大偏压柱实验报告

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1、混凝土结构基本原理试验课程作业L ENGINEERING混凝土构件试验报告试验名称柱大偏压破坏试验试验日期2015-12-3试件编号ZB2王鸣宇学号1350740手 机 号试验课教师勇基本原理课教师强p辿J?处12Ar120SF 8：5C-彷丄刃向羽述网2匕, 尺寸170s90小石帝Aia由L隹汕3*6fS.5O3中 3 ： 50OSz：5 0406100,200-Z1-11. 试验目的通过试验和观察，认识混凝土结构构件偏心受力构件受力直至破坏的全过程，以便更好 地掌握混凝土偏心受力构件受力性能，进而更为深刻地理解研究混凝土偏心受力构件基本性 能的试验方法。通过参加并完成此次大偏心受压短柱试验

2、，理解和掌握钢筋混凝土构件的试验方法和试 验结果，通过实践掌握试件的设计、试验结果整理的方法。通过写出试验报告加深对混凝土结构基本构件受力性能的理解。2. 试件设计2.1 材料和试件尺寸试件斤寸応书载面）20x120x8 701泯蘆土强度竽舉C20纵向钢筋对称配筋）斗迪箍筋,6100(2：红向钢筋混凝土-吊护匡厚度15mm配筋團见團1偏心距LO&mm血4双向钢丝网2片, 尺寸170x90图1 材料和试件尺寸2.2 试件设计“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制l/hW5.通过调整轴向力的作用位 置，即偏心距e0使试件的破坏状态为大偏心或小偏心破坏。2.3 试件的制作和试验前预处理按照计算

3、的设计进行配筋，制作模板，绑扎钢筋，浇灌混凝土，在20 度左右的温度和相对 湿度90%以上的潮湿空气中养护28d。3.材性试验3.1混凝土材性试验混凝土抗压强度试验国家标准混凝土结构设计规(GB50010-2002)规定：混凝土强度等级应按立方体抗压强 度标准确定；立方体抗压强度标准值系指标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件， 在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。因此立方体抗压强度标准 值是混凝土结构设计规中混凝土各种力学指标的基本代表值,根据混凝土强度等级，可 以查阅混凝土结构设计规的有关表格，以确定混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度标准值 和设计值以及混凝土的

4、弹性模量等。国家标准普通混凝土力学性能试验方法(GB/T 50081-2002)规定：以边长为150mm的 立方体为标准试件，将标准立方体试件在203 C的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气 中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度,单位为N/mm2(MPa)。混凝土立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行：(1)试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净； (2) 将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心 应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均 衡；(3) 在试

5、验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级C30时，加荷速度取每秒0.3 0.5MPa；混凝土强度等级C30且C60时，取每秒0.50.8MPa；混凝土强度等级C60时， 取每秒0.81.0MPa；(4) 当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏 荷载。混凝土立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行：(1)混凝土立方体抗压强度应按下式计算：式中fcc为混凝土立方体试件抗压强度(MPa)； F为试件破坏荷载(N)； A为试件承压面积 (mm2)。(2)强度值的确定应符合下列规定：以三个试件为一组，每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取 样；三

6、个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值(计算应精确至0.1MPa)； 三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最 大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值； 如最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。混凝土强度等级C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其 值为对 200mmX200mmX200mm试件为 1.05；对100mmX100mmX100mm试件为 0.95。当混凝 土强度等级MC60,宜采用标准试件。混凝土轴心抗压强度试验国家标准混凝土结构设计规（GB50010-2002）规定：

7、边长为150mmX150mmX300mm的棱 柱体试件是轴心抗压强度和静力受压弹性模量试验的标准试件。轴心抗压强度和抗压强度的 试验方法相同。而对于非标准试件的数据处理有如下规定：混凝土强度等级C60时，用非 标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mmX200mmX400mm试件为1.05； 对100mmX100mmX300mm试件为0.95。当混凝土强度等级三C60,宜采用标准试件。3.2 钢筋材性试验 本次试验为钢筋单调加载拉伸试验。试件尺寸 钢筋试样采用不经切削加工原截面钢筋。根据各类钢筋标准所规定的伸长率标准和试验机 上、下夹头的最小距离，夹头髙度等因素决定其试件长度

8、，基本长度L=L0+2h,其中L0为5 d0（d0为钢筋直径）；h为夹头长度，通常取100mm左右。对于圆形截面钢筋的直径应在 标距 L0 的两端和中间测量，应在每处的两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值， 选用三处中的最小直径计算横截面面积。对于热轧带肋钢筋，按其公称直径计算横截面面 积。试验条件钢筋试样在弹性围，试验机的加载速率应在330MPa/s围，并保持试验机控制器固定于这 一速率位置上， 直至获得屈服点和上屈服点；测 定下 屈服点时， 应 变速率在 0.000250.0025/s 围，并保持恒定。屈服段过后，试验机两夹头在力作用下的分离速率不 超过 0.5Lc/min（Lc

9、为两夹头的钢筋试样净长）。试件尺寸150mmX 150mmX 300mm实测轴心抗压荷载/kN平均轴心抗压强度/MPa推定立方体 抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定弹性模量/GPa557.925.533.62.730.9552.3548.5583.5575.6584.4注：轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国家标准混凝土结构设计规GB 50010- 2010推定。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611.611.316.015.7400556光圆11.215.611.215.68光圆19.018.523.222

10、.936845618.422.418.023.210光圆282740373444762532284010带肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312带肋606271735486466374627314带肋686991924485987494669018带肋15414516216457064515216412816522带肋1621602002004215261582001602004. 试验过程4.1 加载装置和试件安装就位偏心受压试验的加载装置如图2 所示。采用千斤顶加载，支座一端为固定铰支座，另一端为滚动铰支座。铰支座垫板应有足够的刚

11、度，避免垫板处混凝土局压破坏。4.2 加载制度单调分级加载机制 在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载 的前1级。正式加载的分级情况为：在达到预计的受压破坏荷载的80%之前，根据预计 的受剪破坏荷载分级进行加载，每级荷载约为破坏荷载的20，每次加载时间间隔为15分 钟；当达到预计的受压破坏荷载的80%以后，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破 坏时的极限荷载。承载力极限状态确定方法 对柱试件进行偏压承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已 经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载： 受压区混凝土的压碎破坏； 对有明显物理流限的

12、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 。4.3 量测与观测容本次试验进行了大量的数据测量和试验现象的观测，容包括混凝土平均应变、纵向钢筋 应变、挠度以及裂缝，下面分别叙述。测点编号与对应应变片编号如下表测点编号与相关测量量的对应关系千 斤 顶钢筋应变位移12345612345679-12212222232242252269-39-49-59-79-89-991078227228纵筋应变由布置在柱部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置见图3。33120200应变片共计&片应变片 共计8片图3 钢筋应变测点布置混凝土平均应变由

13、布置在柱部纵筋表面和柱表面混凝土上的应变计量测，混凝土应变测点布置见图4。111 图 4 混凝土应变测点布置侧向挠度柱长度围布置5个位移计以测量柱侧向挠度，侧向挠度测点布置见图5。图5 侧向挠度测点布置裂缝试验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mmX50mm的网格。试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情况进行详细观测，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试验荷载值持续15min结束时

14、进行量测。4.4 裂缝发展及破坏形态试验前构件尺寸为bXhXl = 120X120X870mm，未有肉眼可见裂缝。试验前构件如图6所 示。当荷载较小时，构件处于弹性阶段，受压区及受拉区混凝土和钢筋的应力都较小，构件中部 的水平挠度随荷载线性增长。随着荷载的不断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退 出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多，并向压 区延伸，受压区高度逐渐减小，受压区混凝土应力增大。当远离轴向力一侧钢筋应变达到屈 服应变时，钢筋屈服，截面处形成一主裂缝。当受压一侧的混凝土压应变达到其极限抗压应 变时，受压区较薄弱处的某处出现纵向裂缝，混凝土被压碎

15、而使构件破坏。此时，靠近轴向 力一侧的钢筋也达到抗压屈服强度，混凝土压碎区大致层三角形。试验后的破坏形态如图7 所示。图 6 试验前构件图 7 试验后的破坏形态5. 试验数据处理与分析5.1 关系曲线绘制5.1.1 荷载侧向挠度关系曲线荷载-侧向挠度数据选择图表2 所示荷载柱顶位 移柱中位 移柱低位 移挠度00-0.060-0.06-5.11-1.4-0.040.060.63-9.62-1.540.550.11.27-14.81-1.630.670.131.42-19.47-1.730.150.510.76-29.61-1.551.021.091.25-39.68-1.052.262.31.6

16、35-44.87-1.152.58-3.795.05-49.83-1.052.98-3.625.315-59.75-3.483.67-3.227.02-64.04-3.144.01-2.927.04-68.56-13.194.43-3.5812.815-73.67-13.134.8-3.4213.075-75.52-11.585.1-3.312.54-79.81-11.575.53-3.1112.87-83.29-11.535.98-2.9213.205-86.77-11.676.5-2.6713.67-89.44-11.717.46-2.2214.425-91.58-11.618.39-1.

17、7315.06-78.92-11.4610.72-0.5716.735-78.48-11.3810.9-0.4916.835-73.07-11.1812.550.3217.98-63.52-10.8515.952.0720.34-58.78-10.7918.543.6222.125荷载较小时处于弹性变形阶段，挠度线性增长；随着荷载不断增大，受拉区混凝土先出现横裂纹退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；随着裂缝不断增多，向受 压区延伸，受压区高度减小，混凝土受力增大；当远离轴向力一侧钢筋屈服时，形成主裂缝； 随后混凝土压坏试件破坏。5.1.2沿构件截面髙度混凝土平均应变分布由以上公式

18、计算1、2、3、4 位移计的应变，选取数据：荷载1位移 计2位移 计3位移 计4位移 计-0.15000-0.02-0.070.05-0.2200-0.01-0.02-0.080.04-5.1100-0.01-0.02-0.530.07-9.85000-0.02-0.480.07-14.9600-0.01-0.02-0.560.09-19.6900-0.02-0.02-0.60.08-29.6900-0.04-0.01-0.570.25-39.7600-0.06-0.01-0.670.25-44.8700-0.080-0.930.25-49.7500-0.09-0.01-0.910.28-59

19、.5200-0.12-0.01-0.920.37-64.1900-0.140-0.860.51-63.1500-0.140-1.020.45-66.7100-0.37-0.14-0.560.24-70.0400-0.37-0.14-0.210.57-79.6600-0.36-0.14-0.210.59-82.2500-0.36-0.13-0.180.6-85.9600-0.37-0.14-0.180.6-89.5100-0.36-0.13-0.180.6-91.2100-0.37-0.14-0.160.6-88.1000-0.37-0.13-0.130.62-83.8100-0.37-0.14

20、-0.110.61-78.9200-0.37-0.13-0.080.62-74.3300-0.36-0.13-0.060.62-70.0400-0.37-0.14-0.050.61-69.0000-0.37-0.14-0.040.61-67.3000-0.37-0.14-0.040.61-61.8200-0.37-0.13-0.020.6-57.1600-0.37-0.1300.6-58.7800-0.37-0.13-0.010.6处理数据：1位移计应变2位移计应变3位移计应变4位移计应 变荷载0.0000-13.3333-46.666733.3333-0.1500-6.6667-13.333

21、3-53.333326.6667-0.2200-6.6667-13.3333-353.333346.6667-5.11000.0000-13.3333-320.000046.6667-9.8500-6.6667-13.3333-373.333360.0000-14.9600-13.3333-13.3333-400.000053.3333-19.6900-26.6667-6.6667-380.0000166.6667-29.6900-40.0000-6.6667-446.6667166.6667-39.7600-53.33330.0000-620.0000166.6667-44.8700-60.

22、0000-6.6667-606.6667186.6667-49.7500-80.0000-6.6667-613.3333246.6667-59.5200-93.33330.0000-573.3333340.0000-64.1900-93.33330.0000-680.0000300.0000-63.1500-246.6667-93.3333-373.3333160.0000-66.7100-246.6667-93.3333-140.0000380.0000-70.0400-240.0000-93.3333-140.0000393.3333-79.6600-240.0000-86.6667-12

23、0.0000400.0000-82.2500-246.6667-93.3333-120.0000400.0000-85.9600-240.0000-86.6667-120.0000400.0000-89.5100-246.6667-93.3333-106.6667400.0000-91.2100-246.6667-86.6667-86.6667413.3333-88.1000-246.6667-93.3333-73.3333406.6667-83.8100-246.6667-86.6667-53.3333413.3333-78.9200-240.0000-86.6667-40.0000413.

24、3333-74.3300-246.6667-93.3333-33.3333406.6667-70.0400-246.6667-93.3333-26.6667406.6667-69.0000-246.6667-93.3333-26.6667406.6667-67.3000-246.6667-86.6667-13.3333400.0000-61.8200-246.6667-86.66670.0000400.0000-57.1600-246.6667-86.6667-6.6667400.0000-58.7800曲线：初始阶段混凝土应变与荷载大致呈线性关系，基本符合平截面假定。而后构件进入塑 性变形状

25、态，对应于不大的荷载增量，混凝土应变有着较大的变化，理论与较符合实践。5.1.3 弯矩曲率关系曲线构件弯矩和曲率分别由下两式计算得出：数据：NM1位移计应 变2位移计应 变曲率-0.1500-150.0000-13.33330.4444-0.2200-22-6.6667-13.33330.2222-5.1100-511-6.6667-13.33330.2222-9.8500-9850.0000-13.33330.4444-14.9600-1496-6.6667-13.33330.2222-19.6900-1969-13.3333-13.33330.0000-29.6900-2969-26.66

26、67-6.6667-0.6667-39.7600-3976-40.0000-6.6667-1.1111-44.8700-4487-53.33330.0000-1.7778-49.7500-4975-60.0000-6.6667-1.7778-59.5200-5952-80.0000-6.6667-2.4444-64.1900-6419-93.33330.0000-3.1111-63.1500-6315-93.33330.0000-3.1111-66.7100-6671-246.6667-93.3333-5.1111-70.0400-7004-246.6667-93.3333-5.1111-79

27、.6600-7966-240.0000-93.3333-4.8889-82.2500-8225-240.0000-86.6667-5.1111-85.9600-8596-246.6667-93.3333-5.1111-89.5100-8951-240.0000-86.6667-5.1111-91.2100-9121-246.6667-93.3333-5.1111-88.1000-8810-246.6667-86.6667-5.3333-83.8100-8381-246.6667-93.3333-5.1111-78.9200-7892-246.6667-86.6667-5.3333-74.330

28、0-7433-240.0000-86.6667-5.1111-70.0400-7004-246.6667-93.3333-5.1111-69.0000-6900-246.6667-93.3333-5.1111-67.3000-6730-246.6667-93.3333-5.1111-61.8200-6182-246.6667-86.6667-5.3333-57.1600-5716-246.6667-86.6667-5.3333-58.7800-5878-246.6667-86.6667-5.33335.1.4 纵筋应变-荷载关系曲线钢筋应变可由应变片22-1 到 22-8直接得出（舍去22-1

29、）。 得到的荷载-纵筋应变关系曲线如图 11。数据选择：2345678N8-465655081-2205048-37-40-5.03142-50-118582-84-87-9.7248-70-18148159-148-142-14.96372-84-10223246-197-196-19.47639-15122401445-299-307-29.69868-248-7638667-372-385-39.68868-250-8635667-372-384-39.68994-281-24755764-429-439-44.791126-302-39870866-489-500-49.751124-

30、303-40874867-488-500-49.61408-360-7011131097-617-638-59.751549-393-10112021210-691-716-64.191569-416-12012121231-711-740-63.151643-440-13512761296-751-782-66.561757-450-14513671383-799-831-71.521881-472-16414581482-860-897-75.521883-479-16814621488-867-907-75.522011-506-19315551585-932-977-78.852037

31、-512-20015751610-950-996-79.662187-552-24116821728-1038-1094-82.772354-604-28917921856-1139-1208-87.662450-648-32418921992-1226-1322-90.842426-667-34419602114-1307-1467-90.182433-670-34619762132-1320-1483-89.952369-667-35619342131-1332-1691-84.772354-667-35419222125-1329-1695-83.662324-654-413185921

32、31-1349-1830-78.482281-650-44318152117-1355-1847-73.742307-653-46118212128-1359-1855-75.222277-651-56817652114-1363-1881-70.332283-655-65917572137-1384-1923-68.712272-659-71117352132-1386-1936-66.342234-665-75917102124-1375-1931-64.712265-671-75217342157-1386-1948-66.412223-685-80717002124-1352-1904

33、-632163-722-90716262047-1277-1780-57.67数据处理：2应变345678N0.053330.040.033330.040.033330.03333030.026633370.5400.333330.32-5.030.146630.246670.2666770.9466670.333330.073330.5666670.5466670.560.589.71.653330.120.986661.0614.9630.466670.986670.9466772.480.561.486661.64 19.470.0666771.313331.306674.260.146

34、662.673332.9666629.691.00667371.993332.0466775.786664.253334.446662.4839.6871.65330.04667372.5666735.786664.233334.446662.482.5639.6871.66660.053333776.626660.165.033335.093332.8644.7971.8733332.9266737.506660.265.85.773333.2649.7572.013333.3333337.493332.025.826665.7849.630.2666773.253333.333339.38

35、6662.47.427.3133359.7570.4666734.113334.2533310.32662.628.013338.0666664.1970.67333374.606674.7733310.460.88.088.206664.7463.152.773374.93333310.95330.98.506668.6466.5632.933375.006675.21333311.713339.113339.225.5471.5230.9666735.3266712.549.729.885.9875.523.14661.093335.73333712.5533 1.129.746669.9

36、25.7875.5233.193376.04667313.406610.366610.566678.8573.37331.28667776.213336.51333313.5810.510.73336.6479.663.41331.3333336.33333314.583.6811.213311.526.9282.771.6066737.2933315.693311.946612.373387.6634.02661.92667737.593338.05333716.33334.322.1612.613313.2890.84338.173338.8133316.173313.066614.093

37、39.7890.1834.44662.29333738.71333716.2213.173314.21338.889.954.46662.30667339.88667715.793312.893314.20668.8884.7734.44662.373333711.2733715.69332.3612.813314.16668.8611.383.6634.446637715.49334.3612.393314.2066 12.278.4832.75333378.9933315.206612.114.113373.7474.33332.9533339.0333312.3133315.3812.1

38、414.18669.0675.224.35333.07333712.3667315.184.3411.766614.093312.5470.333.78667739.0866715.2211.713314.246612.8268.714.36664.39333379.22667715.14664.7411.566614.21339.2466.3474.39337312.9067314.89335.0611.414.1664.7134.43339.1666712.8733315.14.473335.0133311.5614.389.2412.986766.4114.825.3811.333314

39、.16634.566639.0133312.6933714.4210.8413.646657.674.81336.0466778.5133311.866732015101015位移计2 位移计3 位移计4 位移计51 位移计6 位移计8 位移计9图 11 荷载-纵筋应变关系曲线。5.2 试验结果分析5.2.1 承载力分析构件承载力理论计算值为64kN,试验得出的极限承载力为91.66kN,与理论计算值误差为 30.1%，实际承载力大于计算承载力。可能原因如下：1. 理论计算对应的相关系数的取值较为保守,该误差为系统误差；2. 材性试验误差导致混凝土强度值小于实际值,该误差为偶然误差；3. 加载

40、条件下有其他外界物体帮助混凝土柱抵抗偏心力,该误差为偶然误差。6 结论本实验为大偏心短柱受压破坏实验,通过在柱上布置应变片和位移计,得到钢筋和混凝土 的应变及柱在受压过程中的挠度。我们在试验过程中可以近距离地观察受压短柱产生的裂缝 形态并测量裂缝宽度。当荷载较小时,构件处于弹性阶段,构件中部的水平挠度随荷载线性增长。随着荷载的不 断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变 增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多，并向压区延伸，受压区高度逐渐减小，受压区混凝 土应力增大。当远离轴向力一侧钢筋应变达到屈服应变时，钢筋屈服，截面处形成一主裂缝。 当受压一侧的混凝土压应变达到其极限抗压应变时，受压区较薄弱处的某处出现纵向裂缝， 混凝土被压碎而使构件破坏。本次试验现象符合大偏心受压短柱的理论分析结果。其次，从理论承载力与实际承载力的接近程度看，本次试验较为成功。