfy0.451.96360b0.8=0.5231fy0.0033Esbb

9、1 f c0.523116.70.024f y360h0hd250257218mmc23142所以，當(dāng)所配縱筋為時，鋼筋面積As=462mm;As0.012bh0此時minb所以該梁為適筋梁.綜上所述，試件的配筋情況見圖3和表 1：圖 3 梁受彎實驗試件配筋表1試件配筋情況預(yù)估荷載 P (kN)試件特征編號PcrPyPuMLA適筋梁314210850(2)27.56693.063103.403說明：預(yù)估荷載按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范給定的材料強度標(biāo)準(zhǔn)值計算，未計試件梁和分配梁的自重。（ 4）試件加載估算1. 開裂彎矩估算Es2.061056.540E3.15104E c2E As26.544620

10、.134Abh180250M cr0.292(1 2.5 A ) ftk bh20.29212.50.1342.2018025029.648kNm2. 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(yīng)力為線性分布，因此有：M yfy As (h0xn / 3)0.9M u.3. 極限彎矩估算fyk As4004620.2011 f ck bh0123.4180218M u1kfck bh02(1 0.5)123.418021820.20110.50.20136.191kN mPcrM cr9.648kN=27.566kN0.350.35PuM u36.191 kN 103.403kN0

11、.350.35Py0.9Pu93.06kN4. 抗剪驗算梁中箍筋采用上述配置，及850 2 ，此時梁的抗剪能力如下：a7003.2h0218>3=3Asv2 82 mm2100.53mm24Asv100.530.011ft1.43103=180218min0.24bh0f yvVu ,max0.25c fc bh00.251.0 16.7 180218N163.827kNV1.75 fbhfAsvh 145.3kNu1t0yvs0Vu.maxVuVu1 45. 3k N此時Pcu2 Vu290.6kN因為PcuPu ，所以該梁出現(xiàn)正截面破壞，符合要求。.六、量測內(nèi)容：（ 1）混凝土平均應(yīng)

12、變在梁跨中一側(cè)面布置5 個位移計，位移計間距50mm，標(biāo)距為 150mm，以量測梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均應(yīng)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(yīng)變測點布置（ 2）縱向鋼筋應(yīng)變在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片， 以量測加載過程中鋼筋的應(yīng)力變化， 測點布置見圖 5。圖 5 縱筋應(yīng)變片布置（ 3）撓度對受彎構(gòu)件的撓度測點應(yīng)布置在構(gòu)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(yīng)在沒有外荷載的條件下測讀儀表的初始讀數(shù)。試驗時在每級荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結(jié)束時量測構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)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(cè)面用石灰漿刷白，并繪