同济大学混凝土试验大偏心受压柱试验报告材料

1、标准混凝土结构基本原理试验课程作业L ENGINEERING试验报告试验课教师林峰姓名学号手机号任课教师顾祥林文案混凝土结构基本原理试验课程作业L ENGINEERING大偏心受压柱试验报告试 验 名 称 大偏心受压柱试验 试验课教师 林峰 姓名 学号 手机号 任课教师 日 期 2014 年 11 月 18 日1. 试验目的通过试验了解大偏心受压柱破坏的全过程， 掌握测试混凝土受压构件基本性能的试验方 法。同时巩固大偏心受压柱承载力的计算方法， 并通过对理论值和试验值的比较加深对混凝 土基本原理的理解。2. 试件设计2.1 材料和试件尺寸 混凝土： C20 钢筋：使用 I 级钢筋作为箍筋， I

2、I 级钢筋作为纵筋 试件尺寸（矩形截面）： b×h×l=120 ×120×870mm 详细尺寸见图 1 大偏心受压柱配筋图2.2 试件设计 （ 1）试件设计的依据 为减少“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制l0/h 。5通过调整轴向力的作用位置，即偏心距 e0,使试件的破坏状态为大偏心受压破坏。（2）试件参数如表 13 8503 8503 85024 61004123 850612412008508501204双向钢丝网 2片尺寸170x90柱试件立面图图 1 大偏心受压柱配筋图表 1 试件参数表试件尺寸（矩形截面）b×h×l

3、=120 ×120×870mm纵向钢筋（对称配筋）4 12箍筋6100（ 2）纵向钢筋混凝土保护层厚度15mm配筋图图1偏心距 e0100mm4双向钢丝网 2片尺寸170x903)试件承载力估算Nc=1fcbh02Nce=1fcbh02(1-0.5) + fy' A s'(h0-as ') e=e0+0.5h-a s不妨令：f bh2A= , B= 1f cbh(0 e - h0), C= -f y As (h0 s )从而有：-B B2 4AC2A得出本次试验试件的极限承载力的预估值为： Ncu=87.71kN详细计算过程见附录 12.3 试件的制

4、作根据普通混凝土力学性能试验方法标准 GB/T 50081-2002 规定， 成型前，试模内 表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。取样或拌制好的混凝土拌合物，至少用铁锨再来回拌合三次。 将混凝土拌合物一次装入试模， 装料时应用抹刀沿各试模壁插捣， 并使混凝土拌合物高 出试模口。采用标准养护的试件，应在温度为 20± 5的环境中静置一昼夜至二昼夜，然后编号、 拆模。拆模后应立即放入温度为 20± 2，相对湿度为 95%以上的标准养护室中养护，或在 温度为 20± 2的不流动的氢氧化钙饱和溶液中养护。标准养护龄期为28d（从搅拌加水开始计时）。3.材

5、性试验3.1 混凝土材性试验混凝土强度实测结果试块留设时间： 2014 年 9 月 25 日试块试验时间： 2014 年 12 月 8 日GB试块养护条件：与试件同条件养护试件尺寸150mm× 150mm× 150mm实测立方体 抗压强度 /MPa平均立方体 抗压强度 /MPa推定轴心 抗压强度 /MPa推定轴心 抗拉强度 /MPa推定 弹性模量/GPa23.422.022.517.11.8926.7522.2注：轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国家标准混凝土结构设计规范50010-2010 推定。3.2 钢筋材性试验钢筋强度实测结果公称直径 /mm屈服荷载 /kN

6、极限荷载 /kN屈服强度 平均值 /MPa极限强度 平均值 /MPa试件平均试件平均6 光圆11.611.316.015.740055611.215.611.215.612 带肋60627173548646637462734. 试验过程4.1 加载装置 柱偏心受压试验的加载装置如图 2 所示。 采用千斤顶加载， 支座一端为固定铰支座， 另 一端为滚动铰支座以减少支座带来的水平荷载对构件的影响。铰支座垫板应有足够的刚度， 避免垫板处混凝土局部破坏。图2 柱偏心受压试验加载装置4.2 加载制度单调分级加载机制：在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级 荷载的前

7、1 级。58应变片共计 8片1200780013应变片共计8片58正式分级加载 /kN：05101520253035 404550 5560破坏，在 加载到 60kN 时，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。4.3 量测与观测内容4.3.1 荷载荷载按照分级加载，破坏时的极限荷载为 92.344kN 。具体取用的荷载值见表 2表2 荷载取值表时间荷载（ kN ）时间荷载（ 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

8、:119.9852014/11/18 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 14:5884.3392014/11/1

9、8 14:4645.0582014/11/18 14:5986.0722014/11/18 14:4950.012014/11/18 14:5992.3444.3.2 纵筋应变 纵筋应变由布置在柱内部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置如图 3200图 3 大偏心受压柱试验纵向钢筋应变测点布置其中，1 至 8 号应变片分别对应了通道 43-1、43-2、43-3、43-4、43-6、43-7、43-8、43-9， 通道 43-6 所对应的应变片损坏。具体数值见图 7混凝土应变测点布4.3.3 混凝土应变 混凝土应变由布置在内部纵筋表面和柱表面混凝土上的应变计量测， 置如图 4。图 4 大偏心

10、受压柱试验混凝土应变测点布置位移计 1、 2、 3、 4 依次对应通道 46-9 、 46-2、 46-3、46-4。但在观测中发现位移计 1、3 的测量值并不是线性变化，可能位移计本身存在问题，如图8 。4.3.4 挠度 侧向挠度由柱长度范围内布置 3 个位移计量测， 在荷载达到 60kN 的时候撤掉位移计。1短期跨中挠度实测值可以按照公式 f f6f5 f7 直接得出。侧向扰度测点布置见图6 2 5 75，依次对应通道 46-8、46-6 、 46-7。图5 大偏心受压柱试验侧向挠度测点布置4.3.5 裂缝实验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mm ×50mm 的网格。试验时借助

11、手电筒用肉 眼查找裂缝并且用铅笔标记出裂缝的位置、 标号。之后对裂缝的发生发展情况进行详细观测， 用读数放大镜测量各级荷载作用下的裂缝宽度、 长度及裂缝间距， 并用相机拍摄后手动绘制 裂缝展开图。4.4 裂缝发展及破坏形态（1）实验前构件初始状态经过观察构件初始状态良好，肉眼观测没有初始裂缝（2）各级荷载作用下构件裂缝发展情况（020kN）当荷载较小时，受压区及受拉区混凝土和钢筋的应力都较小，受压区和受 拉区钢筋、混凝土应变应力增长速度基本一致。（20kN 70kN）混凝土远离轴向力一侧开始出现横向裂缝但比较细。随着荷载增加裂缝条数增加并且向受压区发展。 此时受拉区钢筋应变飞速增长， 可以推测

12、出受拉区混凝土已经 基本退出了工作，拉应力主要由钢筋承担。大概在 70kN 的时候，受拉钢筋屈服，裂缝进一 步发展，使受压区高度减小，受压区应力增加，较薄弱处出现纵向裂缝。（70kN 90kN）在荷载增加过程中， 受压区高度不断减小并出现钢筋达到屈服应变，裂缝贯通，牛腿处混凝土被压溃，构件破坏。此后，荷载量测值下降。（ 3）破坏情况如图 6，裂缝展开图见附录三。图6 构件破坏情况图5. 试验数据处理与分析 依次获得荷载与纵筋应变、混凝土应变、 侧向挠度、 曲率的曲线图， 并比较试验测量值 和预估值。5.1 荷载 -纵筋应变图 7 荷载 - 纵筋应变图从图中可以看出， 大偏心受压柱类似于受弯构件

13、， 分为受拉区和受压区， 而且受拉区应 变增长速率大于受压区，钢筋首先达到屈服强度。5.2 荷载 -混凝土应变图 8 荷载 - 混凝土应变图可以从图中看出位移计 1、 3并不是成线性增长，而且 46-9 号通道测量的是受拉区的应 变却在加载的开始呈现压应变， 猜测是位移计在测量时出现的故障， 也可能是混凝土开裂对 位移计的测量产生影响。排除掉46-9，在 0 10kN 的荷载范围内，认为混凝土处于弹性阶段，应变基本符合平截面假定。5.3 荷载 -挠度图 9 荷载 - 挠度曲线图5.4 荷载 -曲率图 10 荷载 - 曲率曲线图5.5 构件承载力分析asa sc d 15 12 21mm22e

14、e0 0.5h as 100 0.5 120 21 139mmh0 h as 120 21 99mm22AS AS 3.14 6 2 226.08mmNc 1 fcbh02Nce 1 f cbh02 (1 0.5 ) fy As(h0 as )1fcbh0221 17.1 120 992210055826B1fcbh(0 e- h0) 1 17.1 120 99 (139 99) 8125920C -fy As (h0s ) 548 226.08 (99 21) 9663563.52-B B 2 4AC2A0.656Ncu 133.27kN预估该构件极限承载力为 133.27kN ，而实际测得

15、的承载力为 92.344kN ，比与估值低出 了 30% 。推测造成差距的原因为：（1）材料性能的不确定性。由于混凝土材料是一种各项异性材料，而且即便使用相同 的配比的混凝土材料性质也会有不同。 而且材性试验中钢筋的屈服强度甚至达到了 548MPa， 远远超出了标准值， 然而试验构件中的材料可能没有达到材料试验中的材料强度， 致使实际 测得的承载力小于理论值。（2）计算该构件极限承载力的时候采用的是简化分析办法，按照合力大小不变、合力 作用点位置不变的原则， 将截面混凝土应力的曲边形图形简化成等效矩形时， 大偏心受压的 合力比折算值要大， 即大偏心受压计算时偏于安全的。 然而实际值却甚至小于理

16、论值， 可以 推测本试验材料性能造成的误差远远大于计算模式造成的误差。（3）构件的尺寸可能和设计值不符合，使承载力低于理论值。6 结论这次试验我充分了解了大偏心受压柱的破坏过程。 大偏心受压构件的应力分布类似于双 筋适筋梁受弯。 随着荷载的加大， 受拉区的混凝土出现横向裂缝退出工作， 该区的钢筋承担 大部分拉应力而使其应力和应变增速加快， 裂缝增多并向受压区发展， 受压区高度减小， 混 凝土应力增大。 当受拉区的钢筋应变达到屈服应变的时候， 钢筋屈服， 截面处形成一主裂缝。 但受压区混凝土压应变达到其极限抗压应变时， 受压区较薄弱处出现纵向裂缝， 混凝土被压 碎而使构件破坏。同时，通过理论值和

17、实测值的比较可以看出， 在考虑到混凝土材料性能的不定性情况下， 大偏心受压的计算是偏于安全的，实际的极限承载力要大于设计的理论值。附录一 极限承载力估算d 12as as c 15 21mmss 2 2e e0 0.5h as 100 0.5 120 21 139mm h0 h as 120 21 99mm22AS AS 3.14 6 2 226.08mm N c1 f ckbh02as )Nce 1 f ckbh02 (1 0.5 ) fy As(h022A 1f ck bh0 1 13.4 120 99 7880004 22B 1fcbh(0 e- h0) 1 13.4 120 99 (139 99) 63676802ANcu 87.71kNC -fy As (h0 s ) 335 226.08 (99 21) 5907470.4 -B B2 4AC 0.551附录二：实验数据处理荷载（ kN ）挠度（ mm ）曲率（ 10-6/mm ）0.083-0.0026.66667E-054.7860.2510.00069.9850.3860.00038333314.8540.71850.001