同济大学混凝土试验梁剪压破坏试验报告讲诉

1、混凝土结构基本原理试验课程作业土沖決程爭旣L ENGINEERING梁受剪试验（剪压破坏）试验报告试验名称梁受剪试验（剪压破坏）试验课教师林峰任课教师2014年11月25日1试验目的通过试验学习认识混凝土梁的受剪性能(剪压破坏)，掌握混凝土梁的受剪性能 试验的测试方法，巩固课堂知识，加深对于斜截面破坏的理解。2试件设计2.1材料和试件尺寸试件尺寸(矩形截面)：bx h x |= 120X 200x 1800mm ;混凝土强度等级：C20;纵向受拉钢筋的种类：HRB335 ;箍筋的种类：HPB235 ;2.2试件设计(1) 试件设计依据根据剪跨比I和弯剪区箍筋配筋量的调整，可将试件设计为剪压、斜

2、压和斜拉破坏，剪压破 坏的I满足1 l W。进行试件设计时，应保证梁受弯极限荷载的预估值比剪极限荷载预估值大。(2) 试件参数如表1图1试件配筋图表1试件参数试件尺寸(矩形截面)120 X200X 1800mm下部纵筋2R8上部纵筋2410箍筋06150(2)纵向钢筋混凝土保护层厚度15mm配筋图见图1加载位置距离支座400mm(3) 试件加载估算受弯极限荷载As2Mu =fy As (ho -as)：1 fcbh/：二 fyAiMui = ：ifcbh2 (1-0.5 )pM u = Mu MuiM u - 02PuMPum =105.25kN受剪极限承载力Vu =ftk bho + fyk

3、ho1+1sFUq =2Vu其中，当I 3时，取I =3。FUq =65.98kN可以发现PuQ Pum，所以试件会先发生受剪破坏。具体计算过程见附录2.3试件的制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 5C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202C,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护

4、，或在温度为20 2C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.材性试验3.1混凝土材性试验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日试块养护条件：与试件同条件养护试件尺寸150mmK 150mnh 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 GB 50010-2010推定。3.2钢筋材性试验

5、钢筋强度实测结果公称直径/mm屈服荷载/kN极限何载/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11.611.316.015.740055611.215.611.215.610带肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9318带肋1541451621645706451521641281653试验过程3.1加载装置图2为梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。采用两点集中力加载，由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载， 压力传感器测定荷载值。试验取L=1800mm, a=100mm，b=400mm， c=80

6、0mm。n1 试验梁；2 滚动铰支座；3固定铰支座；4 支墩；5分配梁滚动铰支座;6分配梁滚动铰支座；7集中力下的垫板；8分配梁；9反力梁及龙门架；10千斤顶;图2梁受弯试验装置图3.2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1级。正式分级加载 /kN : 0t10 t 15 20 25 30 40 50 60 70破坏，在加载到 70kN 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。但是本实验为了更加直观的观测混凝土的应变，而且由于先发生剪压破坏，所以可以不用拆 掉仪表。3.3量测与观测内容3.3.1荷载

7、荷载由压力传感器直接测定，选取数据如表2,极限荷载为139.392kN。表2荷载取值表时间荷载(kN)时间荷载(kN)2014/11/25 13:49:02014/11/25 14:5290.7822014/11/25 13:59 5.1992014/11/25 14:5297.4672014/11/25 14:069.3262014/11/25 14:52100.0252014/11/25 14:1214.5252014/11/25 14:52105.392014/11/25 14:1419.5592014/11/25 14:52110.4242014/11/25 14:2225.83220

8、14/11/25 14:52115.3762014/11/25 14:37 30.2882014/11/25 14:52119.2552014/11/25 14:4040.2742014/11/25 14:52125.282014/11/25 14:4249.3532014/11/25 14:53131.0572014/11/25 14:4658.8442014/11/25 14:53M35.1832014/11/25 14:5068.6652014/11/25 14:53137.4942014/11/25 14:5275.1842014/11/25 14:53138.3192014/11/2

9、5 14:52 80.1362014/11/25 14:53139.3922014/11/25 14:5285.9963.3.2钢筋应变（1）纵筋应变在试件纵向受拉钢筋中部粘贴电阻应变片，以量测加载过程中钢筋的应力变化，测点布置见 图3。钏筋应燮片（贴于钢;K外削）匚丿丿1700,200,.700*J钢筋应变片4,”JL120J图3纵筋应变片布置由于试验前准备不充分，不能够分清应变片，只能通过平均应变来观测钢筋在实验中的变化 情况。（2）箍筋应变箍筋的钢筋应变片布置见图4,应变片与通道对应关系如表3。图4箍筋应变片布置表3箍筋应变片测点编号78910111243-843-943-1029-1

10、（坏）19-229-33.3.3混凝土应变混凝土应变由布置混凝土表面上的4个位移计量测，位移计间距40mm，标距为150mm，混凝土应变测点布置如图5，位移计与通道对应关系见表4。O计2检務计41000图5混凝土应变计布置表4混凝土应变计测点编号123446-946-246-346-43.3.4挠度挠度由梁跨度范围内布置3个位移计量测。短期跨中挠度实测值可以按照公式1Mf5 -2 f6f7fb0直接得出。侧向扰度测点布置见图6,位移计对应通道见表J位移计6位移计了 j世移计5n900gMb图6挠度测点布置表5挠度位移计测点编号56746-846-646-73.3.5裂缝实验前将柱四面用石灰浆刷

11、白，并绘制50mm X50mm的网格。试验时借助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。3.4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(0 t 20kN)当荷载较小时，很难用肉眼观测到裂缝。(20kN t 70kN )梁的下表面首先出现垂直裂缝，数量较少而且裂缝很短、宽度也比较小。随 着荷载的增加，裂缝的条数在逐渐增加而且不断的向受压区发展，并且梁的支座附近出现

12、多条斜 裂缝。(70kN t l30kN )两个支座附近的斜裂缝继续向受力点延伸，宽度不断加大，条数增多，在 接近130kN时一侧形成一条宽度长度最大的临界裂缝贯通整个梁，剪压区被压碎，继续加荷载但是压力传感器数值不增反降，此时混凝土梁已经破坏。(3) 破坏情况如图7,裂缝展开图见附录三。背面图7构件破坏情况图4.试验数据处理与分析原始数据整理见附录二，实验数据处理如下:4.1荷载-挠度关系荷载诜度曲线挠度图8荷载-挠度曲线图4.2荷载-曲率关系荷载-曲率曲线|011111-0.00200.0020.0040.00&0.008曲率(1000000/mm)图9荷载-曲率曲线图猜测是由于位移计在安

13、装时带有一定的位移量造成曲率的初始值为负值，分析时可以不考虑OkN和5kN时的情况。4.3荷载-纵筋平均应变关系荷载-下部纵筋应变纵筋平均应变图10荷载-纵筋平均应变曲线图4.4荷载-箍筋应变关系荷载-箍筋应变, 中ILIJII-10000100020003000400050006000图11荷载-箍筋应变曲线图从图中可以看出，在荷载较小的时候斜裂缝还没有发展，箍筋基本没有应变，但是随着斜裂 缝的发展，斜裂缝穿过的箍筋应变迅速增大，也就意味着其所受应力在加大，限制斜裂缝的发展。但是同时，位于斜裂缝端点的箍筋却几乎不怎么受力。4.5承载力分析正截面承载力计算:h0 二 h c d = 205 1

14、5 18 = 181mm 2 22 2As =2 3.14 9 -508.68mm2 2As =2 3.14 5 =157mmas =15 18/2 =24mm,as =15 10/2=20mmF F2As2 = As fy / fy = 157 506570 = 139.37mm2As1 = As -As2 =508.68 -139.37 = 369.31mmMu = fy As(h0 -as) =506 157 (181 -20) = 12.8kN m0.80.810.0033 Es5700.0033 2 105= 0.43：1 fcbX = fyAs1bh0 =77.83mm : x =

15、102.59mm按照超筋计算0.8-fy,1fcbh。sAs1b -0.8= 0.48Mu1fcbh02 (1-0.5 ) =1 17.1 120 1812 0.48 (1 0.5 0.48) = 24.52kN mM u1 = M u1 M u = 24.52 12.8 二 37.32kN mFUM 二Mu /0.2 =186.6kN1.5 ：= 400 =2.27 ：31762仏=2 3.14 31 75W ftbhc亠1FUq =2V2=56.52mm斜截面承载力计算:fyjAsvh01.89 120 181 400181 = 49.27kNy s 2.27 1150FUQ =98.54

16、kN实测极限抗剪承载力为 139.392kN,比理论值高出40%左右，推测造成差距的原因为：（1） 无论是计算抗弯承载力还是抗剪承载力的计算模式都偏于安全的，而且在接近70kN的 时候裂缝已经变得很明显，此时的梁可能考虑到已经不能满足使用要求了。（2） 混凝土材料的性质不稳定，养护时间超过28天都可能造成混凝土的强度变大，致使其 承载能力提高。（3）由于现场没有实际测量构件的尺寸，可能在试件的制作过程中试件的尺寸大于原来设 计的尺寸，使其承载能力提高。5结论本次试验向我们展示了适筋梁剪压破坏的全过程，从破坏形态上来看这次试验时比较成功 的。我们了解到了剪压破坏的特点。剪压破坏的斜裂缝会不断向集

17、中荷载作用点延伸，且宽度不 断增大，形成一条宽度和长度最大的临界裂缝指向荷载作用点，最终剪压区混凝土被压碎，梁发 生斜截面破坏。同时通过对箍筋的观察，可以看到箍筋只有在斜裂缝产生的时候才能发挥作用，限制斜裂缝 的继续发展。而且只有斜裂缝穿过的箍筋才能发挥限制作用，这对我关于斜截面计算截面的选取 有了更加深刻的理解。附录一试件设计承载力估算d18h0 二 h-c 200 -15176mm22A, =2 3.14 92 =508.68mm2r 2 2A =2 3.14 52 =157mm2Fas =15 18/2 = 24mm, as =15 10/2=20mmF F2 人2 =As fy / f

18、y =157 300 亠 300 = 157mm码=As -As2 =508.68 -157 =351.68mm2Mu 二 As fy (h0 -as ) =300 157 (176 - 20) = 7.35kN m0.80.8fy0.0033Es30050.0033 2 10= 0.55：1 fcbX = fyAs1Mu fcbx(h0 -0.5x)F2as = 40mm ： x =91.58mm ： bh0 =96.8mmMu1=1 9.6 120 91.58 (176 -0.5 91.58) =13.7kN mM u = M u1 M u =13.7 7.35 二 21.05kN mFu

19、M =Mu/0.2 =105.25kN1.5、400176= 2.27 ： 3Av =2 3.14 3 -56.52mm21.75Asv1.7556.52Vuftkbh。fyk0h1.54 120 176 235176=32.99kN1y s 2.27 1150Rq =2VuRq =65.98kN附录二 实验数据处理 荷载（kN）挠度（mr）i曲率（lO/mm纵筋平均应变00.0085-0.001435.55.199-0.2095-0.001485.833333339.3260.0530.00013333379.6666666714.525-0.0860.00052513519.559-0.23750.00085199.666666725.832-0.4520.00095295.530.288-0.67750.001925357.166666740.274-1.05350.0023