正截面实验报告

1、混凝土结构设计原理实验报告实验一 钢筋混凝土受弯构件正截面试验土木工程 专业 11 级2班姓名陈静洁 学号201110534213二零一三年十月 仲恺农业工程学院城市建设学院目 录一、实验目的2二、实验设备22.1 试件特征22.2 实验仪器设备2 2.3 实验装置2三、实验成果与分析3 实验简图3 1 实验简图 3 2 少筋破坏-配筋截面图 3 3 适筋破坏-配筋截面图 3 4 超筋破坏-配筋截面图 43.1少筋破坏： 4 （1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数据对比，分析原因 4 （2）绘出试验梁p-f变形曲线 5 （3）绘制裂缝分布形态图 5 （4）简述裂缝的出现、分布和开展的过程

2、与机理 6 （5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝的影响 63.2适筋破坏： 6（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数据对比，分析原因 6 （2）绘出试验梁p-f变形曲线 7 （3）绘制裂缝分布形态图 7 （4）简述裂缝的出现、分布和开展的过程与机理 9 （5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝的影响10 3.3超筋破坏： 10（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数据对比，分析原因 10 （2）绘出试验梁p-f变形曲线 11 （3）绘制裂缝分布形态图 12 （4）简述裂缝的出现、分布和开展的过程与机理 12 （5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝的

3、影响 12四、实验结果讨论与实验小结 13仲恺农业工程学院实验报告纸 城市建设学院 （院、系） 土木工程 专业 112 班 1 组 混凝土结构设计原理 课学号 13 姓名 陈静洁 实验日期 2013.10.30 教师评定 实验一 钢筋混凝土受弯构件正截面试验1. 实验目的：（1） 了解受弯构件正截面的承载力大小、挠度变化及裂缝出现和发展过程；（2） 观察了解受弯构件受力和变形过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征；（3）测定或计算受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证正截面承载力计算方法。2.实验设备：试件特征（1）根据实验要求，试验梁的混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋强度等级，箍筋与架

4、立筋钢筋强度等级。（2）试件为b×h=250×600mm2,纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为20mm。少筋、适筋、超筋的箍筋都是1280，保证不发生斜截面破坏；纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为20mm。（3）梁的受压区配有两根 10 的架立筋，通过箍筋与受力筋绑扎在一起，形成骨架，保证受力钢 筋处在正确的位置。 试验仪器设备：（1）静力试验台座、反力架、支座与支墩（2）手动式液压千斤顶 （3）20T 荷重传感器 （4）YD-21 型动态电阻应变仪 （5）X-Y 函数记录仪 （6）YJ-26 型静态电阻应变仪及平衡箱 （7）读数显微镜及放大镜 （8）位移计（百分表）及磁性

5、表座 （9）电阻应变片、导线等 实验装置：3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。实验简图少筋破坏-配筋截面：加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）加载： Fcr=13.586KN Fu=12.593KN适筋破坏-配筋截面加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）加载：Fcr=16.7KN Fy=136.3KN Fu=140.3KN超筋破坏-配筋截面加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）加载：Fcr=34.06KN Fu=57.45KN3.1 少筋

6、破坏：（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 AS=157mm2 as=20+12+102=37mmh0=h-as=600-37=563mm 由于1fcbx=Asftk 所以MMcr=1fcbx（h0-x2)=ftkAs（h0-x2)开裂弯矩 xcr=Asftk1fcb=157×2.011.0×14.3×250=0.088mm Mcr=Asftkh0-xcr2=2.01×157×563-0.0882 =0.178KN·M 开裂荷载 Fcr=Mcra=0.1782.8=0.064KN 极限弯矩xu=Asf

7、stk1fckb=157×5401.0×20.1×250=16.87mm Mu=Asfstkh0-xcr2=540×157×563-16.872 =47.02KN·极限荷载 Fu=Mua=47.022.8=16.79KN（单位:kN·m）计算值实验值开裂弯矩0.17838.04极限弯矩47.0235.26（单位:kN）计算值实验值开裂荷载0.06413.586极限荷载16.7912.593通过分析对比，实验数据跟理论数据存在着误差，主要原因：计算钢筋混凝土开裂时的受压区高度x，采用了fc即混凝土轴心强度设计值，实际上在实验的

8、时候那个力并没有这么大；各阶段的计算值都是开裂、破坏现象出现前的荷载，但是实验给出的荷载是现象发生后的荷载；破坏荷载与屈服荷载的大小相差很小；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）注：在很小荷载的作用下，少筋梁即破坏，挠度无法计算（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）注：少筋梁在裂缝出现到破坏期间时间极短，裂缝难以计算。（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。在荷载为0.8KN时，梁处于弹性阶段。在此阶段混凝土的受压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

9、混凝土梁可近似看成一根匀质弹性梁。在加载过程中梁的刚度不变，变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过程中，受压钢筋拉应力呈直线增加，受压区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，此时的受压区高度应近似保持不变。受拉混凝土呈现塑性到开裂破坏阶段。在荷载此阶段荷载只要增加少许，受压区混凝土拉应变超过极限拉应变，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（理论上）把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，像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便显出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。此时

10、因为配筋率少于最小配筋率，故一旦原来由混凝土承担的拉力由钢筋承担后，钢筋迅速达到屈服。受压区高度会迅速降低，以增加内力臂来提高抗弯能力。在受压区高度降低的同时，荷载也会降低，直到由受压区高度降低所提高的抗弯能力等于降低后的荷载所引起的弯矩时，受压区高度才稳定下来。在挠度-荷载曲线上就表现为荷载有一个突然的下降。然后受压区高度进一步下降，钢筋历尽屈服台阶达到硬化阶段，荷载又有一定上升。此时受压区混凝土仍未被压碎，即梁尚未丧失承载能力。但这时裂缝开展很大，梁严重下垂，也被视为已达破坏。（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，最大裂缝值越小

11、，但配筋率的提高对减小挠度的效果不明显。3.2 适筋破坏：（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：AS=1964mm2 as=20+12+252=44.5mm h0=h-as=600-44.5=555.5mm，取556mm开裂弯矩 xcr=ftkAs1fcb=(1964×2.01)/(1.0×14.3×250)=1.1mmMcr=ftkAsh0-xcr2=2.01×1964×556-1.12 =2.19KN·M 开裂荷载 Fcr=Mcra=2.19/2.8=0.78KN屈服弯矩 Xy=fyAs1fcb=

12、1964×3601.0×14.3×250=197.77mm My=fyAsh0-x2=360×1964×556-197.772=323.20KN·M 屈服荷载 Fy=Mya=323.20/2.8=115.43KN极限弯矩 xu=fstkAs1fckb=1964×5401.0×20.1×250=211.06mm Mu=540×1964×556-211.062=477.75KN·M 极限荷载 Fu=Mua=477.22/2.8=170.44KN（单位:kN·m）计算值实

13、验值开裂弯矩2.1946.76屈服弯矩323.20381.64极限弯矩477.75392.84（单位:kN）计算值实验值开裂荷载0.7816.7屈服荷载115.30136.3极限荷载170.44140.3 通过对比数据，分析计算数据与实验数据存在较大的误差，有如下原因：在钢筋混凝土开裂阶段， c的值不能确定，的值较大，故取计算所得的值偏小；实验值忽略梁的自重，但通过理论计算的方法已把梁的自重纳入计算；（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）理论计算：AS=1964mm2 h0= 556mm 开裂挠度：sq=Mcr×h0×AS=2.19×1060.87×

14、;556×1964=2.305N/mm2 =1.1-0.65ftkte×sq=1.1-0.652.010.026×2.305=负数，取0.2 Bs=EsASh021.15+0.2+6E=2×105×1964×55621.15×0.2+6×0.094=1.222×1014N·mm2 B=McrBsMcr-1+Mcr=Bs2=1.222×10142=6.108×1013 f=S·Mcrl02B=0.106×2.19×106×840026.1

15、08×10130.268mm 屈服挠度：极限挠度：以此类推，在不同的荷载下，可以得出相关数据:F(kN)0.7842.8685.71115.30170.44Mk(KN·m)2.19120240323.20477.75sq(KN·m)2.305126.31252.62340502.890.20.7020.9020.951.0Bs×1013(KN·m)12.227.7286.7416.546.34f(mm)0.26811.6153.2773.93112.72计算得出的荷载-挠度曲线：实验得出的荷载-挠度曲线：（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）

16、 最大裂缝宽度： （）屈服最大裂缝宽度：极限最大裂缝宽度：（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。当荷载达到136.3kN时，试件处在开裂至钢筋屈服阶段。一开始荷载只要增加少许，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。在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子（理论上）把原来承担的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（对配筋图相对

17、较大的梁这个转折不明显，但对配筋率较小的梁可以很明显的看到荷载-挠度曲线上的这个转折）。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成一定的线性关系（不再像开裂时那样应变急剧增大），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，钢筋的应力应变不断增大，直至最后达到屈服前的临界状态。荷载达到140kN的过程是钢筋屈服至受压区混凝土达到峰值应力阶段。在此阶段，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（由于钢筋应力已不再增加而混凝土边缘压应力仍持续增大的缘故，受压区高度必须随混凝土受压区边缘应变增加而

18、降低，否则截面内力将不平衡），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。3.3 超筋破坏：（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: As=3927mm2 as=20+12+25+12.5=69.5mm ，则as取70mmh0=h-as=600-70=530mm开裂弯矩xcr=ftkAs1

19、bfc=2.01×39271.0×250×14.3=2.21mm Mcr=ftkAsh0-xcr2=2.01×3927×530-2.212=4.18kNm 开裂荷载 Fcr=Mcra=4.182.8=1.49KN极限弯矩xu=fstkAs1bfck=540×39271.0×250×20.1=422mm Mu=fstkAsh0-x2=540×3927×530-4222=676.5kNm 极限荷载 Fu=Mua=676.52.8=241.61KN（单位:kN·m）计算值实验值开裂弯矩4.1

20、895.37极限弯矩676.5160.86（单位:kN）计算值实验值开裂荷载1.4934.06极限荷载241.6157.45通过分析对比，实验数据与理论数据存在着误差，主要原因：构件的平整度，截面尺寸是否准确、混凝土实际保护层的厚度等施工质量会使计算值与实际抗弯承载力产生差异。应变片的粘贴位置会产生差异。传感器的精度会产生差异。百分表的位置影响。手持式应变仪的读数影响。应变片的温度补偿产生差异。选用设备的量程不合理。读数间隔时间相差很大。各种人为因素，仪器操作的熟练程度，实验时仪表出现碰撞。读数出现误差。没有加载。（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）注：超筋破坏在荷载作用下至破坏期间挠

21、度变化小，难以计算。（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）注：超筋梁在荷载作用至破坏期间有效受拉混凝土截面面积小，难以计算。（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 在荷载为10KN时，梁处于弹性阶段。 在荷载达到34.062KN时，混凝土开裂，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力钢筋，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出现一定的塑性，应力图形开舒城县平缓的曲线。 又因为配筋率高于最大配筋率，故一旦原来由混凝土承担的拉力由钢筋承担后，钢筋迅速达到屈服。受压区高度会迅速降低，以增大内力臂来提高抗弯能力。同时，所提高的抗弯能力等于降低后荷载引起的弯矩，受压区高度才能稳定下来。在挠度-荷载曲线上就表现为荷载有一个突然地下降。然后受压区高度进一步下降，钢筋历尽屈服阶段达到硬化阶段，荷载又有一定的上升。此时，受压区混凝土仍未被压碎，即梁尚未丧失承载能力，但这时裂缝开展很大，梁已经严重下垂，也被视为已破坏。（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