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文檔簡介
學海無
涯1.正截面受彎構(gòu)件——適筋梁的受彎破壞試驗設計。1.試驗目的:通過實踐掌握試件的設計、實驗結(jié)果整理的方法。加深對混凝土基本構(gòu)建受力性能的理解。更直觀的了解適筋梁受彎破壞形態(tài)及裂縫發(fā)展情況。驗證適筋梁破壞過程中的平截面假定。對比實驗值與計算理論值,從而更好地掌握設計的原理。2.試件設計:(1)試件設計的依據(jù)根據(jù)梁正截面受壓區(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
b
時,為適筋梁;當
b
時,為超筋梁。界限受壓區(qū)相對高度b
可按下式計算:by0.8f0.0033Es
1
在設計時,如果考慮配筋率,則需要確保
1
cb by
ff其中在進行受彎試件梁設計時,
fy
、
Es
分別取《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定的鋼筋受拉強度標準值和彈性模量;進行受彎試件梁加載設計時,
fy
、
Es
分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模量。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:minyf
0.45
ft學海無
涯(2)試件的主要參數(shù)①試件尺寸(矩形截面):b×h×l=180×250×2200mm;②混凝土強度等級:C35;③縱向受拉鋼筋的種類:HRB400;④箍筋的種類:HPB300(純彎段無箍筋);⑤縱向鋼筋混凝土保護層厚度:25mm;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試件編號試件特征配筋情況預估荷載
P
(kN)①②③PcrPyPuMLA適筋梁4
162
10
8@50(2)32.729147.266163.629說明:預估荷載按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》給定的材料強度標準值計算,未計試件梁和分配梁的自重。學海無
涯3.試驗裝置: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L
2200mm
,
a
100mm
,b
700mm
,
c
600mm
。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 梁受彎試驗裝置圖學海無
涯(a)加載簡圖(
kN,
mm
)(b)彎矩圖(
kN
mm
)(c)剪力圖(
kN
mm
)圖
2梁受彎試驗加載和內(nèi)力簡圖4.加載方式:(1)單調(diào)分級加載機制: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,需要預加載,預加載所用的荷載是分級荷載的前兩級。具體加載過程為:①
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
20②
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;③
當試件開裂后,每級荷載值取
10的承載力試驗荷載計算值的級距;④
當加載達到縱向受拉鋼筋屈服后,按跨中位移控制加載,加載的學海無
涯級距為鋼筋屈服工況對應的跨中位移;⑤
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:用放大倍率不低于四倍的放大鏡觀察裂縫的出現(xiàn);當加載過程中第一次出現(xiàn)裂縫時,應取前一級荷載作為開裂荷載實測值;當在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內(nèi)第一次出現(xiàn)裂縫時,應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)下列標記即可認為該結(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:①
受拉主鋼筋拉斷;②
受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到
1.5mm;③
撓度達到跨度的
1/30;④
受壓區(qū)混凝土壓壞。5.試驗測量內(nèi)容、方法和測點儀表布置:(1)
混凝土平均應變在梁跨中一側(cè)面布置
5
個位移計,位移計間距
50mm,標距為
150mm,以量測梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均應變分布規(guī)律,測點布置見圖
4。學海無
涯圖
4
梁受彎試驗混凝土平均應變測點布置(2)縱向鋼筋應變在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應變片,以量測加載過程中鋼筋的應力變化,測點布置見圖
5。圖
5
縱筋應變片布置(3)撓度對受彎構(gòu)件的撓度測點應布置在構(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。學海無
涯圖
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,并繪制
50mm×50mm
的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立即對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進行詳細觀測,用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載(0.4Pu~0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長度及裂縫間距,并采用數(shù)碼相機拍攝后手工繪制裂縫展開圖,裂縫寬度的測量位置為構(gòu)件的側(cè)面相應于受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應在使用狀態(tài)短期試驗荷載值持續(xù)
15min
結(jié)束時進行量測。6.理論極限荷載計算書(1)配筋計算:由所選材料性能可知:學海無
涯fyk
400N/
mm2fy
360N/mm2f
yv
270N
/
mm2fck
23.4N/
mm2fc
16.7N/mm2ftk
2.20N/mm2ft
1.57N/
mm2miny
0.45
ft
0.45
1.57
1.96
103f 360by0.8f0.0033Es
1
=0.523360116.7
0.523
0.0241
cb by
ff02h
h
c
d
250
25
8
217mm所以,當所配縱筋為
3214
時,鋼筋面積As=804mm
;
As
0.021bh0此時min
b所以該梁為適筋梁試件加載估算開裂彎矩估算5
s
Ec
6.540
E 2.06
10E 3.15
104學海無
涯A
2E
As
2
6.54
804
0.234bh 180
250Mcr
0.292(1
2.5
A
)
ftk
bh2
0.292
1
2.5
0.234
2.20
180
2502
11.455kN
m屈服彎矩估算作為估算,可以假定鋼筋屈服時,壓區(qū)混凝土的應力為線性分布,因此有:My
fyAs(h0
xn/3)
0.9Mu極限彎矩估算fyk
As1fck
bh0400
804
0.3501
23.4
180
2182u 1k
ck
0M
f
bh
(1
0.5
)
1
23.4
180
2172
0.350
1
0.5
0.350
57.270kN
m0.35 0.35cr
P
Mcr
11.455
kN=32.729kNu0.35
0.35P
Mu
57.270kN
163.629kNh0 217Py
0.9Pu
147.266kN4.
抗剪驗算8@502梁中箍筋采用上述配置,及 ,此時梁的抗剪能力如下:
a
700
3.2
>3
=34svA
282
mm2
100.53mm2學海無
涯min100.530 yvf
=Asv
2.57103
0.24ft
1.43103bh 180
217Vu,max
0.25c
fcbh0
0.251.0
16.7
180
217N
163.075kNut 0 yv
0V
1.75fbh
f Asvh
144.6kN
1
sVu.max
VuuV
144.6kN此時 Pcu
2Vu
289.2kN因為 Pcu
Pu,所以該梁出現(xiàn)正截面破壞,符合要求。2.
斜截面受剪構(gòu)件——無腹筋梁斜拉受剪破壞試驗設計。大量試驗結(jié)果表明:無腹筋梁斜截面受剪破壞的形態(tài)取決于剪跨比λ的大小,大致有斜拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞三種主要破壞形態(tài)。圖
1
畫出了兩個對稱荷載作用下,λ=2、1、870360150
3601
2
3
415
30
152130
30
時的主拉應力跡線(虛線)和主壓應力跡線(實線)。由圖可見,當λ= 時,在集中位移計荷載與支座反力間形成比較陡的主壓應力跡線,又由于這時主壓應力值比較大,所以破壞主要是由于主壓應力產(chǎn)生,稱為斜壓破壞。當λ=1~2時,主壓應力跡線與梁縱軸線的交角接近或小于
45°,并且主壓應力值與主拉應力值兩者相差不很大,因此,破壞形態(tài)也就不同。試驗研究表明,無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:當剪跨比λ>3
時,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處,使梁沿斜向拉裂成兩部分而突然破壞,破壞面整齊、無壓碎痕跡,破壞荷載等于或略高于出現(xiàn)斜裂縫時的荷載。斜拉破壞時由于拉應變達到混凝土極限拉應變而產(chǎn)生的,破壞很突然,屬于脆性破壞類型。2、剪壓破壞:當剪跨比
1≤λ≤3
時,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。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力、水平壓應力以及集中荷載作用點處豎向局部壓應力的共同作用而產(chǎn)生,雖然破壞時沒有像斜拉破壞時那樣突然,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:當剪跨比λ很小(一般λ≤1)時,發(fā)生斜壓破壞,其破壞特征是:在荷載作用點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)件破壞試驗設計。學海無
涯200120
8013550
13550500870200200
2
2
4
6@100150200501206φ124φ123
8@504φ12120120
1-12-23
8@501
試件設計構(gòu)件設計試件設計的依據(jù)為減少“二階效應”的影響,將試件設計為短柱,即控制
l0/h≤5。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)為小偏心受壓破壞。試件的主要參數(shù)①試件尺寸(矩形截面):b×h×l
=124×120×899mm②混凝土強度等級:C20③縱向鋼筋:對稱配筋
4
12④箍筋:Φ6@100(2)⑤縱向鋼筋混凝土保護層厚度:15mm⑥試件的配筋情況(如下頁圖所示)
4雙向鋼絲網(wǎng)2片尺寸170x903
8@50 3
8@50
1
1
4雙向鋼絲網(wǎng)2片尺寸170x90
8@50
8@50
6@100圖
1.3
大偏心受壓柱配筋圖⑦取偏心距
e0:100mme0學海無
涯2、加載裝置和量測內(nèi)容1
加載裝置柱偏心受壓試驗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,另一端為滾動鉸支座。鉸支座墊板應有足夠的剛度,避免墊板處混凝土局壓破壞。Pe0P圖
1.4.1
柱偏心受壓試驗加載裝置2
加載方式(1)單調(diào)分級加載機制實際的加載等級為
0-10kN-20kN-30kN-40kN-50kN-60kN-破壞3
量測內(nèi)容(1)混凝土平均應變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面和柱混凝土表面上的應變計測量,混凝土應變測點布置如下圖。36036015087015123
430位移計30
3015學海無
涯圖
1.4.3
大偏心受壓柱試驗混凝土應變測點布置(2)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下圖。385385100870
3應變片共計8片
3
1201203-3應變片共計8片5050385870200圖
1.4.3.1
大偏心受壓柱試驗縱向鋼筋應變測點布置(3)側(cè)向撓度柱長度范圍內(nèi)布置
5
個位移計以測量柱側(cè)向撓度,側(cè)向撓度測點布置如下圖。支桿位移計
5385位移計
6位移計7學海無
涯圖
1.4.3.2
大偏心受壓柱試驗側(cè)向撓度測點布置(4)裂縫試驗前將柱四面用石灰漿刷白,并繪制
50mm×50mm
的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡查找裂縫。4、實際實驗數(shù)據(jù)荷載縱向鋼筋應變2_134_134_234_334_434_534_634_734_80.661-12-5-13-4-14-509.992-50-11720116-100-1281268419.984-162-229226349-229-27435127230.224-280-348486634-363-44262351540.216-372-466721913-496-61590484250.043-478-6259621191-661-8321190112659.705-653-82512561521-871-11431522146769.862-810-100815111825-1056-14031832177379.854-1100-132919052346-1376-18662348220593.976-1485-174125864928-1819-24114074512893.232-1544-181127936257-1879-24945723602292.737-1560-181528437114-1883-25026547640292.076-1585-184128998132-1909-25258076691380.928-1699-1851292810437-2060-25610785675.643-1703-1811混2凝93土0應10變382-2086-側(cè)252向0撓0度7844學海無
涯規(guī)范》給述的
計的極
限
按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計定的材料強度標準值及上算公式,對于本次試驗試件承載力的預估值為
:Ncu
64kN。Sbh 4*120
*120A
'
1.6%
3%
S
2*π*122則Ncu
(Afc
fyA
)
274kN' '構(gòu)件正截面承載力分析l
870
7.25
8,
查《混凝土設計規(guī)范》
得:
1.0b0 120實測值為
94kN,比預估值大
46.9
,可能原因如下:①試驗時混凝土養(yǎng)護時間已經(jīng)超過要求的標準的
28d,強度有所提高;②計算時所采用的安全系數(shù)等等都為該構(gòu)件的承載力提供了一定的安全儲備,導致實際的抗壓強度高于計算的抗壓強
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