混凝土结构设计(实践)20154.doc

辽宁省高等教育自学考试 土木工程 专业 《混凝土结构设计原理》 实验报告 驻点学院： 渤海大学培训学院 专业班级： 土木工程1204班 学 号： 070113200166 指导老师： 任莉莉 学生姓名: 康 健 实验日期： 2014年12月16日 钢筋混凝土梁正截面强度试验 一、试验目的 1、观察适筋梁的破坏过程(裂缝出现及开展，挠度变化及破坏特征)。 2、 观察适筋梁纯弯段在使用阶段的裂缝宽度及裂缝间距。 3、 验证平截面假定。 4、 初步了解正截面科学研究的基本方法。 二、试件设计 为了确保梁正截面强度破坏，试件的剪弯区段箍筋已配得很强。纵筋端部锚固也足够可靠。 图1－1和表1－1给出了L－1(适筋梁)的配筋详图及截面参数。设计时，砼采用C40，架立钢筋HRB400级钢筋，纵向受力筋HRB400级钢筋。 表1－1 项目 梁号 ①号筋 ②号筋 ③号筋 L1 (mm) L2 (mm) 梁宽 b(mm) 梁高 h(mm) 保护层层厚度 c(mm) L01 14 10 6 400 700 120 200 25 三、试件制作 试件采用干硬性砼，振捣器振捣，蒸气养护或自然养护28天，制作试件同时预留砼立方体试块(100100100mm)和纵向受力钢筋试件以测得砼和钢筋的实际强度，所用钢筋不得冷拉。 表1－2 项目 强度 砼立方体 100100100 HRB400级钢筋 强度(N/mm2) 50.33 362.71 图1－1 四、加荷装置 采用两点加荷，梁中部为纯弯区段。 见图1－2 图1－2 五、仪表安装(见图1－2) 1、百分表(Φ1～Φ3)用来测定梁的挠度，其中Φ1、Φ2用来测定支座沉降。 2、用应变片来测定纵向应变以验证平截面假定。 3、分配梁应与试件在同一平面内，并对中。 4、通过加载系统电脑直接显示所加荷载。 六、安全措施及注意事项 为了得到准确可靠的试验数据以及保证试验过程中人和仪器仪表的安全，应做到： 1、试验区域必需清洁整齐。 2、加荷系统稳定可靠。 3、为了防止仪表损坏，在安装时应轻拿轻放，用力要适当，并绑好安全绳。 4、在试验中不能够触动仪表，以免影响读数。 5、试验梁下设安全垫块以免梁破坏时伤害操作人员和破坏仪表。 6、试验过程中为避免人员伤害，不得在试件破坏阶段离试件过近（尤其不能在试件底面观察）。 七、加荷制度 1、荷载分级不宜超过计算破坏荷载的10％，构件开裂前每级荷载宜取计算破坏荷载的5％，开裂后宜取10％。 2、加荷后持续10分钟再加第二级荷载，并在加荷后10分钟开始读测仪表。 3、试验记录表格见试验报告。 八、 试验数据整理 1、对适筋梁破坏过程进行描述，并绘制裂缝分布图。 2、绘制适筋梁的荷载－挠度曲线。 3、绘制梁正截面应变分布图，验证平截面假定。 4、求实测极限弯矩与计算极限弯矩之比。 钢筋混凝土梁斜截面强度试验 一、试验目的 1、观察梁的斜截面破坏过程和特征（垂直裂缝出现，临界斜裂缝位置及斜裂缝宽度0.2mm时的荷载及破坏特征）。 2、 验算抗剪强度计算公式。 3、 初步了解梁斜截面研究的基本方法。 4、 对比剪压破坏与斜压破坏的特征。 二、试件设计 试件设计见图2－1。 三、试件制作(同正截面试验) 四、加荷装置 采用两点加荷，见图1－2, 采用一点加荷，见图1－2, 剪压取a=300mm；斜压取a=(1.0～1.5)h 图2－2 五、安全措施及注意事项(同正截面试验) 六、加荷制度 同正截面试验，试验记录表格见试验报告。 混凝土梁正截面承载力试验报告 专业班级： 土木工程1204班 考号： 070113200166 姓名： 康 健 实验项目：混凝土梁正截面承载力试验 一、根据实测数据，按下列公式求适筋梁跨中挠度值，填写混凝土梁不同位置应变值。 荷载 2P(KN) 0 10 20 26.8 30 40 50 Φ1 0 26 151 220 260 386 512 Φ2 0 21 133 198 235 352 466 Φ3 0 20 120 207 262 444 610 挠度 υ(mm) 0 -3.5 -22 -2 14.5 75 121 应变 1 0 -14 -77 -128 -158 -267 -305 2 0 -6 -22 -30 -27 -16 -11 3 0 0 23 56 95 216 385 4 0 8 10 204 265 459 6967 5 0 15 214 385 524 865 7021 二、绘制纯弯区正截面应变分布。 （1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。 理论计算： 通过分析对比，实验数据跟理论数据存在着误差，主要原因： 1实验时没有考虑梁的自重，而计算理论值时会把自重考虑进去； 2. 计算的阶段值都是现象发生前一刻的荷载，但是实验给出的却是现象发生后一刻的荷载； 3.破坏荷载与屈服荷载的大小相差很小，1.5倍不能准确的计算破坏荷载； 4.整个计算过程都假设中和轴在受弯截面的中间。 （2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度） 当构件开裂时， 三、根据试验数据填写下列表格。 梁号 砼立方 强度fcu 钢筋屈服强度 fy 开裂荷载 破坏荷载 最大 挠度 最大裂缝宽度 (N/mm2) HRB级 (N/mm2) 2Pcr(KN) 2Pu(KN) υmax (mm) Wmax (mm) L01 50.33 400 26.7 110 7.5 0.30 四、根据试验观察及上分析结果，对适筋梁破坏过程进行描述(三个阶段)。并与所观察的适筋梁进行比较。 ⑴ 第一阶段：截面开裂前的阶段 当荷载很小时，截面上的内力很小，应力与应变成正比，截面的应力分布为直线。 当荷载不断增大时，截面上的内力也不断增大，由于受拉区混凝土出现塑性变形，而使受拉区的应力图形呈曲线。当荷载增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土可达其实际的抗拉强度和抗拉极限应变值。截面处在开裂前的临界状态。 ⑵ 第二阶段：从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋开始屈服的阶段 截面受力达Ia阶段后，荷载只要稍许增加，截面立即开裂，截面上的应力发生重分布，裂缝处混凝土不再承受拉应力，钢筋的拉应力突然增大，受压区混凝土出现明显的塑性变形，应力图形呈曲线。 荷载继续增加，裂缝进一步开展，钢筋和混凝土的应力不断增大。当荷载增加到某一数值时，受拉区纵向受力钢筋开始屈服，钢筋应力达到其屈服强度。 ⑶ 第三阶段：破坏阶段 受拉区纵向受力钢筋屈服后，截面承载力无明显增加，但塑性变形急速发展，裂缝迅速开展，并向受压区延伸，受压区面积减小，受压区混凝土压应力迅速增大。 在荷载几乎保持不变情况下，裂缝进一步急剧开展，受压区混凝土出现纵向裂缝，混凝土被完全压碎，截面发生破坏。 试验表明，从开始加载到构件破坏的整个受力过程中，变形前的平面，变形后仍保持平面。 （3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝） （4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 ①当荷载在0.5KN内，梁属于弹性阶段，没有达到屈服更没有受到破坏。 ②当荷载在0.5KN的基础上分级加载，受拉区混凝土进入塑性阶段，手拉应变曲线开始呈现较明显的曲线性，并且曲线的切线斜率不断减小，表现为在受压区压应变增大的过程中，合拉力的增长不断减小，而此时受压区混凝土和受拉钢筋仍工作在弹性范围，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证斜截面内力平衡。当内力增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度和极限拉应变，截面处于开裂前的临界状态。 ③接着荷载只要增加少许，受拉区混凝土拉应变超过极限抗拉应变，部分薄弱地方的混凝土开始出现裂缝，此时荷载为9.7KN。在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，是钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。此时钢筋的应力应变突然增加很多，曲率急剧增大，受压区高度急剧下降，在挠度-荷载曲线上表现为有一个表示挠度突然增大的转折。内力重新分布完成后，荷载继续增加时，钢筋承担了绝大部分拉应力，应变增量与荷载增量成一定的线性关系，表现为梁的抗弯刚度与开裂一瞬间相比又有所上升，挠度与荷载曲线成一定的线性关系。随着荷载的增加，刚进的应力应变不断增大，直至最后达到屈服前的临界状态。 ④钢筋屈服至受压区混凝土达到峰值应力阶段。此阶段初内力只要增加一点儿，钢筋便即屈服。此时荷载为95.6KN。一旦屈服，理论上可看作钢筋应力不再增大（钢筋的应力增量急剧衰减），截面承载力已接近破坏荷载，在梁内钢筋屈服的部位开始形成塑性铰，但混凝土受压区边缘应力还未达到峰值应力。随着荷载的少许增加，裂缝继续向上开展，混凝土受压区高度降低，中和轴上移，内力臂增大，使得承载力会有所增大，但增大非常有限，而由于裂缝的急剧开展和混凝土压应变的迅速增加，梁的抗弯刚度急剧降低，裂缝截面的曲率和梁的挠度迅速增大。 （5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。 配筋率越高，受弯构件正截面承载力越大，最大裂缝宽度值越小，但配筋率的提高对减小挠度的效果不明显。 4．实验结果讨论与实验小结，即实验报告的最后部分，同学们综合所学知识及实验所得结论认真回答思考题并提出自己的见解、讨论存在的问题。 在这一次的钢筋混凝土受弯构件正截面试验中，相对其他的实验来说，难度确实是大了一点，但收获也是很丰富的。在这次实验中，不但进一步加强了对钢筋混凝土正截面受弯承载力的认识，也意识到自己还有很多需要提高的地方。不仅要加强对基础知识的理解，也要牢牢记住很多相关的细节，例如公式中很多的参数，都有各自的规范。需要在计算的时候重点注意。有几次，因为疏忽了参数的相关要求，不得不重新做一遍。程序中钢筋直径要求在10mm到30mm内，因此在配筋时也花了比较多的时间。除此之外，CAD、PS、办公软件的技巧，都值得自己以后常常复习。这样子，在进行相关的操作的时候，可以省下很多时间。还有，一些细小的电脑技巧，也要认真学好。 本次模拟试验所做的三种破坏形态：少筋破坏、适筋破坏及超筋破坏。试验表明适筋破坏属于延性破坏：从钢筋屈服到受压区混凝土压碎的过程中，钢筋要历经较大的塑性变形，随之引起裂缝急剧开展和挠度剧增。而少筋破坏及超筋破坏则属于脆性破坏：在没有明显预兆的情况下由于受压区混凝土被压碎而突然破坏。因此，在工程应用中绝不能出现少筋、超筋的配筋情况。通过本次模拟试验掌握了正截面受弯的三个受力阶段，充分体验了钢筋混凝土受弯的整个过程；同时还掌握了挠度和裂缝的计算，另外还懂得操作制图软件。 在这次的实验中，对挠度的计算、最大裂缝的计算，只有适筋梁才有做。因为，自己去查了一些少筋和超筋的相关文献，都是经验公式，而且很复杂。最后得出来的结果，误差也比较大。 还有，对于挠度系数的确定，考虑到结果与实际的拟合性，决定用0.11，因为拟合性比较好。对于挠度系数的确定，可用公式(3L2-4a2)/24L2 希望在下一次的实验中，能够在实验前做好充分的准备。把不懂的问题收集好，到第二节课的时候可以再问问老师，提高效率，加大自己的动手实践能力。 混凝土梁斜截面抗剪承载力试验报告 专业班级： 土木工程1204班 考号： 070113200166 姓名： 康 健 实验项目：混凝土梁斜截面抗剪承载力试验 一、根据试验数据填写下列表格 梁号 砼立方 强度fcu 钢筋屈服强度 fy 剪跨 a 破坏荷载 (N/mm2) HRB级 (N/mm2) mm 2Pu(KN) L01 47.81 335 200 67.5 L02 50.50 335 300 52 L02 45.62 400 600 27 2、 对斜拉、剪压和斜压破坏过程进行描述。并绘制斜裂缝缝分布图。 ⑵ 剪压破坏：常发生剪压破坏，在弯剪区段的受拉区边缘会出现一些竖向裂缝，它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一些斜裂缝。 剪压破坏图 ⑶ 斜拉破坏：当竖向裂缝一出现，就迅速向受压区斜向延伸，斜截面承载力随之丧失。 斜压破坏图 ⑴ 斜压破坏：λ＜1时，发生斜压破坏，这种破坏多数发生在剪力大而弯矩少的区段。 （1）计算的开裂剪力、极限剪力与模拟实验的数值对比，分析原因。 取 发生斜拉破坏时，当混凝土开裂后，在荷载的增加下，梁的变形急剧增加，很快发生破坏，没有明显的挠度，故不需计算挠度。 （3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝） 斜拉破坏图 发生斜拉破坏时，当混凝土开裂后，在荷载的增加下，梁的变形急剧增加，很快发生破坏，故不需计算裂缝。 （4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 弹性阶段：再此阶段混凝土的受拉应力应变曲线和受压应力应变曲线都近似直线，因此，基本上可看成混凝土在弹性范围内工作。而钢筋此时也工作在弹性范围内，所以整根钢筋混凝土梁可看似一根匀质弹性梁。在加载过程中梁的刚度不变，表现为这一阶段梁的挠度——荷载曲线基本为直线。在受压区混凝土压应变增大的过程中，受拉钢筋应力呈直线增加，受压区合压力和受拉区合拉力也基本呈直线增加，由平截面假定可知，此时的受拉区高度应近似保持不变。 受拉区混凝土呈现塑性到开裂阶段：此阶段初受拉区混凝土进入塑性阶段，混凝土的受拉应力应变曲线呈现较明显的曲线线性，并且曲线的切线斜率不断减小，表现为在受拉区应变增大过程中，受拉区混凝土合力的增长不断减小，而此时受压区混凝土和受拉钢筋仍在工作弹性范围内，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证截面内力平衡。当内力增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度和极限应变，截面处于开裂前的临界状态。 开裂至钢筋屈服：此阶段一开始只要增加少许，受拉区混凝土拉应变超过极限抗拉应变，部分薄弱地方的混凝土开始出现裂缝。在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担绝大部分拉力交给受拉钢筋，使钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度，此时受压区混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。此时钢筋的应力应变突然增加很多，曲率急剧增大，受压区高度也急剧下降，在挠度——荷载曲线上表现为有一个表示挠度突然增大的转折。内力重分布完成后，荷载继续增加时，钢筋承担了绝大部分拉应力，应变增量与荷载增量呈一定的线性关系，变现为梁的抗弯刚度与开裂瞬间相比又有所上升，挠度与荷载曲线成一定的线性关系。随着荷载的增加，钢筋应力应变不断增大，直至最后达到屈服前的临界状态。 钢筋屈服至受压区混凝土达到峰值应力阶段：此阶段初应力只要增加一点，钢筋便即屈服。一旦屈服，理论上可看做钢筋应力不再增大，截面承载力已接近破坏荷载，在梁内钢筋屈服的部位开始形成塑性铰，但是混凝土受压区边缘应力还未达到峰值应力。随着荷载的少许增加，裂缝继续向上开展，混凝土受压区高度降低，中和轴上移，内力臂增大，使得承载力会有所增大，但增大非常有限，而由于裂缝的急剧开展和混凝土压应变的迅速增加，梁的抗弯刚度急剧降低，裂缝截面的曲率和梁的挠度迅速增大，所以，我们可以看到受拉钢筋屈服后荷载——挠度曲线有一个明显的转折，以后曲线就趋向平缓，像是步上了一个台阶一样。 （5） 简述配箍率对受弯构件斜截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。 3.2 剪压破坏： （1）计算的开裂剪力、极限剪力与模拟实验的数值对比，分析原因。 取 （2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度） 极限荷载时，最大挠度的计算： （3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝） （4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 弹性阶段：再此阶段混凝土的受拉应力应变曲线和受压应力应变曲线都近似直线，因此，基本上可看成混凝土在弹性范围内工作。而钢筋此时也工作在弹性范围内，所以整根钢筋混凝土梁可看似一根匀质弹性梁。在加载过程中梁的刚度不变，表现为这一阶段梁的挠度——荷载曲线基本为直线。在受压区混凝土压应变增大的过程中，受拉钢筋应力呈直线增加，受压区合压力和受拉区合拉力也基本呈直线增加，由平截面假定可知，此时的受拉区高度应近似保持不变。 受拉区混凝土呈现塑性到开裂阶段：此阶段初受拉区混凝土进入塑性阶段，混凝土的受拉应力应变曲线呈现较明显的曲线线性，并且曲线的切线斜率不断减小，表现为在受拉区应变增大过程中，受拉区混凝土合力的增长不断减小，而此时受压区混凝土和受拉钢筋仍在工作弹性范围内，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证截面内力平衡。当内力增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度和极限应变，截面处于开裂前的临界状态。 破坏阶段：随着荷载的增加，梁的变形急剧增大，挠度发生明显的变化。最后，随着裂缝的增多，梁缓慢发生破坏。 （5）简述配箍率对受弯构件斜截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。 3.3 斜压破坏： （1）计算的开裂剪力、极限剪力与模拟实验的数值对比，分析原因。 取 （2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度） 发生斜压破坏时，挠度不明显，故不需计算。 （3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝） 发生斜压破坏时，因为属于脆性破坏，故不需计算裂缝。 （4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 弹性阶段：再此阶段混凝土的受拉应力应变曲线和受压应力应变曲线都近似直线，因此，基本上可看成混凝土在弹性范围内工作。而钢筋此时也工作在弹性范围内，所以整根钢筋混凝土梁可看似一根匀质弹性梁。在加载过程中梁的刚度不变，表现为这一阶段梁的挠度——荷载曲线基本为直线。在受压区混凝土压应变增大的过程中，受拉钢筋应力呈直线增加，受压区合压力和受拉区合拉力也基本呈直线增加，由平截面假定可知，此时的受拉区高度应近似保持不变。 受拉区混凝土呈现塑性到开裂阶段：此阶段初受拉区混凝土进入塑性阶段，混凝土的受拉应力应变曲线呈现较明显的曲线线性，并且曲线的切线斜率不断减小，表现为在受拉区应变增大过程中，受拉区混凝土合力的增长不断减小，而此时受压区混凝土和受拉钢筋仍在工作弹性范围内，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证截面内力平衡。当内力增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度和极限应变，截面处于开裂前的临界状态。 破坏阶段：随着荷载的增加，梁的变形急剧增大，裂缝越来越多，但是梁的挠度变化不明显。最后，当达到极限荷载时，梁突然发生破坏。 18