超筋梁受弯试验报告

混凝土结构基本原理》试验课程作业LENGINEERING混凝土构件试验报告试验名称 超筋梁受弯试验试验日期 2016-12-04试件编号 NB1学 号 手机号 试验课教师 黄庆华 基本原理课教师 顾祥林 1.试验目的本试验目的是使同学们通过试验研究认识混凝土结构构件的破坏全过程，掌握测试混凝土受弯基本性能的试验方法。其中具体包括：检验试验试件的破坏形态、破坏机理是否与理论课一致。检验通过设计理论设计的试验试件的实际性能。了解和初步掌握混凝土基本构件试验及分析方法。2.试件设计2.1材料和试件尺寸试件尺寸(矩形截面)：b€h€l二120€200€1800mm；混凝土强度等级：C20;纵向受拉钢筋的种类：HRB335；箍筋的种类：HPB300；试件设计纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm；试件设计2.2设计和计算过程；根据《混凝土结构设计规》(GB50010-2010)，HRB335钢筋受拉强度标准值f=455N-mm，2，y弹性模量E=2.0x105N-mm，2。查表可得，C20混凝土的受压强度标准值f=13.4N-mm-,s所以计算可得界限受压区相对高度：计算最大配筋率：b= f―1+ y 0.0033Es°8 =计算最大配筋率：b= f―1+ y 0.0033Es°8 =0.474（2-1）所以得最大纵筋面积：p=„ =0.0139maxbfy（2-2）A=pbh=334.7mm2maxmax(2-3)取2^16(A=402.1mm2)，为使得试验效果更明显，所以最终取2©22(As计算得此时受弯梁得极限承载力=760.3mm2）。则计算极限荷载：M=21.07kN-mu（2-4）P=M€2=56.19kNua（2-5）（（2-6）计算截面剪跨比：a<=—=2.874<3.0

h0

175€Hfbho+f175€Hfbho+f-svhs0，计算可得「sv=0.283„bp =0.106S sv,min考虑到不能让受剪段先于受弯段破坏，所以取…8@50，肢数为2。设计结果(模板图、配筋图、必要的详图等)；试件的配筋情况见图1和表1。表1梁受弯试件的配筋试件编号试件特征配筋情况①②③MLB超筋梁2…222…10…8@50(2)2.3试件的制作和试验前预处理根据试件设计尺寸制作模具，并布置好钢筋以及应变片。配置好混凝土，在混凝土浇筑入模时取样。将混凝土注入边长为150mmx150mmx300mm的棱柱体得模具中，作为轴心抗压强度和静力受压弹性模量试验的标准试件，并将其在室与试件同条件养护。保留足够数量同批次的钢筋。达到28d后拆掉模具，将混凝土试件进行表面刷白处理，以每两根线间隔为5cm在时间上进行坐标网格的划分。在进行试验前，测量混凝土试件的尺寸。试件实际尺寸为：•高h=205.5mm•宽b=121.0mm•长l=1800mm材性试验在混凝土试件破坏后，马上进行材料性能试验。3.1混凝土材性试验国家标准《混凝土结构设计规》(GB50010-2002)规定：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准确定；立方体抗压强度标准值系指标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。因此立方体抗压强度标准值是《混凝土结构设计规》［1］中混凝土各种力学指标的基本代表值，根据混凝土强度等级，可以查阅《混凝土结构设计规》［1］的有关表格，以确定混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度标准值和设计值以及混凝土的弹性模量等。国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T50081-2002)规定：以边长为150mm的立方体为标准试件将标准立方体试件在20€3°C的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为Nmm2(MPa)。＞混凝土立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行：试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净；将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡；在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级＜C30时，加荷速度取每秒0.3〜0.5MPa；混凝土强度等级＞C30且＜C60时，取每秒0.5〜0.8MPa；混凝土强度等级＞C60时，取每秒0.8〜1.0MPa；当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载。＞混凝土立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行：混凝土立方体抗压强度应按下式计算：f，F (3-1„ccA式中，f为混凝土立方体试件抗压强度(MPa)；F为试件破坏荷载(N)；人为试件承压面积cc(mm2)。强度值的确定应符合下列规定：以三个试件为一组，每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取样；三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值(计算应精确至0.1MPa)；三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；如最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。混凝土强度等级＜C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mmx200mmx200mm试件为1.05；对100mmx100mmx100mm试件为0.95。当混凝土强度等级、C60，宜采用标准试件。2混凝土轴心抗压强度试验国家标准《混凝土结构设计规》(GB50010-2002)规定：边长为150mmx150mmx300mm的棱柱体试件是轴心抗压强度和静力受压弹性模量试验的标准试件。轴心抗压强度和抗压强度的试验方法相同。而对于非标准试件的数据处理有如下规定：混凝土强度等级＜C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mmx200mmx400mm试件为1.05；对100mmx100mmx300mm试件为0.95。当混凝土强度等级、C60，宜采用标准试件。3混凝土强度实测结果本次试验混凝土强度实测结果如表2所示。表2混凝土强度实测结果表试件尺寸100mmx100mmx300mm试件轴心平均轴心评定轴心推定抗压强度/MPa抗压强度/MPa抗压强度/MPa弹性模量/GPa16.7413.9714.4313.7125.6912.58测试时间为2016年11月24日3.2钢筋材性试验试件尺寸钢筋试样采用不经切削加工原截面钢筋。根据各类钢筋标准所规定的伸长率标准和试验机上、下夹头的最小距离，夹头高度等因素决定其试件长度，基本长度L€L0+2h，其中L0为5d0(d为钢筋直径)；h为夹头长度，通常取100mm左右。对于圆形截面钢筋的直径应在标距L的00两端和中间测量，应在每处的两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值，选用三处中的最小直径计算横截面面积。对于热轧带肋钢筋，按其公称直径计算横截面面积。试验条件钢筋试样在弹性围，试验机的加载速率应在3〜30MPa/s围，并保持试验机控制器固定于这一速率位置上，直至获得屈服点和上屈服点；测定下屈服点时，应变速率在0.00025〜0.0025/s围，并保持恒定。屈服段过后，试验机两夹头在力作用下的分离速率不超过0.5L.min(L为c c两夹头的钢筋试样净长)。试验过程4.1加载装置和试件安装就位介绍试验装置，实测与加载装置有关的相关参数，如受弯梁跨度、受弯梁集中力实际加载位置、偏压柱的偏心距、受扭梁扭力的力臂长等。图2为本试验进行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，在跨中形成纯弯段，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。对于梁受弯性能试验，取L=1800mm，a=150mm，b=500mm，c=500mm。&一分配梁滚动铁支屎；7集中力-卜的垫板；8—分配梁：9一反力梁及龙门架：出一卩斤顶;

图2梁受弯试验装置图4.2加载制度本次梁受弯试验采用单调分级加载机制，试件加载控制方式为力控制，每次加载时间间隔为15分钟。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2级。对于超筋梁，①在加载到开裂试验荷载计算值的90%以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20%:②达到开裂试验荷载计算值的90%以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5%；③当试件开裂后，每级荷载值取10%的承载力试验荷载计算值（P）的级距；④在加载达到承载力u试验荷载计算值的90%以后，每级荷载值不宜大于开裂试验荷载值的5%；⑤加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。根据本试件的极限荷载，在实际试验时，采用的试件加载制度为：0f9kNfl8kNf27kNf30kNf33kNf73kN—113kNf破坏4.3量测与观测容4.3.1混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置4个位移计，位移计间距如图3所示，标距为150mm，以量测梁侧表面混凝土沿截面高度的平均应变分布规律，测点布置见图3。移讣2900移讣2900900图3梁受弯试验混凝土平均应变测点布置其中，四个位移计均以压为正。4.3.2纵向钢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4。图4纵筋应变片布置在所有钢筋应变片中，6-3出现故障无常工作。在其他所有应变片中均以受拉为正。4.3.3挠度对受弯构件的挠度测点应布置在构件跨中或挠度最大的部位截面的中轴线上，如图5所示。在试验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。试验时在每级荷载下，应在规定的荷载持续试件结束时量测构件的变形。结构构件各部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一致，各测点间读数时间间隔不宜过长。j位移计6位移计7jX］位移计5'」111150^ , 750 p 伽 »|l50图5梁受弯试验挠度测点布置其中，位移计6与位移计7以向下为负，位移计5以向下为正。4.3.4裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mmx50mm的网格。试验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。构件开裂后立即对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4P~0.7P)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍摄后手工绘制u u裂缝展开图，裂缝宽度的测量位置为构件的侧面相应于受拉主筋高度处。最大裂缝宽度应在使用状态短期试验荷载值持续15min结束时进行量测。4.4裂缝发展及破坏形态在试验前首先对试件进行观察，主要查看是否有初始裂缝。在本次实验中，通过数位同学的仔细观察，并没有发现初始裂缝。开始加载，第一级第二级均未出现裂缝。因为当第二级时，P€18kN，M=1Pa€4.5kN-m,M=4.84kN-m。随着压力不断增加，纯弯段开始出现2 cr图6受弯梁最终破坏形态图试验数据处理与分析对试验数据进行整理，作出以下关系曲线或分布规律图，并对所得的曲线或规律图进行分析评述。(1)荷载一挠度关系曲线：关系曲线如图7所示。在荷载较小时，梁处于线弹性阶段，荷载与挠度成正比。荷载大概在40kN(跨中弯矩M€15kN-m)时斜率开始减小，表明梁逐渐开始出现裂缝。在90kN(跨中弯矩M€33.75kN-m)时，混凝土基本退出工作。

荷载-挠度曲线图7荷载-挠度曲线图(2)构件沿截面高度混凝土平均应变分布：分析不同荷载水平下(如弹性、开裂、弹塑性变形、极限荷载、下降段初期、下降段后期等阶段)构件沿截面高度混凝土平均应变分布图是否满足平截面假定。由于荷载还在较小时，位移计2(2-5)就发生很大的位移，故认为位移计2发生损坏所以不予考虑。在弹性阶段，其他三个位移计都表明了，混凝土的应变是和荷载成正比的。且在某个荷载水平下，不同截面高度的混凝土平均应变和截面高度成正比，即符合平截面假定。从位移计1可以看出，荷载下降时，平均应变基本按原比例减小。而从位移计3和位移计4可以看出和在逐渐减小平均应变继续增大。(a)所有位移计平均应变分布图

(b)去除异常读数位移计平均应变分布图图8构件沿截面高度混凝土平均应变分布图3)弯矩―曲率关系曲线易知梁的跨中弯矩M易知梁的跨中弯矩M€2Pa€0.375p由曲率定义可知,=—i j。由于从图8中可以看出位移计2(2-5)在荷载还在30kN就出ij „hij现很大的读数误差，所以取位移计3(2-4)与位移计4(2-3)进行计算。则„=55mm。ij关系曲线如图9所示。图9弯矩―曲率关系曲线4）荷载―纵筋应变关系曲线不同应变与荷载的关系如10图所示。在达到极限荷载之前，钢筋应变和荷载成正比。在破坏后，应变片2和5的应力继续增大，这有可能是因为跨中有裂缝直接穿过2、5应变片。通过理论计算，并与试验结果进行比较分析，容包括：（1）采用《混凝土结构基本原理（第三版）》（顾祥林主编）第五章第五节中的方法计算不同荷载作用下试验梁正截面的弯矩一曲率（M-€）关系（请参见例题5-2），将计算和实测曲线画于同一图中，并进行比较，分析两者一致或差异产生的原因；计算当£t分别为0.0008>0.0010>0.0015>0.0020>0.0025>0.0033时梁的跨中截面弯矩cM和相应的€。当£tY0.002时，通过f„2c cn、£t—3当£tY0.002时，通过f„2c cn、£t—3£2丿07=E（】-„）p，求出„s，再用式（5-1）求出M。nM=fb„h2cn01-„n=Es1 £t]3-12T 01 £t丄———c—3£丿oy，求出„，再用式（5-2）求出M。（5-1）（M=fb„h21-8n（、£—0

tcl£1212£1-1-

3£tc（5-2）曲率图11弯矩一曲率关系曲线从图11可以看出，在实际情况下当混凝土退出工作时，梁的曲率比理论值要低，反映了该梁的刚度偏大。同时也可看出，在混凝土退出工作时，跨中弯矩实际值比理论值高出一倍。这同时印证了梁的极限承载力实际值大概是理论值的两倍多。（2）采用《混凝土结构基本原理（第三版）》（顾祥林主编）第五章第六节中的简化方法计算梁试件正截面的承载力，并和试验结果进行比较，分析两者差异产生的原因；0.8€—0.8由a