混凝土受弯构件适筋梁破坏试验方案.docx

混凝土结构基本原理试验课程作业混凝土受弯构件适筋梁破坏试验方案试验名称混凝土受弯构件适筋梁破坏试验试验课教师赵勇姓名倪荫豪，刘国钊学号1350871,1350868手机号 15900736318任课教师薛伟晨，顾祥林日期2015.12.011. 试验目的通过观察混凝土适筋梁受弯破坏的全过程，认识混凝土适筋梁的受弯性能；理解和掌握钢筋混凝土适筋梁受弯构件的试验方法和实验结果，通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。(1)参加并完成规定的实验项目内容，理解和掌握钢筋混凝土构件的实验方法和实验结果，通过实践掌握试件的设计，实验结果的整理方法。(2)写出实验报告，通过试验加深对混凝土机构基本构件的受力性能的理解。2. 试件设计2.1 材料和试件尺寸试件尺寸：bhl=1202001800mm；混凝土强度等级：C25 fc=11.9MPa；ft=1.27MPa；纵向受拉钢筋种类：HRB335；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；2.2 试件设计2.2.1试件设计的基本原理及依据根据梁正截面受压区相对高度和界限受压区相对高度b的比较可以判断出受弯构件的类型，当b时，为适筋梁；当b时为超筋梁。界限受压区相对高度b按下式计算： 其中在进行受弯试件梁设计的时候，fy、Es分别取混凝土结构设计规范规定的钢筋受拉强度标准值和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时，fy、Es分别取钢筋试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准值和弹性模量。为满足发生适筋破坏，应有以下配筋率的要求：其中，b=b1fcfy 同时，为保证承剪段不发生受剪破坏，有受剪承载力要求：按混凝土结构基本原理（第二版）第五章第七节相关知识，有以下正截面承载力相关公式：2.2.2试件的主要参数及验证配筋图如下图1 适筋梁构造配筋图表1 少筋梁受弯试件的配筋试件编号截面尺寸配筋情况LA1214850(2)参数的验证：将本构件的截面参数代入上一节的基本原理与依据，进行配筋率要求，受剪承载力要求的检验依据极限弯矩的预估。（1） 配筋率检验As=24142=307.72mm2h0=200-15-7=178mm=Asbh0=0.0144 由min=0.00165在此处键入公式。由b=b1fcfy b=0.0176为适筋梁。（2） 极限弯矩的预估值由， Mu=12.7 kN*m(3)极限抗剪承载力 =ah0=6.183,取3由 得， Vu=81.86kN2.3 试件的制作将试件按照设计方案及标准方法制作好，并按照规定的养护情况养护至规定龄期。试件制成后，在试验前应将试件表面刷白，并分格画线，分格大小按。在刷白前应对试件进行检查，包括收集试件的原始设计资料、设计图纸和计算书，施工和制作记录，原材料的物理力学性能试验报告等文件资料；对结构构件的跨度、截面、钢筋的位置、保护层厚度等实际尺寸及初始挠度、变形、原始裂缝等作出书面记录，绘制详图。对钢筋位置、实际规格、尺寸和保护层厚度也可在实验结束后进行量测。3. 加载装置和加载方式3.1 加载装置图2为进行梁受弯性能试验采用的加载装置，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，分配梁分配荷载，压力传感器测定荷载值。梁受弯性能试验，取L=1800mm，a=150mm，b=500mm，c=500mm。1试验梁；2滚动铰支座；3固定铰支座；4支墩；5分配梁滚动铰支座；6分配梁滚动铰支座；7集中力下的垫板；8分配梁；9反力梁及龙门架；10千斤顶；图2 梁受弯试验装置图加载简图、弯矩剪力图如图3所示：图3 加载简图、弯矩剪力图3.2 加载制度采用单调分级加载机制，加载分级情况为：在加载到开裂试验荷载计算值的90%之前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20%；达到开裂试验荷载计算值的90%之后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5%；当试件开裂后，每级荷载取10%的承载力试验荷载计算值（Pu）的级距；加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏，记录破坏荷载。承载力极限状态确定方法：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；受压区混凝土压坏；挠度达到跨度的1/30。3.3 材料试验3.3.1 混凝土材料试验按国家标准普通混凝土力学性能试验方法（GB/T 50081-2002）规定，用边长为150mm的立方体作为标准试件，将标准试件在的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得破坏荷载，由所得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为。同时由计算混凝土抗拉强度；由荷载应变曲线计算混凝土的弹性模量。3.3.1 钢筋单调加载拉伸试验钢筋试样采用不经切削加工的原截面钢筋。根据各类钢筋标准规定的伸长率标准和试验机的上下夹头的最小距离，夹头高度等因素决定试件长度。加载前在加载段取长度L并标记，加载时，在弹性范围内保持加载速率330MPa/s的范围内，直至获得屈服点和上屈服点。卸载后，量取标记之间距离，并计算钢筋弹性模量，并参考标准值做修正。4. 量测与观测4.1 荷载荷载测量采用在加荷处放置压力传感器，由压力传感器直接显示于试验机终端上。4.2 钢筋应变试件制作时，在纵向钢筋上预埋粘贴电阻应变片，贴于钢筋外侧，以量测加载过程中钢筋的应力变化。具体测点布置见图4。图4 纵筋应变片布置4.3 混凝土应变在梁跨中一侧面布置4个位移计，位移计间距40mm，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5。图5 试件混凝土平均应变测点布置4.4 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6所示。在试验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。试验时在每级荷载下，应在规定的荷载持续试件结束时量测构件的变形。结构构件各部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一致，各测点间读数时间间隔不宜过长。4.5 裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm50mm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结束时进行量测。5. 试验结果预测5.1 开裂荷载、极限荷载由混凝土结构基本原理（第二版）第五章相关知识，有：，开裂弯矩： 开裂荷载： 极限弯矩和极限荷载： 代入相关数据，有Pcr=7.73kN,Pu=42.33kN。 5.2第一阶段弹性阶段PPcr=7.73kN阶段，混凝土和钢筋公共工作，测量项目：挠度，纵筋应变和混凝土应变度均与荷载成线性关系，梁截面应力呈线性分布，平截面假定基本符合。时，纯弯段某一薄弱截面出现第一条垂直裂缝，此时梁承担的弯矩称为开裂弯矩。5.3第二阶段带裂缝工作阶段阶段，梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力激增，且通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝。测量项目：纵筋应变仍保持与荷载的线性关系，而混凝土的应力由线性转入非线性状态，受此影响，挠度同时也转为非线性变化。5.4第三阶段破坏阶段P接近于Pu=42.33kN时，纵筋屈服，在很小的荷载增量下，梁产生很大的变形。裂缝高度和宽度进一步发展，中和轴不断上移，压区混凝土应力分布曲线渐趋丰满。量测项目：纵筋应变进入屈服阶段，混凝土应变保持非线性增长，并可能会由于开裂导致应变片破坏使数据失效。挠度急剧增加。当时，压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限受压应变，压区混凝土压碎，或纵筋拉断，梁正截面破坏。5.5裂缝特性预测开裂后，拉区裂缝随荷载增加不断增加，出现的第一条裂缝为最大裂缝。极限荷载时，压区混凝土被压碎，出现压区细小而密集的裂缝。在整个破坏过程中，要历经相当大的变形，破坏前有明显征兆，属于延性破坏。6.实验结果整理6.1裂缝发展情况及破坏形态描述 见附图6.2 荷载-挠度关系曲线 确定简支构件在各级荷载下的短期挠度实测值，本应该考虑支座沉降，自重的影响，但是，自重的影响在实验中被没有记录，因此只考虑支座沉降的影响。 fs,i=fq,i=fm,i-0.5 * (fl,i+fr,j)由以上公式可得荷载-挠度关系曲线， 6.3 弯矩-曲率变化曲线根据实测混凝土应变，跨中截面平均曲率可按下式计算：ij=i-jhij其中，挠度以向下为正，则i、j分别为截面侧面上下两点的实测混凝土平均应变（以拉为正），hij为该两点沿梁截面高度方向的实测距离。实验梁跨中M-关系曲线如下：6.4荷载-纵筋应变关系曲线 本次试验中，将荷载作为纵轴，纵向钢筋应变作为横轴，可绘制出荷载-纵筋应变关系曲线，根据该曲线可以观察得到加载过程中钢筋应变的变化情况，并可以清楚看到钢筋是否屈服以及屈服时相应的荷载工况，以及进行钢筋应变计算值和理论值比较，平均钢筋应变-裂缝宽度关系分析等工作。