同濟(jì)大學(xué)混凝土試驗(yàn) 大偏心受壓柱試驗(yàn)報(bào)告

1、裝訂線混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)課教師林峰姓名學(xué)號(hào)手機(jī)號(hào)任課教師顧祥林混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)大偏心受壓柱試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱大偏心受壓柱試驗(yàn)試驗(yàn)課教師林峰姓名學(xué)號(hào)手機(jī)號(hào)任課教師日期2014年11月18日1. 試驗(yàn)?zāi)康?通過試驗(yàn)了解大偏心受壓柱破壞的全過程，掌握測(cè)試混凝土受壓構(gòu)件基本性能的試驗(yàn)方法。同時(shí)鞏固大偏心受壓柱承載力的計(jì)算方法，并通過對(duì)理論值和試驗(yàn)值的比較加深對(duì)混凝土基本原理的理解。2. 試件設(shè)計(jì)2.1 材料和試件尺寸混凝土：C20鋼筋：使用I級(jí)鋼筋作為箍筋，II級(jí)鋼筋作為縱筋試件尺寸（矩形截面）：b×h×l=120×120×8

2、70mm詳細(xì)尺寸見圖1大偏心受壓柱配筋圖2.2 試件設(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)為大偏心受壓破壞。（2） 試件參數(shù)如表1表1 試件參數(shù)表試件尺寸（矩形截面）b×h×l=120×120×870mm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配筋圖圖1偏心距e0100mm圖1 大偏心受壓柱配筋圖（3） 試件承載力估算 Nc=1fcbh0 Nce=1fcbh02(1-0.5) + fy As(h0-as ) e=

3、e0+0.5h-as 不妨令：A=, B=, C= 從而有： 得出本次試驗(yàn)試件的極限承載力的預(yù)估值為：Ncu=87.71kN 詳細(xì)計(jì)算過程見附錄12.3 試件的制作根據(jù)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081-2002規(guī)定， 成型前，試模內(nèi)表面應(yīng)涂一薄層礦物油或其他不與混凝土發(fā)生反應(yīng)的脫模劑。取樣或拌制好的混凝土拌合物，至少用鐵锨再來回拌合三次。將混凝土拌合物一次裝入試模，裝料時(shí)應(yīng)用抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試?？?。采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件，應(yīng)在溫度為20±5的環(huán)境中靜置一晝夜至二晝夜，然后編號(hào)、拆模。拆模后應(yīng)立即放入溫度為20±2，相對(duì)濕度為9

4、5%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，或在溫度為20±2的不流動(dòng)的氫氧化鈣飽和溶液中養(yǎng)護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28d（從攪拌加水開始計(jì)時(shí)）。3. 材性試驗(yàn)3.1 混凝土材性試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果試塊留設(shè)時(shí)間： 2014年9月25日試塊試驗(yàn)時(shí)間： 2014年12月8日試塊養(yǎng)護(hù)條件：與試件同條件養(yǎng)護(hù)試件尺寸150mm×150mm×150mm實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度/MPa平均立方體抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗拉強(qiáng)度/MPa推定彈性模量/GPa23.422.517.11.8926.7522.022.2注：軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

5、GB 50010-2010推定。3.2 鋼筋材性試驗(yàn)鋼筋強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限荷載/kN屈服強(qiáng)度平均值/MPa極限強(qiáng)度平均值/MPa試件平均試件平均6光圓11.611.316.015.740055611.215.611.215.612帶肋60627173548646637462734. 試驗(yàn)過程4.1 加載裝置柱偏心受壓試驗(yàn)的加載裝置如圖2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)鉸支座以減少支座帶來的水平荷載對(duì)構(gòu)件的影響。鉸支座墊板應(yīng)有足夠的剛度，避免墊板處混凝土局部破壞。圖2 柱偏心受壓試驗(yàn)加載裝置4.2 加載制度 單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制： 在正式加載前，為檢

6、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1級(jí)。正式分級(jí)加載/kN：051015202530354045505560破壞，在加載到60kN時(shí)，拆除所有儀表，然后加載至破壞，并記錄破壞時(shí)的極限荷載。4.3量測(cè)與觀測(cè)內(nèi)容4.3.1 荷載荷載按照分級(jí)加載，破壞時(shí)的極限荷載為92.344kN。具體取用的荷載值見表2表2 荷載取值表時(shí)間荷載（kN）時(shí)間荷載（kN）2014/11/18 14:090.0832014/11/18 14:5054.7132014/11/18 14:104.7862014/11/18 14:5060.2422014/11/18 14:119.985201

7、4/11/18 14:5765.1112014/11/18 14:1314.8542014/11/18 14:5770.642014/11/18 14:2719.6412014/11/18 14:5773.5292014/11/18 14:2824.9222014/11/18 14:5777.162014/11/18 14:3830.0392014/11/18 14:5878.6452014/11/18 14:3934.992014/11/18 14:5880.8732014/11/18 14:4139.9412014/11/18 14:5884.3392014/11/18 14:4645.0

8、582014/11/18 14:5986.0722014/11/18 14:4950.012014/11/18 14:5992.3444.3.2 縱筋應(yīng)變 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)布置如圖3圖3 大偏心受壓柱試驗(yàn)縱向鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置其中，1至8號(hào)應(yīng)變片分別對(duì)應(yīng)了通道43-1、43-2、43-3、43-4、43-6、43-7、43-8、43-9，通道43-6所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片損壞。具體數(shù)值見圖74.3.3 混凝土應(yīng)變混凝土應(yīng)變由布置在內(nèi)部縱筋表面和柱表面混凝土上的應(yīng)變計(jì)量測(cè)，混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖4。圖4 大偏心受壓柱試驗(yàn)混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置位移計(jì)1、2、3、4依次對(duì)應(yīng)

9、通道46-9、46-2、46-3、46-4。但在觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)位移計(jì)1、3的測(cè)量值并不是線性變化，可能位移計(jì)本身存在問題，如圖8。4.3.4 撓度 側(cè)向撓度由柱長(zhǎng)度范圍內(nèi)布置3個(gè)位移計(jì)量測(cè)，在荷載達(dá)到60kN的時(shí)候撤掉位移計(jì)。短期跨中撓度實(shí)測(cè)值可以按照公式直接得出。側(cè)向擾度測(cè)點(diǎn)布置見圖5，依次對(duì)應(yīng)通道46-8、46-6、46-7。圖5 大偏心受壓柱試驗(yàn)側(cè)向撓度測(cè)點(diǎn)布置 4.3.5 裂縫 實(shí)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)借助手電筒用肉眼查找裂縫并且用鉛筆標(biāo)記出裂縫的位置、標(biāo)號(hào)。之后對(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)放大鏡測(cè)量各級(jí)荷載作用下的裂縫寬度、

10、長(zhǎng)度及裂縫間距，并用相機(jī)拍攝后手動(dòng)繪制裂縫展開圖。4.4 裂縫發(fā)展及破壞形態(tài) （1）實(shí)驗(yàn)前構(gòu)件初始狀態(tài)經(jīng)過觀察構(gòu)件初始狀態(tài)良好，肉眼觀測(cè)沒有初始裂縫（2）各級(jí)荷載作用下構(gòu)件裂縫發(fā)展情況 （020kN）當(dāng)荷載較小時(shí)，受壓區(qū)及受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應(yīng)力都較小，受壓區(qū)和受拉區(qū)鋼筋、混凝土應(yīng)變應(yīng)力增長(zhǎng)速度基本一致。 （20kN70kN）混凝土遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)開始出現(xiàn)橫向裂縫但比較細(xì)。隨著荷載增加裂縫條數(shù)增加并且向受壓區(qū)發(fā)展。此時(shí)受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變飛速增長(zhǎng)，可以推測(cè)出受拉區(qū)混凝土已經(jīng)基本退出了工作，拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān)。大概在70kN的時(shí)候，受拉鋼筋屈服，裂縫進(jìn)一步發(fā)展，使受壓區(qū)高度減小，受壓區(qū)應(yīng)力增加，較薄弱

11、處出現(xiàn)縱向裂縫。 （70kN90kN）在荷載增加過程中，受壓區(qū)高度不斷減小并出現(xiàn)鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)變，裂縫貫通，牛腿處混凝土被壓潰，構(gòu)件破壞。此后，荷載量測(cè)值下降。 （3）破壞情況如圖6，裂縫展開圖見附錄三。圖6 構(gòu)件破壞情況圖5. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析依次獲得荷載與縱筋應(yīng)變、混凝土應(yīng)變、側(cè)向撓度、曲率的曲線圖，并比較試驗(yàn)測(cè)量值和預(yù)估值。5.1 荷載-縱筋應(yīng)變圖7 荷載-縱筋應(yīng)變圖從圖中可以看出，大偏心受壓柱類似于受彎構(gòu)件，分為受拉區(qū)和受壓區(qū)，而且受拉區(qū)應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率大于受壓區(qū)，鋼筋首先達(dá)到屈服強(qiáng)度。5.2 荷載-混凝土應(yīng)變圖8 荷載-混凝土應(yīng)變圖 可以從圖中看出位移計(jì)1、3并不是成線性增長(zhǎng)，而且46

12、-9號(hào)通道測(cè)量的是受拉區(qū)的應(yīng)變卻在加載的開始呈現(xiàn)壓應(yīng)變，猜測(cè)是位移計(jì)在測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的故障，也可能是混凝土開裂對(duì)位移計(jì)的測(cè)量產(chǎn)生影響。排除掉46-9，在010kN的荷載范圍內(nèi)，認(rèn)為混凝土處于彈性階段，應(yīng)變基本符合平截面假定。5.3 荷載-撓度圖9荷載-撓度曲線圖5.4 荷載-曲率圖10 荷載-曲率曲線圖5.5 構(gòu)件承載力分析預(yù)估該構(gòu)件極限承載力為133.27kN，而實(shí)際測(cè)得的承載力為92.344kN，比與估值低出了30%。推測(cè)造成差距的原因?yàn)椋海?） 材料性能的不確定性。由于混凝土材料是一種各項(xiàng)異性材料，而且即便使用相同的配比的混凝土材料性質(zhì)也會(huì)有不同。而且材性試驗(yàn)中鋼筋的屈服強(qiáng)度甚至達(dá)到了548

13、MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)值，然而試驗(yàn)構(gòu)件中的材料可能沒有達(dá)到材料試驗(yàn)中的材料強(qiáng)度，致使實(shí)際測(cè)得的承載力小于理論值。（2）計(jì)算該構(gòu)件極限承載力的時(shí)候采用的是簡(jiǎn)化分析辦法，按照合力大小不變、合力作用點(diǎn)位置不變的原則，將截面混凝土應(yīng)力的曲邊形圖形簡(jiǎn)化成等效矩形時(shí)，大偏心受壓的合力比折算值要大，即大偏心受壓計(jì)算時(shí)偏于安全的。然而實(shí)際值卻甚至小于理論值，可以推測(cè)本試驗(yàn)材料性能造成的誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算模式造成的誤差。（3）構(gòu)件的尺寸可能和設(shè)計(jì)值不符合，使承載力低于理論值。6結(jié)論這次試驗(yàn)我充分了解了大偏心受壓柱的破壞過程。大偏心受壓構(gòu)件的應(yīng)力分布類似于雙筋適筋梁受彎。隨著荷載的加大，受拉區(qū)的混凝土出現(xiàn)橫向裂縫退

14、出工作，該區(qū)的鋼筋承擔(dān)大部分拉應(yīng)力而使其應(yīng)力和應(yīng)變?cè)鏊偌涌?，裂縫增多并向受壓區(qū)發(fā)展，受壓區(qū)高度減小，混凝土應(yīng)力增大。當(dāng)受拉區(qū)的鋼筋應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變的時(shí)候，鋼筋屈服，截面處形成一主裂縫。但受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變達(dá)到其極限抗壓應(yīng)變時(shí)，受壓區(qū)較薄弱處出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被壓碎而使構(gòu)件破壞。同時(shí)，通過理論值和實(shí)測(cè)值的比較可以看出，在考慮到混凝土材料性能的不定性情況下，大偏心受壓的計(jì)算是偏于安全的，實(shí)際的極限承載力要大于設(shè)計(jì)的理論值。附錄一極限承載力估算附錄二：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理荷載（kN）撓度（）曲率（10-6/mm）0.083-0.0026.66667E-054.7860.2510.00069.9850.3860.00038333314.8540.71850.00131666719.6410.68150.002424.9220.99550.00330.0391.2950.