綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、1.正截面受彎構(gòu)件適筋梁的受彎破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)。1.試驗(yàn)?zāi)康模海?） 通過實(shí)踐掌握試件的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理的方法。（2） 加深對(duì)混凝土基本構(gòu)建受力性能的理解。（3） 更直觀的了解適筋梁受彎破壞形態(tài)及裂縫發(fā)展情況。（4） 驗(yàn)證適筋梁破壞過程中的平截面假定。（5） 對(duì)比實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算理論值，從而更好地掌握設(shè)計(jì)的原理。2.試件設(shè)計(jì)：（1）試件設(shè)計(jì)的依據(jù)根據(jù)梁正截面受壓區(qū)相對(duì)高度和界限受壓區(qū)相對(duì)高度的比較可以判斷出受彎構(gòu)件的類型：當(dāng)時(shí)，為適筋梁；當(dāng)時(shí)，為超筋梁。界限受壓區(qū)相對(duì)高度可按下式計(jì)算：在設(shè)計(jì)時(shí)，如果考慮配筋率，則需要確保 其中在進(jìn)行受彎試件梁設(shè)計(jì)時(shí)，、分別取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

2、和彈性模量；進(jìn)行受彎試件梁加載設(shè)計(jì)時(shí)，、分別取鋼筋試件試驗(yàn)得到鋼筋受拉屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量。同時(shí)，為了防止出現(xiàn)少筋破壞，需要控制梁受拉鋼筋配筋率大于適筋構(gòu)件的最小配筋率，其中可按下式計(jì)算：（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l180×250×2200mm；混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C35；縱向受拉鋼筋的種類：HRB400；箍筋的種類：HPB300（純彎段無箍筋）；縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：25mm；綜上所述，試件的配筋情況見圖3和表1：圖3 梁受彎實(shí)驗(yàn)試件配筋表1試件編號(hào)試件特征配筋情況預(yù)估荷載P (kN)PcrPyPuMLA適筋梁416210

3、850(2)32.729147.266163.629說明：預(yù)估荷載按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給定的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，未計(jì)試件梁和分配梁的自重。3.試驗(yàn)裝置：圖1為本方案進(jìn)行梁受彎性能試驗(yàn)采用的加載裝置，加載設(shè)備為千斤頂。采用兩點(diǎn)集中力加載，以便于在跨中形成純彎段。并且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(cè)定荷載值。梁受彎性能試驗(yàn)中，采用三分點(diǎn)加載方案，取，。圖2.a為加載簡(jiǎn)圖，此時(shí)千斤頂加力為，經(jīng)過分配梁后，可視為兩個(gè)大小為的集中荷載分別作用于圖示位置。圖2.b為荷載作用下的彎矩圖。由此圖可知，純彎段的彎矩最大，.圖2.c為荷載作用下的剪力圖。1試驗(yàn)梁；2滾動(dòng)鉸支座；3固定鉸支座

4、；4支墩；5分配梁滾動(dòng)鉸支座；6分配梁滾動(dòng)鉸支座；7集中力下的墊板；8分配梁；9反力梁及龍門架；10千斤頂；圖1 梁受彎試驗(yàn)裝置圖（a）加載簡(jiǎn)圖（）（b）彎矩圖（）（c）剪力圖（）圖2 梁受彎試驗(yàn)加載和內(nèi)力簡(jiǎn)圖4.加載方式：（1）單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制：梁受彎試驗(yàn)采取單調(diào)分級(jí)加載，每次加載時(shí)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(yù)加載，預(yù)加載所用的荷載是分級(jí)荷載的前兩級(jí)。具體加載過程為： 在加載到開裂荷載計(jì)算值的90%以前，每級(jí)荷載不宜大于開裂荷載計(jì)算值得20% 達(dá)到開裂荷載計(jì)算值的90%以后，每級(jí)荷載不宜大于其荷載值的5%； 當(dāng)試件開裂后，每級(jí)荷載值取10%的承載力試驗(yàn)荷

5、載計(jì)算值的級(jí)距； 當(dāng)加載達(dá)到縱向受拉鋼筋屈服后，按跨中位移控制加載，加載的級(jí)距為鋼筋屈服工況對(duì)應(yīng)的跨中位移； 加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。（2）開裂荷載實(shí)測(cè)值確定方法：對(duì)于本次試驗(yàn)，采用放大鏡觀測(cè)法確定開裂荷載實(shí)測(cè)值。具體過程：用放大倍率不低于四倍的放大鏡觀察裂縫的出現(xiàn)；當(dāng)加載過程中第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取前一級(jí)荷載作為開裂荷載實(shí)測(cè)值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間內(nèi)第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取本級(jí)荷載值與前一級(jí)荷載的平均值作為開裂荷載實(shí)測(cè)值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束后第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取本次荷載值作為開裂荷載實(shí)測(cè)值。（3）承載力極限狀態(tài)確定方法：對(duì)梁試件進(jìn)行受彎承載力試驗(yàn)時(shí)，在加載或

6、持載過程中出現(xiàn)下列標(biāo)記即可認(rèn)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載： 受拉主鋼筋拉斷； 受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm； 撓度達(dá)到跨度的1/30； 受壓區(qū)混凝土壓壞。5.試驗(yàn)測(cè)量?jī)?nèi)容、方法和測(cè)點(diǎn)儀表布置：（1） 混凝土平均應(yīng)變?cè)诹嚎缰幸粋?cè)面布置5個(gè)位移計(jì)，位移計(jì)間距50mm，標(biāo)距為150mm，以量測(cè)梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均應(yīng)變分布規(guī)律，測(cè)點(diǎn)布置見圖4。圖4梁受彎試驗(yàn)混凝土平均應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置（2）縱向鋼筋應(yīng)變?cè)谠嚰v向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片，以量測(cè)加載過程中鋼筋的應(yīng)力變化，測(cè)點(diǎn)布置見圖5。圖5 縱筋應(yīng)變片布置（3）撓度對(duì)受彎構(gòu)件的撓度測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在構(gòu)件跨中或撓度

7、最大的部位截面的中軸線上，如圖6所示。在試驗(yàn)加載前，應(yīng)在沒有外荷載的條件下測(cè)讀儀表的初始讀數(shù)。試驗(yàn)時(shí)在每級(jí)荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結(jié)束時(shí)量測(cè)構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位測(cè)點(diǎn)的測(cè)度程序在整個(gè)試驗(yàn)過程中宜保持一致，各測(cè)點(diǎn)間讀數(shù)時(shí)間間隔不宜過長(zhǎng)。圖6 梁受彎試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置（4）裂縫試驗(yàn)前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立即對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測(cè)各級(jí)荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長(zhǎng)度及裂縫間距，并采用數(shù)碼相機(jī)拍攝后手工繪制裂縫展開圖，裂縫寬度的測(cè)量位置為構(gòu)件的側(cè)面

8、相應(yīng)于受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應(yīng)在使用狀態(tài)短期試驗(yàn)荷載值持續(xù)15min結(jié)束時(shí)進(jìn)行量測(cè)。6.理論極限荷載計(jì)算書（1）配筋計(jì)算： 由所選材料性能可知: =0.523所以，當(dāng)所配縱筋為314時(shí)，鋼筋面積As=804mm2;此時(shí)所以該梁為適筋梁（2）試件加載估算1. 開裂彎矩估算2. 屈服彎矩估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時(shí)，壓區(qū)混凝土的應(yīng)力為線性分布，因此有：3. 極限彎矩估算4. 抗剪驗(yàn)算梁中箍筋采用上述配置，及，此時(shí)梁的抗剪能力如下： 此時(shí) 因?yàn)?，所以該梁出現(xiàn)正截面破壞，符合要求。2. 斜截面受剪構(gòu)件無腹筋梁斜拉受剪破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)。大量試驗(yàn)結(jié)果表明：無腹筋梁斜截面受剪破壞的形態(tài)取決于剪跨比的

9、大小，大致有斜拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞三種主要破壞形態(tài)。圖1畫出了兩個(gè)對(duì)稱荷載作用下，=2、1、時(shí)的主拉應(yīng)力跡線（虛線）和主壓應(yīng)力跡線（實(shí)線）。由圖可見，當(dāng)=時(shí)，在集中荷載與支座反力間形成比較陡的主壓應(yīng)力跡線，又由于這時(shí)主壓應(yīng)力值比較大，所以破壞主要是由于主壓應(yīng)力產(chǎn)生，稱為斜壓破壞。當(dāng)=12時(shí)，主壓應(yīng)力跡線與梁縱軸線的交角接近或小于45°，并且主壓應(yīng)力值與主拉應(yīng)力值兩者相差不很大，因此，破壞形態(tài)也就不同。試驗(yàn)研究表明，無腹筋梁斜截面受剪破壞形態(tài)主要有以下三種：1、 斜拉破壞：當(dāng)剪跨比>3時(shí)，發(fā)生斜拉破壞，其破壞特征是：斜裂縫一旦出現(xiàn)就迅速延伸到集中荷載作用點(diǎn)處，使梁沿斜向拉裂

10、成兩部分而突然破壞，破壞面整齊、無壓碎痕跡，破壞荷載等于或略高于出現(xiàn)斜裂縫時(shí)的荷載。斜拉破壞時(shí)由于拉應(yīng)變達(dá)到混凝土極限拉應(yīng)變而產(chǎn)生的，破壞很突然，屬于脆性破壞類型。2、 剪壓破壞：當(dāng)剪跨比13時(shí)，發(fā)生剪壓破壞，其破壞特征是；彎剪斜裂縫出現(xiàn)后，荷載仍可以有較大的增長(zhǎng)。隨荷載的增大，陸續(xù)出現(xiàn)其它彎剪斜裂縫，其中將形成一條主要的些裂縫，稱為臨界斜裂縫。隨著荷載的繼續(xù)增加，臨界斜裂縫上端剩余截面逐漸縮小，最后臨界斜裂縫上端集中于荷載作用點(diǎn)附近，混凝土被壓碎而造成破壞。剪壓破壞主要是由于剩余截面上的混凝土在剪應(yīng)力、水平壓應(yīng)力以及集中荷載作用點(diǎn)處豎向局部壓應(yīng)力的共同作用而產(chǎn)生，雖然破壞時(shí)沒有像斜拉破壞時(shí)那

11、樣突然，但也屬于脆性破壞類型。與斜拉破壞相比，剪壓破壞的承載力要高。3、 斜壓破壞：當(dāng)剪跨比很?。ㄒ话?）時(shí)，發(fā)生斜壓破壞，其破壞特征是：在荷載作用點(diǎn)與支座間的梁腹部出現(xiàn)若干條大致平行的腹剪斜裂縫，隨荷載增加，梁腹部被這些斜裂縫分割成若干斜向受壓的“短柱體”，最后它們沿斜向受壓破壞，破壞時(shí)斜裂縫多而密。斜壓破壞也很突然，屬于脆性破壞類型，其承載力要比剪壓破壞高。3.鋼筋混凝土柱大偏心受壓構(gòu)件破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)。1試件設(shè)計(jì)1.構(gòu)件設(shè)計(jì)（1）試件設(shè)計(jì)的依據(jù) 為減少“二階效應(yīng)”的影響，將試件設(shè)計(jì)為短柱，即控制l0/h5。通過調(diào)整軸向力的作用位置，即偏心距e0,使試件的破壞狀態(tài)為小偏心受壓破壞。（2）試件的

12、主要參數(shù)試件尺寸（矩形截面）：b×h×l = 124×120×899mm 混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20 縱向鋼筋：對(duì)稱配筋412 箍筋：6100（2） 縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：15mm 試件的配筋情況（如下頁圖所示）圖1.3大偏心受壓柱配筋圖 取偏心距e0：100mm2、加載裝置和量測(cè)內(nèi)容1 加載裝置 柱偏心受壓試驗(yàn)的加載裝置如圖所示。采用千斤頂加載，支座一端為固定鉸支座，另一端為滾動(dòng)鉸支座。鉸支座墊板應(yīng)有足夠的剛度，避免墊板處混凝土局壓破壞。圖 柱偏心受壓試驗(yàn)加載裝置2 加載方式（1）單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制實(shí)際的加載等級(jí)為0-10kN-20kN-30kN-40k

13、N-50kN-60kN-破壞3量測(cè)內(nèi)容（1）混凝土平均應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面和柱混凝土表面上的應(yīng)變計(jì)測(cè)量，混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如下圖。圖大偏心受壓柱試驗(yàn)混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置（2）縱筋應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面的應(yīng)變計(jì)量測(cè)，鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如下圖。圖.1大偏心受壓柱試驗(yàn)縱向鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置（3）側(cè)向撓度柱長(zhǎng)度范圍內(nèi)布置5 個(gè)位移計(jì)以測(cè)量柱側(cè)向撓度，側(cè)向撓度測(cè)點(diǎn)布置如下圖。圖.2大偏心受壓柱試驗(yàn)側(cè)向撓度測(cè)點(diǎn)布置（4）裂縫試驗(yàn)前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡查找裂縫。荷載縱向鋼筋應(yīng)變2_134_134_234_334_434_534_634_734_

14、80.661-12-5-13-4-14-509.992-50-11720116-100-1281268419.984-162-229226349-229-27435127230.224-280-348486634-363-44262351540.216-372-466721913-496-61590484250.043-478-6259621191-661-8321190112659.705-653-82512561521-871-11431522146769.862-810-100815111825-1056-14031832177379.854-1100-132919052346-1376

15、-18662348220593.976-1485-174125864928-1819-24114074512893.232-1544-181127936257-1879-24945723602292.737-1560-181528437114-1883-25026547640292.076-1585-184128998132-1909-25258076691380.928-1699-1851292810437-2060-25610785675.643-1703-1811293010382-2086-2520078444、實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)混凝土應(yīng)變側(cè)向撓度10_110_210_310_510_610

16、_7-0.01200-0.0040.0210-0.016-0.0040.0040.2950.3010.078-0.031-0.0080.1810.4630.7040.184-0.063-0.0160.150.6151.2310.348-0.086-0.020.2830.7451.750.479-0.09-0.0350.370.9142.3640.704-0.11-0.0510.4451.0993.1960.937-0.161-0.0510.461.2553.8381.154-0.228-0.0710.4561.555.0371.522-0.322-0.090.5551.9836.9192.10

17、4-0.318-0.0940.5592.0097.0842.222-0.318-0.0940.5942.0517.2362.255-0.326-0.0940.6022.1567.6852.411-0.341-0.0940.5982.77510.7333.802-0.349-0.0940.5983.26813.3035.009按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給定的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值及上述的計(jì)算公式，對(duì)于本次試驗(yàn)試件的極限承載力的預(yù)估值為： kN。構(gòu)件正截面承載力分析實(shí)測(cè)值為94kN，比預(yù)估值大46.9%，可能原因如下： 試驗(yàn)時(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間已經(jīng)超過要求的標(biāo)準(zhǔn)的28d，強(qiáng)度有所提高；計(jì)算時(shí)所采用的安全系數(shù)等等都為該構(gòu)件的承載力提供了一定的安全儲(chǔ)備，導(dǎo)致實(shí)際的抗壓強(qiáng)度高于計(jì)算的抗壓強(qiáng)度；混凝土計(jì)算公式本身的不確定性以及材料性質(zhì)的不確定性導(dǎo)致。當(dāng)荷載較小時(shí)，構(gòu)件處于彈性階段，構(gòu)件中部的水平撓度隨荷載線性增長(zhǎng)。隨著荷載的不斷增大