鋼筋混凝土正截面受彎實驗報告

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實驗報告實驗一鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面試驗專業(yè)12級1班姓名學號二零一四年十月二十六號仲愷農(nóng)業(yè)工程學院城市建設(shè)學院專業(yè)資料.目錄1.實驗?zāi)康模?2.實驗設(shè)備：2試件特征2試驗儀器設(shè)備：33.實驗成果與分析，包括原始數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果數(shù)據(jù)與曲線、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制曲線等。3實驗簡圖3適筋破壞 -配筋截面：4超筋破壞 -配筋截面3少筋破壞 -配筋截面43.1適筋破壞：12（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。12（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）13（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）13（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。14（

2、 5）簡述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。153.2超筋破壞：4（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。4（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）5（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）7（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。8（ 5）簡述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。93.3少筋破壞：9（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。9（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）10（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）11（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。11（ 5）簡

3、述配筋率對受彎構(gòu)件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。124 實驗結(jié)果討論與實驗小結(jié)，即實驗報告的最后部分，同學們綜合所學知識及實驗所得結(jié)論認真回答思考題并提出自己的見解、討論存在的問題。15.資料 .（院、系）專業(yè)班組混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課學號姓名實驗日期2014 年 10 月 16 日 教師評定實驗一鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面試驗1. 實驗?zāi)康模毫私馐軓潣?gòu)件正截面的承載力大小、撓度變化及裂縫出現(xiàn)和發(fā)展過程。觀察了解受彎構(gòu)件受力和變形過程的三個工作階段及適筋梁的破壞特征。測定或計算受彎構(gòu)件正截面的開裂荷載和極限承載力，驗證正截面承載力計算方法。2. 實驗設(shè)備：試件特征（ 1）根據(jù)試驗要求，試驗的

4、混凝土強度等級為 C30(fck=20.1N/mm 2，ftk=2.01N/mm 2，fc14.3N/mm2, Ec=3.0 104 N/mm 2），縱向受力鋼筋強度等級HRB335 級（極限抗拉強度標準值為fyk335N/mm 2 ），箍 筋與 架立 鋼筋 強度 等級 HPB300級（ 屈服強度 標準 值為fy=270N/mm2）（ 2）試件為 b h=200 435 mm 2，縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層為20mm 。少筋、適筋、超筋的箍筋是12100，保證不發(fā)生斜截面破壞。（ 3）梁的受壓區(qū)配有兩根10 的架立筋，通過箍筋與受力筋綁扎在一起，形成骨架，.資料 .保證受力鋼筋處在正確的位置

5、試驗儀器設(shè)備：（ 1）靜力試驗臺座、反力架、支座與支墩（ 2）手動式液壓千斤頂（ 3） 20T 荷重傳感器（ 4） YD-21 型動態(tài)電阻應(yīng)變儀（ 5） X-Y 函數(shù)記錄儀（ 6） YJ-26 型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及平衡箱（ 7）讀數(shù)顯微鏡及放大鏡（ 8）位移計（百分表）及磁性表座（ 9）電阻應(yīng)變片、導線等3. 實驗成果與分析，包括原始數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果數(shù)據(jù)與曲線、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制曲線等。實驗簡圖適筋破壞 -配筋截面加載：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設(shè)計強度fy 時的荷載值、破壞荷載值）.資料 .加載：Fcr =0.5KNFy =95.6KNFu =96.4KN超筋破壞 -配筋截面加載：（注明開

6、裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設(shè)計強度fy 時的荷載值、破壞荷載值）加載：Fcr =0.5KNFu =135.1 KN少筋破壞 -配筋截面：加載：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設(shè)計強度fy 時的荷載值、破壞荷載值）加載：Fcr =0.4KNFu =7.3KN3.1 適筋破壞：（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。.資料 .理論計算：ho389開裂時： xf tk As2.01 12320.616mm1 f ckb1.020.1200M crf tk As (hox)2.011232(3890.616 )0.9625 KN gm22M cr0.96250.4734 KN

7、開裂荷載： Fcr2.033a屈服時： xf yk As335 1232102.667mm1 f ckb1.020.1200M yf yk As (hox)3351232(389102.667 )139.36 KN gm22屈服荷載： FyM y139.3668.55KNa2.033破壞時： xf stk As455 1232139.44mm1 f ckb1.020.1200M ufstk As (hox)4551232(389139.44 )178.98 KN gm22破壞荷載 : FuM u178.98a88.04 KN2.033通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：1 實

8、驗時沒有考慮梁的自重，而計算理論值時會把自重考慮進去；2.計算的階段值都是現(xiàn)象發(fā)生前一刻的荷載，但是實驗給出的卻是現(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 倍不能準確的計算破壞荷載；4.整個計算過程都假設(shè)中和軸在受彎截面的中間。（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）As1232h0389EsAs2.01051232EEc?3.01040.1056bh0200 389teAs12320.0283Ate0.5200435當構(gòu)件開裂時，M k0.9625KN /M.資料 .sqM K0.9625 1062.308h0 As 0.873891232ftk1.10.6

9、52.01負數(shù)，取0.21.1 0.650.0283tesq2.308Bs1.15Es Ash022105123238923.506 1013 N mm20.26E1.150.20.260.1056M K l020.9625 106 610020.112mmf s0.113.5061013B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)0.473434.4368.5588.04M k(KN m)0.962570139.36178.98sq (N/mm 2 )2.308167.89334.24429.260.20.830.960.9913( N gmm2 )3.5062.0851.92

10、41.891Bs 10f (mm)0.11213.74229.64738.741.資料 .實驗得出的荷載 -撓度曲線 :（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）最大裂縫：acr1.9teAs12320.02830.5bh0.5 200435deq28989.40mm0.0283tesqM k178.98106429.3N / mm2h0 As0.87 389 12321.10.652.011.00.0283429.3Wmaxacrsqdeq429.31.9 20 12 0.08 989.40 0.57mm1.9cs0.081.9 1.05Este210.資料 .（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展

11、開的過程與機理。當荷載在 0.5KN 內(nèi)，梁屬于彈性階段，沒有達到屈服更沒有受到破壞。當荷載在 0.5KN 的基礎(chǔ)上分級加載， 受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，手拉應(yīng)變曲線開始呈現(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)變增大的過程中，合拉力的增長不斷減小，而此時受壓區(qū)混凝土和受拉鋼筋仍工作在彈性范圍，呈直線增長，于是受壓區(qū)高度降低，以保證斜截面內(nèi)力平衡。當內(nèi)力增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達到其實際的抗拉強度和極限拉應(yīng)變，截面處于開裂前的臨界狀態(tài)。接著荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應(yīng)變超過極限抗拉應(yīng)變，部分薄弱地方的混凝土開始出現(xiàn)裂縫，此時荷載為 9.7KN 。在開裂

12、截面，內(nèi)力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔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。此時受壓混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑性，應(yīng)力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線。此時鋼筋的應(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，鋼筋承擔了絕大部分拉應(yīng)力，應(yīng)變增量與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，剛進的應(yīng)力應(yīng)變不斷增大，直至最后達到屈服前的臨界狀態(tài)。鋼筋屈服至受壓區(qū)混凝土達到峰值應(yīng)力階段。

13、此階段初內(nèi)力只要增加一點兒，鋼筋便即屈服。此時荷載為 95.6KN 。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），截面承載力已接近破壞荷載，在梁內(nèi)鋼筋屈服的部位開始形成塑性鉸，但混凝土受壓區(qū)邊緣應(yīng)力還未達到峰值應(yīng)力。隨著荷載的少許增加，裂縫繼續(xù)向上開展，混凝土受壓區(qū)高度降低，中和軸上移，內(nèi)力臂增大，使得承載力會有所增大，但增大非常有限，而由于裂縫的急劇開展和混凝土壓應(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。.資料 .（ 5）簡述配筋率對受彎構(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

14、配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。3.2 超筋破壞：（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。h0362.5mmA s2463mm 2跨度為 a2033mmfbxA fM crftk As (h01 cks tkx)2xAsftk24632.011.2315 mm1 fckb1.020.1 200M cr2.012463362.5- 1.23151.792KNM2.資料 .FcrM cr1.792a0.881KN2.033破壞彎矩、荷載：xf stk As455 2463a1 fck b 1278.77 mm20.1 200M u 4552463362.5- 278.7

15、7250.04KN M2FuM u250.04122.99KNa2.033通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：（ 1）、構(gòu)件的平整度，截面尺寸是否準確、混凝土實際保護層的厚度等施工質(zhì)量會使計算值與實際抗彎承載力產(chǎn)生差異。（ 2）、應(yīng)變片的粘貼位置會產(chǎn)生差異。傳感器的精度會產(chǎn)生差異。百分表的位置影響。手持式應(yīng)變儀的讀數(shù)影響。（ 3）、應(yīng)變片的溫度補償產(chǎn)生差異。選用設(shè)備的量程不合理。讀數(shù)間隔時間相差過大。（ 4）、各種人為因素，儀器操作的熟練程度。 實驗時儀表出現(xiàn)碰撞。度數(shù)出現(xiàn)誤差。沒有預(yù)加載（ 2）繪出試驗梁 p-f 變形曲線。（計算撓度）注：超筋梁在荷載作用至破壞期間撓度變化

16、極小，難以計算。.資料 .（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）注：超筋梁在荷載作用至破壞期間有效受拉混凝土截面面積極小，難以計算。（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。(1) 在此彈性階段混凝土的受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線和受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線都近似直線，因此基本上可看成混凝土在彈性范圍內(nèi)工作。而鋼筋此時也工作在彈性范圍內(nèi)，所以整根鋼筋混凝土梁可近似看成一份勻質(zhì)彈性梁。在加載過程中梁的剛度不變，表現(xiàn)為這一階段的撓度荷載曲線基本為直線。在受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變增大過程中，受拉鋼筋拉應(yīng)力呈直線增加，受壓區(qū)合壓力和受拉區(qū)合拉力也基本呈直線增加，由平截面假定可知，此時的受壓區(qū)高度應(yīng)近似保持不變。(2) 而

17、到受拉區(qū)混凝土呈現(xiàn)塑形到開裂階段初，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，混凝土的受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線開始呈現(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)應(yīng)變增大過程中，受拉區(qū)混凝土合拉力的增長不斷減小，而此時受壓區(qū)混凝土和受拉鋼筋仍工作在彈性范圍內(nèi)，呈直線增長，于是受壓區(qū)高度降低，以保證截面內(nèi)力平衡（若受壓區(qū)高度不變或增大，則截面合壓力增長大于合拉力增長，內(nèi)力將會不平衡）。當內(nèi)力增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達到其實.資料 .際的抗拉強度和極限拉應(yīng)變，截面處于開裂前的臨界狀態(tài)。(3) 開裂至受壓區(qū)混凝土達到峰值應(yīng)力階段，梁體開裂后鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變突然增加很多，曲率急劇增大，受壓區(qū)高度也急劇

18、下降，在撓度荷載曲線上表現(xiàn)為有一個表示撓度突然增大的轉(zhuǎn)折。內(nèi)力重分布完成后，荷載繼續(xù)增加時，鋼筋承擔了絕大部分拉應(yīng)力，應(yīng)變增量與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，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變不斷增大，直至受壓區(qū)邊緣應(yīng)變接近0.002 ，而鋼筋由于配筋率相對比較大，此時并未屈服。(4) 破壞階段隨著荷載的增加，混凝土的受壓區(qū)邊緣應(yīng)變達到0.002 ，邊緣壓應(yīng)力達到峰值應(yīng)力。因為混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線已表現(xiàn)出明顯的塑性，而受拉鋼筋并未達到屈服強度，拉應(yīng)力仍隨著應(yīng)變呈線性增長。為了保持截面內(nèi)力平衡必須增大受壓區(qū)面積，所以截面中

19、和軸下降，受壓區(qū)高度增加。因為一直到破壞時鋼筋也未屈服，我們可以看到，在超筋梁中，自開裂后截面中和軸位置一直是下降的。最后受壓區(qū)混凝土達到極限壓應(yīng)變而破壞。（ 5）簡述配筋率對受彎構(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， 但配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。3.3 少筋破壞：（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。開裂彎矩、荷載：h0435-37 398mmA s78.5mm 2跨度為 a 2033mmfbxA fM crftk As (h01 cks tkx)2xAsftk78.5 2.010.03925

20、mm1 fckb1.020.1200M cr2.0178.5398- 0.039250.063KN M2FcrM cr0.0630.03KNa2.033破壞彎矩、荷載：.資料 .f stk As45578.58.88 mmx20.1200a1 fck b 1M u 45578.5398- 8.8814.06KN M2M u14.066.91KNFu2.033a通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：1 實驗時沒有考慮梁的自重，而計算理論值時會把自重考慮進去；2.計算的階段值都是現(xiàn)象發(fā)生前一刻的荷載，但是實驗給出的卻是現(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.

21、5 倍不能準確的計算破壞荷載；4.整個計算過程都假設(shè)中和軸在受彎截面的中間。（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）注：在很小荷載的作用下，少筋梁即破壞，撓度無法計算（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）.資料 .注：少筋梁在裂縫出現(xiàn)到破壞期間時間極短，裂縫難以計算。（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。（ 1）在荷載為 0.4KN 時，梁處于彈性階段，在此階段混凝土的受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線和受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線都近似直線，因此基本上可看成混凝土在彈性范圍內(nèi)工作，而鋼筋此時也工作在彈性范圍內(nèi)，所以整根鋼筋混凝土梁可近似看成一根勻質(zhì)彈性梁。在加載過程中梁的剛度不變，表現(xiàn)在這一階段梁的撓

22、度荷載曲線基本為直線。在受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變增大過程中，受拉鋼筋拉應(yīng)力呈直線增加，受壓區(qū)合壓力和受拉區(qū)合拉力也基本呈直線增加，由平截面假定可知，此時的受壓區(qū)高度應(yīng)似保持不變。（ 2）在荷載為 7.8KN 時，此階段荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應(yīng)變超過極限抗拉應(yīng)變，部分薄弱地方的混凝土開始出現(xiàn)裂縫。在開裂截面，內(nèi)力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，使鋼筋應(yīng)力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度。此時受壓區(qū)混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑形，應(yīng)力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線。（ 3）又因為配筋率少于最少配筋率，故一旦原來由混凝土承擔的拉力由鋼筋承擔后，鋼筋迅速達到屈服。受

23、壓區(qū)高度會迅速降低，以增大內(nèi)力臂來提高抗彎能力。在受壓區(qū)高度降低的同時，荷載.資料 .也會降低，直到由受壓區(qū)高度降低所提高的抗彎能力等于降低后的荷載所引起的彎矩時，受壓區(qū)高度才穩(wěn)定下來。在撓度荷載曲線上就表現(xiàn)為荷載有一個突然的下降。然后受壓區(qū)高度進一步下降。鋼筋歷盡屈服臺階達到硬化階段，荷載又有一定上升。此時受壓區(qū)混凝土仍未被壓碎，即梁尚未喪失承載能力。但這時裂縫開展很大，梁嚴重下垂，也被視為已達破壞（ 5）簡述配筋率對受彎構(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， 但配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。4實驗結(jié)果討論與實驗小結(jié)，即實驗報告的最后部分，同學們綜合所學知識及實驗所得結(jié)論認真回答思考題并提出自己的見解、討論存在的問題。在這一次的鋼筋混凝土受彎構(gòu)