实验4简支钢筋混凝土梁的破坏实验

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1、试验四 简支钢筋混凝土梁的破坏实验 （综合设计型实验）一、 实验目的：对一个已知的待检测构件钢筋混凝土简支梁进行分析计算，根据其计算结果设计实验方案并组织整个实验，然后整理出完整的实验结果，将实际结果与理论计算值进行比较，判断该梁是否达到设计要求。通过本试验，达到了解并掌握一个完整结构实验过程的目的。二、 试件：本实验共设计了四种不同配筋率的普通钢筋混凝土简支梁，梁的尺寸均为1400245150mm，具体钢筋配置情况见图1。图 1 钢筋配置情况三、 试验方案：为研究钢筋混凝土梁的工作性能，主要测定其强度安全度、抗裂度及各级荷载下的挠度和裂缝开展情况，另外就是测量控制区段的应变大小和变化情况。实

2、验的具体要求如下：1 根据实测材料强度所对应的标准强度进行理论分析计算(根据图1所示的加载图式进行计算)：i. 梁的开裂荷载、极限荷载；ii. 梁在开裂时刻的混凝土的跨中最大拉应变；iii. 梁在开裂及极限荷载下的钢筋的跨中最大拉应变；iv. 梁在极限荷载下的跨中挠度；v. 梁的破坏过程及破坏形态。2 根据计算的开裂荷载和破坏荷载，确定加载程序；3 布置应变测点，具体测试内容如下：i 测定钢筋混凝土梁在纯弯段的应力最大截面的应变分布情况；ii 测定弯剪共同作用段的平面应力状态下的主应力大小及方向；测定受拉钢筋应变；iii 测定梁的实际开裂荷载，观测并记录裂缝的扩展情况(在各级荷载下的裂缝长度和

3、宽度)；测定梁的破坏荷载，并观察梁的破坏过程和特征。图 2 加载模式四、 应变及挠度测点布置原则：测点按照混凝土结构实验方法标准GB50152-92的规范要求进行布置。1. 应变测点布置：i. 对于梁的正截面，其弯曲应变测量是实验的主要内容之一，特别是正负弯矩最大或有突变的截面。为测得截面上应力分布规律和确定中和轴位置，一般沿截面高度连续布点，测点数不宜少于5个。测点布置可以等距，也可以不等距。不等距主要是外密里疏，以便测出较大的应变，具有较好的精度，如图 3所示；ii. 对于梁的斜截面，其主应力和剪应力的大小和方向未知，要测量主应力大小和方向及剪应力时，应布置45或60的平面三向应变测点，如

4、图 4所示；iii. 梁两面布置的测点要相互对应。2. 挠度测点布置：i. 梁的宽度小于600mm，长度小于6m，应沿构件中轴线上布置不少于3个位移测点；ii. 梁的宽度大于600mm，长度大于6m，应在长度方向适当增加测点，并构件中轴线上布置不少于3个位移测点；iii. 支座处应布置位移测点，用于测量支座下沉量。图 3 应变片和位移计的布置图 4 三向应变量测测点布置图五、 实验加载程序的确定：根据理论计算的开裂及破坏荷载，并按照混凝土结构实验方法标准GB50152-92的规范要求确定加载程序：1 预载：取开裂荷载的70%进行加载，循环三次，消除结构间的间隙，并在加载的同时观察各测试仪器是否

5、正常工作，如发现异常情况，及时排除故障，以保证测试数据的准确。2 采用分级加载，取1kN作为零荷载，然后以破坏荷载的20%为一级进行加载，加至开裂荷载的90%以后，按开裂荷载的10%为一级加载，测定梁的开裂荷载；开裂后按破坏荷载的20%加载，加至90%的破坏荷载之后，按破坏荷载的10%加载，测定梁的破坏荷载；或可以缓慢加载直至结构破坏，当压力机指示荷载不再增加时即为其破坏荷载。注：实验开始阶段的加载值一般取10的倍数(如10kN、20kN等)，以便于加载操作，荷载值接近开裂荷载和破坏荷载时可取得较细，使检测的开裂荷载和破坏荷载值更精确！3 每加一级荷载，稳载10分钟。六、 钢筋混凝土构件破坏的

6、判定：根据混凝土结构实验方法标准GB50152-92的规范要求，在检测过程中，若观测到下述标志之一，可判定结构已经破坏，达到或超过了承载力极限状态。1. 在荷载不再增加的情况下，由设置在构件受拉主筋处的应变测点测出连续变化的应变，或受拉主筋的拉应变达到10000me；2. 跨中挠度达到跨度的1/50；3. 受拉主筋处的垂直裂缝宽度达到1.5mm；4. 受剪斜裂缝宽度达到1.5mm，或斜裂缝末段受压区混凝土剪压破坏，或沿斜截面混凝土斜压破坏；5. 受拉主筋在端部滑脱达0.2mm，或其它锚固破坏；6. 受拉主筋拉断；7. 受压区混凝土被压坏。七、 钢筋混凝土梁实际开裂荷载及极限荷载的确定：1. 在

7、加载过程中出现第一条裂缝或破坏标志之一时，取前一级荷载值作为结构构件的开裂荷载或极限荷载的实测值；2. 在规定的荷载持续时间内出现第一条裂缝或破坏标志之一时，取前一级荷载值与本级荷载的平均值作为结构构件的开裂荷载或极限荷载的实测值；3. 在规定的荷载持续时间结束后出现第一条裂缝或破坏标志之一时，取本级荷载值作为结构构件的开裂荷载或极限荷载的实测值；八、 加载设备与测试仪器：1 荷载设备为100kN单作用千斤顶，用分载梁将千斤顶的一个集中荷载分成两个集中荷载，然后作用到梁上。2 测试设备根据实验计算结果及设计方案来选用，选用原则如下：i. 测试设备的型号、量程及精度根据计算数据的范围来选用，选用

8、时应注意计算数据的最大值要小于设备满量程的70%；ii. 测试设备的数量根据测点的多少确定。3 可选用的设备：i. DH3815N静态电阻应变仪；ii. 钢筋混凝土大变形引伸式测量系统(用于观测混凝土开裂后受拉区的平均应变)；iii. 机械百分表、大行程百分表及机电百分表：量程：010mm 030mm 050mm；iv. 裂缝观测仪（读数显微镜）；v. 应变片（胶基、纸基）。九、 正式实验：1 根据制订的实验方案进行实验。2 在实验过程中，每加一级荷载之后，稳载10min，当控制断面仪表(应变仪及百分表)的读数基本不变化之后，立即读取所有实验数据。3 要将实测数据与计算数据进行比较，如发现数据

9、异常，及时分析原因，进行复测，保证实验的准确性。特别是在接近开裂荷载及破坏荷载计算值时，要根据控制断面的实测数据及时调整加载程序，以便准确观测到结构实际的开裂荷载及破坏荷载。接近开裂荷载计算值时，主要观测受拉区混凝土的应变是否接近开裂应变，受拉钢筋应变是否突然增大。接近破坏荷载计算值时，主要观测受拉钢筋应变以及受压区混凝土的应变是否接近极限状态。4 裂缝观测：在达到开裂荷载的90%以后，每加一级荷载仔细观察梁是否有裂缝出现，记录出现第一根裂缝时的荷载值，并用铅笔在裂缝的旁边画出裂缝形状在裂缝的末端作一个小标记，注明此时的荷载值，并测量裂缝宽度；随着荷载的增加，寻找新的裂缝，按上述方法画出裂缝形

10、状并注明荷载值，并选取三条较大裂缝宽度，在受拉主筋的位置处用读数显微镜读取裂缝宽度，并在记录荷载值位置的旁边记录下当前的裂缝宽度。每加一级荷载均要读取裂缝，每次要求观测同一裂缝的同一位置。取三条裂缝宽度中的最大值为最大裂缝宽度。5 当荷载值达到破坏荷载计算值的90%后，注意观察受拉主筋的应变变化情况及梁的裂缝扩展情况，记录梁的破坏形式。! 注意：加载至破坏荷载计算值的90%后，一定要拆除位移传感器，以免损坏仪表。6 卸载后，将试件上的裂缝情况绘制下来，包括每条裂缝的形状、裂缝上标注的荷载值、宽度。十、实验现象和分析 现象：加载中，首先在跨中出现一条直裂缝（纯弯段），随着荷载增加，裂缝延伸，分载

11、梁下两端也相继出现直裂缝，裂缝逐渐加深加宽，当下部钢筋屈服后，荷载增加很慢，但裂缝发展很快，直至上部混凝土被压碎，梁丧失承载力而破坏。分析：由前述理论计算可知，该梁属于适筋梁，其破坏特征是受力钢筋先屈服随后受压区混凝土被压碎，实验现象与其特征基本一致，但由于梁天气温度影响无法保证，仅出现直裂缝，并未在弯剪区出现斜裂缝。十一、思考题1.从各级荷载下的正截面应变分布图中可以看出哪些特征？刚开始加载时，截面上的应变沿高度为直线变化，应变图为三角形。随着荷载增加，加载至开裂荷载时，受拉区边缘纤维应变值达到混凝土的极限拉应变，处于即将开裂状态。当受拉区混凝土开裂后，其应变为零，拉应力由钢筋提供，钢筋应变突然增加。荷载再增加，应变不断增大，受压区混凝土应变呈曲线变化。下部钢筋应变达到极限拉应变后，受压区混凝土应变变化速度加快，直至达到极限压应变而破坏2.在混凝土梁破坏时出现了哪些破坏特征？受拉区钢筋，受压区钢筋都达到极限应变。受拉区钢筋先屈服，随后混凝土被压碎。纯弯端出现直裂缝，荷载作用点处也有直裂缝。3.测量混凝土受拉区应变时，若混凝土应变片的应变值突然增大、突然减小或已经无法读取数值，说明什么问题？应变片的应变阻突然增大，说明混凝土处于即将开裂状态，而应变值突然减小则说明混凝土处于开裂状态，已经无法读取应变值，表明混凝土已开裂完全导致应变片两侧混凝土脱开应变片。82