超筋梁受彎試驗報告

-.z."混凝土構造根本原理"試驗課程作業(yè)混凝土構件試驗報告試驗名稱超筋梁受彎試驗試驗日期2016-12-04試件編號NB1**手機號試驗課教師黃慶華根本原理課教師顧祥林-.z.1.試驗目的本試驗目的是使同學們通過試驗研究認識混凝土構造構件的破壞全過程，掌握測試混凝土受彎根本性能的試驗方法。其中具體包括：檢驗試驗試件的破壞形態(tài)、破壞機理是否與理論課一致。檢驗通過設計理論設計的試驗試件的實際性能。了解和初步掌握混凝土根本構件試驗及分析方法。2.試件設計2.1材料和試件尺寸試件尺寸〔矩形截面〕：;混凝土強度等級：C20;縱向受拉鋼筋的種類：HRB335；箍筋的種類：HPB300；縱向鋼筋混凝土保護層厚度：15mm；2.2試件設計〔1〕設計和計算過程；根據(jù)"混凝土構造設計規(guī)"〔GB50010-2010〕，HRB335鋼筋受拉強度標準值，彈性模量。查表可得，C20混凝土的受壓強度標準值所以計算可得界限受壓區(qū)相對高度：計算最大配筋率：所以得最大縱筋面積：取〔〕，為使得試驗效果更明顯，所以最終取〔〕。計算得此時受彎梁得極限承載力。則計算極限荷載：計算截面剪跨比：由，計算可得。考慮到不能讓受剪段先于受彎段破壞，所以取，肢數(shù)為2。〔2〕設計結果〔模板圖、配筋圖、必要的詳圖等〕；試件的配筋情況見圖1和表1。表1梁受彎試件的配筋試件編號試件特征配筋情況①②③MLB超筋梁圖1梁受彎試驗試件配筋2.3試件的制作和試驗前預處理〔1〕根據(jù)試件設計尺寸制作模具，并布置好鋼筋以及應變片。配置好混凝土，在混凝土澆筑入模時取樣?！?〕將混凝土注入邊長為150mm×150mm×300mm的棱柱體得模具中，作為軸心抗壓強度和靜力受壓彈性模量試驗的標準試件，并將其在室與試件同條件養(yǎng)護。保存足夠數(shù)量同批次的鋼筋?！?〕到達28d后拆掉模具，將混凝土試件進展外表刷白處理，以每兩根線間隔為5cm在時間上進展坐標網(wǎng)格的劃分?！?〕在進展試驗前，測量混凝土試件的尺寸。試件實際尺寸為：高寬長3.材性試驗在混凝土試件破壞后，馬上進展材料性能試驗。3.1混凝土材性試驗國家標準"混凝土構造設計規(guī)"〔GB50010-2002〕規(guī)定：混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準確定；立方體抗壓強度標準值系指標準方法制作養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度。因此立方體抗壓強度標準值是"混凝土構造設計規(guī)"[1]中混凝土各種力學指標的根本代表值，根據(jù)混凝土強度等級，可以查閱"混凝土構造設計規(guī)"[1]的有關表格，以確定混凝土的軸心抗壓、軸心抗拉強度標準值和設計值以及混凝土的彈性模量等。國家標準"普通混凝土力學性能試驗方法"〔GB/T50081-2002〕規(guī)定：以邊長為150mm的立方體為標準試件，將標準立方體試件在℃的溫度和相對濕度90％以上的潮濕空氣中養(yǎng)護28d，按照標準試驗方法測得的抗壓強度作為混凝土的立方體抗壓強度，單位為〔MPa〕?；炷亮⒎襟w抗壓強度試驗步驟應按以下方法進展：〔1〕試件從養(yǎng)護地點取出后應及時進展試驗，將試件外表與上下承壓板面擦干凈；〔2〕將試件安放在試驗機的下壓板或墊板上，試件的承壓面應與成型時的頂面垂直。試件的中心應與試驗機下壓板中心對準，開動試驗機，當上壓板與試件接近時，調整球座，使接觸均衡；〔3〕在試驗過程中應連續(xù)均勻地加荷，混凝土強度等級<C30時，加荷速度取每秒0.3～0.5MPa；混凝土強度等級C30且<C60時，取每秒0.5～0.8MPa；混凝土強度等級C60時，取每秒0.8～1.0MPa；〔4〕當試件接近破壞開場急劇變形時，應停頓調整試驗機油門，直至破壞。然后記錄破壞荷載?；炷亮⒎襟w抗壓強度試驗結果計算及確定按以下方法進展：混凝土立方體抗壓強度應按下式計算：式中，為混凝土立方體試件抗壓強度〔MPa〕；F為試件破壞荷載〔N〕；A為試件承壓面積〔〕?！?〕強度值確實定應符合以下規(guī)定：①以三個試件為一組，每組試件所用的拌合物應從同一盤混凝土或同一車混凝土中取樣；②三個試件測值的算術平均值作為該組試件的強度值〔計算應準確至0.1MPa〕；③三個測值中的最大值或最小值中如有一個與中間值的差值超過中間值的15％時，則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強度值；④如最大值或最小值與中間值的差值均超過中間值的15％，則該組試件的試驗結果無效。⑤混凝土強度等級<C60時，用非標準試件測得的強度值均應乘以尺寸換算系數(shù)，其值為對200mm×200mm×200mm試件為1.05；對100mm×100mm×100mm試件為0.95。當混凝土強度等級C60，宜采用標準試件。2混凝土軸心抗壓強度試驗國家標準"混凝土構造設計規(guī)"〔GB50010-2002〕規(guī)定：邊長為150mm×150mm×300mm的棱柱體試件是軸心抗壓強度和靜力受壓彈性模量試驗的標準試件。軸心抗壓強度和抗壓強度的試驗方法一樣。而對于非標準試件的數(shù)據(jù)處理有如下規(guī)定：混凝土強度等級<C60時，用非標準試件測得的強度值均應乘以尺寸換算系數(shù)，其值為對200mm×200mm×400mm試件為1.05；對100mm×100mm×300mm試件為0.95。當混凝土強度等級C60，宜采用標準試件。3混凝土強度實測結果本次試驗混凝土強度實測結果如表2所示。表2混凝土強度實測結果表試件尺寸100mm×100mm×300mm試件軸心抗壓強度/MPa平均軸心抗壓強度/MPa評定軸心抗壓強度/MPa推定彈性模量/GPa16.7414.4313.7125.6913.9712.58測試時間為2016年11月24日3.2鋼筋材性試驗〔1〕試件尺寸鋼筋試樣采用不經切削加工原截面鋼筋。根據(jù)各類鋼筋標準所規(guī)定的伸長率標準和試驗機上、下夾頭的最小距離，夾頭高度等因素決定其試件長度，根本長度，其中為〔為鋼筋直徑〕；為夾頭長度，通常取100mm左右。對于圓形截面鋼筋的直徑應在標距的兩端和中間測量，應在每處的兩個相互垂直的方向上各測一次，取其算術平均值，選用三處中的最小直徑計算橫截面面積。對于熱軋帶肋鋼筋，按其公稱直徑計算橫截面面積?！?〕試驗條件鋼筋試樣在彈性圍，試驗機的加載速率應在3～30MPa/s圍，并保持試驗機控制器固定于這一速率位置上，直至獲得屈服點和上屈服點；測定下屈服點時，應變速率在0.00025~0.0025/s圍，并保持恒定。屈服段過后，試驗機兩夾頭在力作用下的別離速率不超過0.5〔為兩夾頭的鋼筋試樣凈長〕。4.試驗過程4.1加載裝置和試件安裝就位介紹試驗裝置，實測與加載裝置有關的相關參數(shù)，如受彎梁跨度、受彎梁集中力實際加載位置、偏壓柱的偏心距、受扭梁扭力的力臂長等。圖2為本試驗進展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，在跨中形成純彎段，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。對于梁受彎性能試驗，取L=1800mm，a=150mm，b=500mm，c=500mm。圖2梁受彎試驗裝置圖4.2加載制度本次梁受彎試驗采用單調分級加載機制，試件加載控制方式為力控制，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2級。對于超筋梁，①在加載到開裂試驗荷載計算值的90％以前，每級荷載不宜大于開裂荷載計算值的20％；②到達開裂試驗荷載計算值的90％以后，每級荷載值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在加載到達承載力試驗荷載計算值的90％以后，每級荷載值不宜大于開裂試驗荷載值的5％；⑤加載到臨近破壞前，撤除所有儀表，然后加載至破壞。根據(jù)本試件的極限荷載，在實際試驗時，采用的試件加載制度為：0→9kN→18kN→27kN→30kN→33kN→73kN→113kN→破壞4.3量測與觀測容4.3.1混凝土平均應變在梁跨中一側面布置4個位移計，位移計間距如圖3所示，標距為150mm，以量測梁側外表混凝土沿截面高度的平均應變分布規(guī)律，測點布置見圖3。圖3梁受彎試驗混凝土平均應變測點布置其中，四個位移計均以壓為正。4.3.2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4。圖4縱筋應變片布置在所有鋼筋應變片中，6-3出現(xiàn)故障無常工作。在其他所有應變片中均以受拉為正。4.3.3撓度對受彎構件的撓度測點應布置在構件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，如圖5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)試件完畢時量測構件的變形。構造構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5梁受彎試驗撓度測點布置其中，位移計6與位移計7以向下為負，位移計5以向下為正。4.3.4裂縫試驗前將梁兩側面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構件開裂后立即對裂縫的發(fā)生開展情況進展詳細觀測，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載(0.4~0.7)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件的側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完畢時進展量測。4.4裂縫開展及破壞形態(tài)在試驗前首先對試件進展觀察，主要查看是否有初始裂縫。在本次實驗中，通過數(shù)位同學的仔細觀察，并沒有發(fā)現(xiàn)初始裂縫。開場加載，第一級第二級均未出現(xiàn)裂縫。因為當?shù)诙墪r，，。隨著壓力不斷增加，純彎段開場出現(xiàn)裂縫，并且隨著荷載的增加，裂縫不斷增多，逐漸變密?？斓竭_破壞時，可以發(fā)現(xiàn)試件上的裂縫已經非常多了。最后受壓區(qū)混凝土被壓碎，梁破壞，最終破壞如圖6。圖6受彎梁最終破壞形態(tài)圖5.試驗數(shù)據(jù)處理與分析對試驗數(shù)據(jù)進展整理，作出以下關系曲線或分布規(guī)律圖，并對所得的曲線或規(guī)律圖進展分析評述。荷載―撓度關系曲線：關系曲線如圖7所示。在荷載較小時，梁處于線彈性階段，荷載與撓度成正比。荷載大概在40kN〔跨中彎矩〕時斜率開場減小，說明梁逐漸開場出現(xiàn)裂縫。在90kN〔跨中彎矩〕時，混凝土根本退出工作。圖7荷載-撓度曲線圖構件沿截面高度混凝土平均應變分布：分析不同荷載水平下〔如彈性、開裂、彈塑性變形、極限荷載、下降段初期、下降段后期等階段〕構件沿截面高度混凝土平均應變分布圖是否滿足平截面假定。由于荷載還在較小時，位移計2〔2-5〕就發(fā)生很大的位移，故認為位移計2發(fā)生損壞所以不予考慮。在彈性階段，其他三個位移計都說明了，混凝土的應變是和荷載成正比的。且在*個荷載水平下，不同截面高度的混凝土平均應變和截面高度成正比，即符合平截面假定。從位移計1可以看出，荷載下降時，平均應變根本按原比例減小。而從位移計3和位移計4可以看出和在逐漸減小平均應變繼續(xù)增大?！瞐〕所有位移計平均應變分布圖〔b〕去除異常讀數(shù)位移計平均應變分布圖圖8構件沿截面高度混凝土平均應變分布圖彎矩―曲率關系曲線易知梁的跨中彎矩。由曲率定義可知。由于從圖8中可以看出位移計2〔2-5〕在荷載還在30kN就出現(xiàn)很大的讀數(shù)誤差，所以取位移計3〔2-4〕與位移計4〔2-3〕進展計算。則。關系曲線如圖9所示。圖9彎矩―曲率關系曲線荷載―縱筋應變關系曲線不同應變與荷載的關系如10圖所示。在到達極限荷載之前，鋼筋應變和荷載成正比。在破壞后，應變片2和5的應力繼續(xù)增大，這有可能是因為跨中有裂縫直接穿過2、5應變片。圖10荷載―縱筋應變關系曲線通過理論計算，并與試驗結果進展比擬分析，容包括：〔1〕采用"混凝土構造根本原理〔第三版〕"〔顧祥林主編〕第五章第五節(jié)中的方法計算不同荷載作用下試驗梁正截面的彎矩－曲率〔M-〕關系〔請參見例題5-2〕，將計算和實測曲線畫于同一圖中，并進展比擬，分析兩者一致或差異產生的原因；計算當分別為0.0008、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0033時梁的跨中截面彎矩M和相應的。當時，通過，求出，再用式求出M。當時，通過，求出，再用式求出M。計算結果如附表1所示。計算結果和實測曲面見圖11。圖11彎矩―曲率關系曲線從圖11可以看出，在實際情況下當混凝土退出工作時，梁的曲率比理論值要低，反映了該梁的剛度偏大。同時也可看出，在混凝土退出工作時，跨中彎矩實際值比理論值高出一倍。這同時印證了梁的極限承載力實際值大概是理論值的兩倍多?！?〕采用"混凝土構造根本原理〔第三版〕"〔顧祥林主編〕第五章第六節(jié)中的簡化方法計算梁試件正截面的承載力，并和試驗結果進展比擬，分析兩者差異產生的原因；由解得，所以試件正截面承載力得：而試驗結果說明該試件的極限承載力，相差1.3倍。具體原因主要有：未考慮上部縱筋對試件的影響，也未考慮箍筋對裂縫的限制作用。試件測定強度后10d做試驗，故混凝土的抗壓強度比實測的大。鋼筋材料、混凝土材料的不確定性。理論公式總是偏于平安的。6結論通過本次超筋梁的受彎試驗，加深了我們對課堂對混凝土構造構件的認識。學