混凝土试验报告-适筋梁受弯

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1、混凝土构造基本原理实验课程作业混凝土构造基本原理实验报告实验名称适筋梁受弯实验实验课教师赵勇姓名王xx学号1xxxxxx手机号188xxxxxxxx任课教师李方元日期10月24日目录1. 实验目的22. 试件设计22.1 材料和试件尺寸22.2 试件设计22.3 试件的制作43. 材性实验43.1 混凝土材性实验43.2 钢筋材性实验54. 实验过程64.1 加载装置64.2 加载制度74.2.1单调分级加载机制74.2.2承载力极限状态拟定措施74,2.3具体加载方式84.3量测与观测内容84.3.1 荷载84.3.2 纵向钢筋应变84.3.3 混凝土平均应变84.3.4 挠度94.3.5

2、裂缝94.4 裂缝发展及破坏形态95. 实验数据解决与分析105.1 实验原始资料的整顿105.2 荷载-挠度关系曲线105.3 弯矩-曲率关系曲线135.5 正截面承载力分析155.6 斜截面承载力分析165.7 构件的承载力分析166 结论161. 实验目的（1）观测并掌握适筋梁受弯破坏的力学行为和破坏模式；（2）掌握构件加载过程中裂缝和其她现象的描述和记录措施；（3）掌握对实验数据的解决和分析措施；（4）学会运用数据分析实验过程中的现象，特别是与理论预期有较大偏差的现象；（5）通过撰写实验报告的过程，加深对混凝土构造适筋梁构件受弯性能的理解。2. 试件设计2.1 材料和试件尺寸（1）钢筋

3、：纵筋HPB335、箍筋HPB235（2）混凝土强度级别：C20 （3）试件尺寸（矩形截面）：bhl1202001800mm2.2 试件设计（1）试件设计的根据根据梁正截面受压区相对高度和界线受压区相对高度的比较可以判断出受弯构件的类型：当时，为适筋梁。界线受压区相对高度可按下式计算： （2-1）其中在进行受弯试件梁设计时，、分别取混凝土构造设计规范规定的钢筋受拉强度原则值和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时，、分别取钢筋试件实验得到钢筋受拉屈服强度原则值和弹性模量。同步控制配筋量不小于最小配筋率。最小配筋率公式： （2-2）为了保证构件在实际受荷状况下受弯段发生受弯破坏，需在受弯段外配备足够

4、的箍筋和架立筋以避免构件发生剪切破坏，同步支座处应做一定的解决以避免发生局部冲切破坏和纵筋锚固破坏。（2）试件的重要参数 试件尺寸（矩形截面）：bhl1202001800mm；混凝土强度级别：C20；纵向受拉钢筋的种类： HPB335；箍筋的种类：HPB235（纯弯段无箍筋）；纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm；试件的配筋状况见图2.1和表2.1； 图2.1 适筋梁受弯实验试件的配筋表2.1 适筋梁受弯实验试件的配筋配筋状况预估荷载P (kN)PcrPyPu214210850(2)10.844.449.3阐明：预估荷载按照混凝土构造设计规范给定的材料强度原则值计算，未计试件梁和分派梁的自重。（

5、3）试件加载估算开裂弯矩估算 (2-3)其中，。屈服弯矩估算 (2-4)极限弯矩估算对于适筋梁：界线受压区相对高度： （2-5） （2-6）作为计算，假定钢筋屈服时，压区混凝土的应力为线性分布，因此有： （2-7） （2-8）预估极限荷载为 （2-9）2.3 试件的制作（1）检查试模尺寸及角度，在试模内表面应涂一层矿物油或其她不与混凝土发生反映的脱模剂；（2） 取样拌制的混凝土，至少用铁锹来回拌和三次至均匀；（3）现场平板振动现浇混凝土，将拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。刮涂试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀抹平；（4）将试件小心平稳

6、移入温度200.5的房间进行原则养护；（5） 28天后，将试件小心脱模，待用，完毕试件制作。3. 材性实验3.1 混凝土材性实验试块留设时间：09月 25日实验时间： 10月 26日试块养护条件：室内与试件同条件养护混凝土强度实测成果见表3.1表3.1 混凝土强度实测成果试件尺寸150mm150mm150mm实测立方体抗压强度/MPa平均立方体抗压强度/MPa推定轴心抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定弹性模量/GPa23.422.517.11.8926.7522.022.2注：轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国标混凝土构造设计规范GB 50010-推定。3.2 钢筋材性实验钢

7、筋强度实测成果见表3.2表3.2 钢筋强度实测成果公称直径/mm屈服荷载/kN极限荷载/kN屈服强度平均值/MPa极限强度平均值/MPa试件平均试件平均4光圆4.114.155.155.173304114.185.244.165.136光圆11.611.316.015.740055611.215.611.215.68光圆19.018.523.222.936845618.422.418.023.210光圆282740373444762532284010带肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312带肋606271735486466374627

8、314带肋686991924485987494669018带肋15414516216457064515216412816522带肋1621602002004215261582001602004. 实验过程4.1 加载装置图4.1为适筋梁受弯性能实验采用的加载装置，图4.2为实物图。加载设备为千斤顶。采用两点集中力加载，在跨中形成纯弯段，由千斤顶及反力梁施加压力，分派梁分派荷载，压力传感器测定荷载值。梁受弯性能实验，取L=1800mm，a=100mm，b=600mm，c=400 mm。试件的加载简图和相应的弯矩、剪力图见图4.3所示。1实验梁；2滚动铰支座；3固定铰支座；4支墩；5分派梁滚动铰支

9、座；6分派梁滚动铰支座；7集中力下的垫板；8分派梁；9反力梁及龙门架；10千斤顶；图4.1 适筋梁梁受弯实验装置图图4.2 适筋梁受弯实验装置实物图（a）加载简图（kN，mm）（b）弯矩图（kNm）（c）剪力图（kN）图4.3 梁受弯实验加载和内力简图4.2 加载制度4.2.1单调分级加载机制试件的加载简图和相应的弯矩、剪力图见图4.2和4.3所示。梁受弯实验采用单调分级加载，每次加载时间间隔为15分钟。在正式加载前，为检查仪器仪表读数与否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前2级。对于适筋梁：（1）在加载到开裂实验荷载计算值的90此前，每级荷载不适宜不小于开裂荷载计算值的20；（2

10、）达到开裂实验荷载计算值的90后来，每级荷载值不适宜不小于其荷载值的5；（3）当试件开裂后，每级荷载值取10的承载力实验荷载计算值（Pu）的级距；（4）当加载达到纵向受拉钢筋屈服后，按跨中位移控制加载，加载的级距为钢筋屈服工况相应的跨中位移；（5）加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。4.2.2承载力极限状态拟定措施对梁试件进行受弯承载力实验时，在加载或持载过程中浮现下列标记即可觉得该构造构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载：对有明显物理流限的热轧钢筋，其受拉主筋的受拉应变达到0.01；受拉主钢筋拉断； 受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm；挠度达到跨度的1/30；受

11、压区混凝土压坏。4,2.3具体加载方式具体分级加载/kN：05101520153035404550破坏（开裂：10kN；最大：103kN）4.3量测与观测内容本次实验进行了大量的数据测量和实验现象的观测，内容涉及混凝土平均应变、纵向钢筋应变、挠度以及裂缝，下面分别论述。测点编号与相应应变片编号如下表4.1表4.1 测点编号与有关测量量的相应关系千斤顶钢筋应变位移123456123456737-143-143-243-343-443-543-646-146-246-346-446-746-6 46-84.3.1 荷载通过千斤顶施加到梁上的荷载，可以通过设立在加荷装置上的力传感器37-1测得。4.

12、3.2 纵向钢筋应变在试件纵向受拉钢筋中部粘贴电阻应变片，以量测加载过程中钢筋的应力变化，测点布置见图4.4。图4.4 纵筋应变片布置4.3.3 混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置4个位移计，从上至下间距分别为55,60,55mm。位移计标距为150mm，以量测梁侧表面混凝土沿截面高度的平均应变分布规律，测点布置见图4.5。图4.5 梁受弯实验混凝土平均应变测点布置4.3.4 挠度对受弯构件的挠度测点应布置在构件跨中或挠度最大的部位截面的中轴线上，如图4.6所示。在实验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。实验时在每级荷载下，应在规定的荷载持续试件结束时量测构件的变形。构造构件各部位

13、测点的测度程序在整个实验过程中宜保持一致，各测点间读数时间间隔不适宜过长。图4.6 梁受弯实验挠度测点布置4.3.5 裂缝实验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm50mm的网格。实验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。构件开裂后立即对裂缝的发生发展状况进行具体观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍摄后手工绘制裂缝展开图，裂缝宽度的测量位置为构件的侧面相应于受拉主筋高度处。最大裂缝宽度应在使用状态短期实验荷载值持续15min结束时进行量测。4.4 裂缝发展及破坏形态实验前，试件尺寸bhl1202001800mm，跨度16

14、00mm，无肉眼可见的裂缝和损伤。荷载较小时，也无明显裂缝发展。荷载加到15kN时，集中荷载作用截面下缘已经产生裂缝，如图。后来裂缝逐渐扩大，裂缝截面混凝土承受的拉力所有传给钢筋，钢筋拉应力激增，直到发生屈服。加载到接近100kN时，裂缝发展至梁顶，顶部混凝土达到抗压极限导致最后破坏。破坏形态如图4.7，裂缝图见附录。图4.7 破坏形态5. 实验数据解决与分析5.1 实验原始资料的整顿通过实验，我们得到构件在加载至破坏所测量内容在不同步刻的数据，为分析该构件的受力性能，需要对数据进行筛选和解决，对实际的成果结合所学理论知识定性分析，然后与理论预估值进行比较，分析两者之间异同的因素。需要注意的是

15、，在实验过程中产生的异常状况，在解决分析数据时要排除异常状况对成果的干扰，如实验数据中存在误差较大的点，应予以排除。5.2 荷载-挠度关系曲线拟定简支梁构件在各级荷载作用下的短期挠度实测值，考虑支座沉降、自重、加载设备自重及加载方式的影响，可按下式计算： (5-1) (5-2) (5-3)式中经修正后的第i级实验荷载作用下的构件跨中短期挠度实测值（mm）；消除支座沉降后的第i级实验荷载作用下的构件跨中短期挠度实测值（mm）；梁构件自重和加载设备重力产生的跨中挠度值（mm）；第i级外加实验荷载作用下构件跨中位移实测值（涉及支座沉降）（mm）；、第i级外加实验荷载作用下构件左、右端支座沉降位移实测

16、值（mm）；构件自重和加载设备重力产生的跨中弯矩值（）；从外加实验荷载开始至构件浮现裂缝的前一级荷载为止的加载值产生的跨中弯矩值（）；从外加实验荷载开始至构件浮现裂缝的前一级荷载为止的加载值产生的跨中挠度实测值（mm）。本实验实测分派梁自重16.6kg。相应地，当荷载P1=5kN，而实际荷载除第一级荷载外均不小于5kN，因此梁构件自重导致的挠度可忽视，下面的挠度值直接按照（5-2）计算。 表5.1 荷载-挠度关系筛选出的数据荷载值/kN跨中位移/mm左支座位移/mm右支座位移/mm跨中挠度（绝对值）/mm0-0.010-0.0530.026-0.0040.532-0.047-0.0610.03

17、00.0325.9-0.211-0.078-0.0650.1409.863-0.420-0.124-0.1520.28215.065-0.743-0.157-0.2140.55819.772-1.087-0.174-0.2470.87729.763-1.766-0.199-0.3181.50834.718-2.134-0.241-0.3391.84439.59-2.487-0.261-0.3882.16344.957-2.855-0.282-0.4302.49948.92-3.287-0.320-0.4592.89857.178-3.731-0.345-0.4633.32760.315-3.9

18、79-0.370-0.4673.56165.6-4.360-0.370-0.4633.94470.555-4.767-0.387-0.4804.33475.674-5.270-0.395-0.4754.83580.133-5.492-0.408-0.4755.05185.666-6.095-0.441-0.4925.62990.785-6.607-0.445-0.4846.14395.079-7.239-0.474-0.5096.748100.941-8.015-0.516-0.5387.48898.877-8.275-0.508-0.5427.75094.914-8.333-0.516-0.

19、5387.80699.786-8.698-0.508-0.5338.17896.978-9.322-0.508-0.5388.79997.061-10.035-0.520-0.5429.50494.831-10.588-0.52-0.52910.06391.115 -11.569-0.541-0.54211.02888.391-12.935-0.566-0.54612.37983.932-13.728-0.566-0.54613.17281.867-14.658-0.566-0.54214.10478.812-16.347-0.566-0.55015.78976.91317.236-0.566

20、-0.54216.682图5.1 荷载-挠度关系曲线图5.1 可以看出，跨中挠度随着荷载的增大大体分为两个阶段， 第一阶段是直线阶段（弹性阶段），荷载和挠度成正比，这一阶段中混凝土没有开裂现象。当达到开裂弯矩时，曲线的斜率开始减少。第二阶段是斜率不断减小的曲线（带裂缝工作），裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力激增，裂缝不断发展，构件的刚度减小，即荷载挠度曲线的斜率不断减小。第三阶段是斜向下的曲线（破坏阶段），挠度超过7.5mm后，随着继续增大千斤顶的压力挠度继续迅速增长，和在不在增长，试件完全破坏。5.3 弯矩-曲率关系曲线根据简支梁受两个竖向荷载的力学分析，设千斤顶产生的荷载为P，则每个竖向集中

21、荷载大小为0.5P，则梁中点处的弯矩为梁自重在中点处产生的弯矩为分析可知当千斤顶施加的荷载不小于1kN时，梁自重在中点产生的弯矩可以忽视不计，因此直接忽视梁自重产生的弯矩值。即其中M、P的单位分别为kNm、kN。根据实测混凝土应变，跨中截面平均曲率可按下式计算： (5-4)式中，若定义挠度以向下为正，则、分别为截面侧面上、下两点的实测混凝土平均应变（以拉应变为正），为该两点沿梁截面高度方向的实测距离。混凝土平均应变的测点布置，见图4.5。由于位移计4的读数受裂缝影响较大，因此在计算曲率的时候，用2、3两组位移计的读数来计算。在本次实验数据解决时，当千斤顶施加荷载不小于50kN时，贴在混凝土侧表

22、面的应变片应变均突变为很大的值（从0.4左右突变为18左右），疑似应变片损坏失效，因此千斤顶荷载不小于50kN的数据所有不予使用。表5.2 弯矩-曲率关系筛选出的数据千斤顶压力P（kN）位移计2位移（mm）位移计3位移（mm）曲率（10-6mm-1）弯矩M（kNm）00.0340.1121.3000.3670.0380.121.370.11010.6150.0490.1241.250.18450.6980.0610.1160.920.20940.780.0530.1241.180.2345.8170.0650.1912.101.74516.230.0570.1952.301.8699.7810

23、.0570.1591.702.934310.2760.0530.1671.903.082820.102-0.0220.2224.076.030625.057-0.0380.3246.037.517130.094-0.0420.2935.589.028240.085-0.0450.3877.2012.025545.039-0.0220.4547.9313.511749.664-0.0340.4468.0014.8992图5.2 跨中弯矩-曲率关系曲线由于2、3两片位移计距中性轴较近，位移值较小，且接近于位移计最小精度值0.004mm，因此得到的测量成果精确性较低。但是从整顿后的数据形成的图5.2

24、中仍可以看出，适筋梁在裂缝浮现之前，弯矩和曲率基本成线性关系，荷载加到50kN后，由于应变片已拆除，具体数据无从得知。采用混凝土构造基本原理（第二版）（顾祥林主编）第五章第五节中的措施计算，不同配筋率的梁的弯矩曲率关系应如图5.3。本实验为适筋梁破坏实验，曲线在I和II过程与理论分析基本相符。图5.3 不同钢筋混凝土梁正截面的的弯矩曲率关系曲线5.5 正截面承载力分析界线受压区相对高度： = （5-5）对于适筋梁，规定= (对于C20混凝土，) （5-6） （5-7） （5-8）由（5-7）、（5-8）解得 （5-9）现取， ，符合条件。则实际 （5-10）作为计算，假定钢筋屈服时，压区混凝土

25、的应力为线性分布，因此有： (5-11) (5-12)把 代入（5-11)、(5-12)得极限抗弯承载力为 （5-13）预估极限荷载为 （5-14）5.6 斜截面承载力分析 （5-15） （5-16） （5-17） （5-18） （5-19） （5-20）阐明试件设计符合受弯破坏控制规定。5.7 构件的承载力分析理论计算正截面对受弯破坏起到控制作用。实际构件极限荷载为103.5kN，发生正截面受弯破坏，与理论一致。6 结论通过本次实验，我们充足理解了适筋梁受弯过程，用手电筒及放大镜仔细观测了加载过程中混凝土裂缝的发展过程，结合理论知识学习，对混凝土梁受弯破坏有了更加进一步的理解。并且我们深刻体会到了多种工程材料在设计和使用阶段强度值的使用差别，以及在控制某些变量方面的使用措施。 在实验成果方面，本次实验的适筋梁极限承载力均明显不小于理论值，实际极限荷载约为理论值的1.5倍，并不完全符合。一方面正截面承载力的简化计算措施自身带来一定误差，并且这种计算措施自身偏保守，使计算值相对偏小；另一方面钢筋和混凝土强度测试实验也存在一定误差，混凝土的强度同步受温度、湿度、孔隙、杂质等影响，使试件上混凝土的强度也许不小于材料强度实验中的测量值。