-混凝土构造根本原理试验课程作业混凝土构件试验报告试 验 名 称试 验 日 期试 件 编 号*手机*号超筋梁受弯试验2016-12-04NB1黄庆华顾祥林试验课教师根本原理课教师.z.-1. 1. 试验目的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构造构件的破坏全过程， 掌握测试混凝土受弯根本性能的试验方法。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根本构件试验及分析方法。2. 2. 试件设计试件设计2.12.1 材料和试件尺寸材料和试件尺寸试件尺寸矩形截面 ：bhl 1202001800mm;混凝土强度等级：C20;纵向受拉钢筋的种类：HRB335；箍筋的种类：HPB300；纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm；2.22.2 试件设计试件设计1设计和计算过程；根据混凝土构造设计规 GB50010-2010 ， HRB335 钢筋受拉强度标准值fy 455N mm，522弹性模量Es 2.010 N mm。查表可得，C20 混凝土的受压强度标准值fc13.4N mm2所以计算可得界限受压区相对高度：计算最大配筋率：所以得最大纵筋面积：b10.8fy0.0033Es 0.47421maxb1fcfy 0.01392223Amaxmaxbh 334.7mm222取216As 402.1mm ， 为使得试验效果更明显， 所以最终取222As 760.3mm 。计算得此时受弯梁得极限承载力。则计算极限荷载：计算截面剪跨比：由VuMu21.07kN m24PuMu256.19kNa25Pu1.75ftbh0 fyv21a 2.874 3.026h0AsvAh0，计算可得sv 0.283 bsv,min 0.106。ss.z.-考虑到不能让受剪段先于受弯段破坏，所以取850，肢数为 2。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MLB试件特征超筋梁配筋情况222图 1 梁受弯试验试件配筋210850(2)2.32.3 试件的制作和试验前预处理试件的制作和试验前预处理1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。2将混凝土注入边长为 150mm150mm300mm 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。保存足够数量同批次的钢筋。3到达 28d 后拆掉模具，将混凝土试件进展外表刷白处理，以每两根线间隔为5cm在时间上进展坐标网格的划分。4在进展试验前，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 1800mm3. 3. 材性试验材性试验在混凝土试件破坏后，马上进展材料性能试验。3.13.1 混凝土材性试验混凝土材性试验国家标准混凝土构造设计规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构造设计规1中混凝土各种力学指标的根本代表值，根据混凝土强度等级，可以查阅混凝土构造设计规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203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N mm2MPa 。混凝土立方体抗压强度试验步骤应按以下方法进展：1试件从养护地点取出后应及时进展试验，将试件外表与上下承压板面擦干净；2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；3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 0.30.5MPa；.z.-混凝土强度等级C30 且C60 时，取每秒 0.50.8MPa；混凝土强度等级C60 时，取每秒 0.81.0MPa；4当试件接近破坏开场急剧变形时，应停顿调整试验机油门，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以下方法进展：（1）混凝土立方体抗压强度应按下式计算：fccFA31式中，fcc为混凝土立方体试件抗压强度MPa ；F 为试件破坏荷载N ；A 为试件承压面积mm 。2强度值确实定应符合以下规定：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准确至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200mm200mm200mm试件为 1.05；对 100mm100mm100mm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构造设计规GB50010-2002规定：边长为150mm150mm300mm 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一样。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200mm200mm400mm 试件为 1.05；对100mm100mm300mm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试件轴心抗压强度/MPa平均轴心抗压强度/MPa14.43100mm100mm300mm评定轴心抗压强度/MPa13.71推定弹性模量/GPa25.69216.7413.9712.58测试时间为 2016 年 11 月 24 日3.23.2 钢筋材性试验钢筋材性试验1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.z.-上、下夹头的最小距离， 夹头高度等因素决定其试件长度， 根本长度L L02h，其中L0为5d0d0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L0的两端和中间测量，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。2试验条件钢筋试样在弹性围，试验机的加载速率应在 330MPa/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 0.000250.0025/s 围，并保持恒定。屈服段过后，试验机两夹头在力作用下的别离速率不超过 0.5LcminLc为两夹头的钢筋试样净长 。4. 4. 试验过程试验过程4.14.1 加载装置和试件安装就位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受弯梁跨度、受弯梁集中力实际加载位置、偏压柱的偏心距置、偏压柱的偏心距、受扭梁扭力的力臂长受扭梁扭力的力臂长等。图 2 为本试验进展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。图 2 梁受弯试验装置图4.24.2 加载制度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，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；到达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；当试件开裂后，每级荷载值取 10的承载力试验荷载计算值Pu的级距；在加载到达承载力试验荷载计算值的 90以后， 每级荷载值不宜大于开裂试验荷载值的5； 加载到临近破坏前，撤除所有仪表，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：09kN18kN27kN30kN33kN73kN113kN破坏4.34.3 量测与观测容量测与观测容4.3.14.3.1 混凝土平均应变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，以量测梁侧外表混凝土沿截面高度的平均应变分布规律，测点布置见图3。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。4.3.24.3.2 纵向钢筋应变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。4.3.34.3.3 挠度挠度.z.-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完毕时量测构件的变形。 构造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。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。4.3.44.3.4 裂缝裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制 50mm50mm 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开展情况进展详细观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu0.7Pu)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 完毕时进展量测。4.44.4 裂缝开展及破坏形态裂缝开展及破坏形态在试验前首先对试件进展观察，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。开场加载，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 Mcr 4.84kN m。随着压力不断增加，纯弯段开场出现2裂缝，并且随着荷载的增加，裂缝不断增多，逐渐变密。快到达破坏时，可以发现试件上的裂缝已经非常多了。最后受压区混凝土被压碎，梁破坏，最终破坏如图6。图 6 受弯梁最终破坏形态图5. 5. 试验数据处理与分析试验数据处理与分析对试验数据进展整理，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展分析评述。（1）荷载挠度关系曲线：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时斜率开场减小，说明梁逐渐开场出现裂缝。在90kN跨中弯矩M 33.75kN m时，混凝土根本退出工作。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22-5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，其他三个位移计都说明了，混凝土的应变是和荷载成正比的。且在*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，平均应变根本按原比例减小。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.z.-1602_32_42_6140120100荷载806040200-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81平均应变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 由曲率定义可知ij1Pa 0.375P。2ijhij。由于从图8 中可以看出位移计 22-5在荷载还在30kN就出现很大的读数误差，所以取位移计32-4与位移计 42-3进展计算。则hij=55mm。关系曲线如图 9 所示。605040跨中弯矩3020100-5.00E-030.00E+005.00E-031.00E-021.50E-022.00E-022.50E-023.00E-023.50E-02曲率.z.-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。在到达极限荷载之前，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。160140120100荷载6_1806040206_26_46_56_60-500050010001500200025003000350040004500钢筋应变图 10 荷载纵筋应变关系曲线通过理论计算，并与试验结果进展比拟分析，容包括：1采用混凝土构造根本原理第三版 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，并进展比拟，分析两者一致或差异产生的原因；计算当c分别为 0.0008、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0033 时梁的跨中截面弯矩M和相应的。当tct 1ct0.002时，通过f2=Es1n，求出n，再用式51求出M。0302cn1cttt231220M fcbnh0cc21n51tc0301300t2t0.002当c时，通过fcn1t=Es1nc，求出n，再用式52求出M。3c.z.-11 20t212c M fcbnh0210t1n13c10t3c52计算结果如附表 1 所示。计算结果和实测曲面见图11。图 11 弯矩曲率关系曲线从图 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采用混凝土构造根本原理第三版 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，并和试验结果进展比拟，分析两者差异产生的原因；b10.8fy0.0033Es 0.53151由1fcbh0 Asfy0.8解得，b0.8 0.609x h0109.01mm5253所以试件正截面承载力得：x Mu1fcbxh0 22.51kN m542而试验结果说明该试件的极限承载力Mu52.45kN m，相差 1.3 倍。具体原因主要有：.z.-未考虑上部纵筋对试件的影响，也未考虑箍筋对裂缝的限制作用。试件测定强度后 10d 做试验，故混凝土的抗压强度比实测的大。钢筋材料、混凝土材料的不确定性。理论公式总是偏于平安的。6 6 结论结论通过本次超筋梁的受弯试验，加深了我们对课堂对混凝土构造构件的认识。学会了如何自主设计试验，并完成试验。尤其是对裂缝的认识，学习了解了裂缝的标记方式，用放大镜找寻观察裂缝。使我们认识到了，一个试验的完成是需要付出许许多多准备的，比方留样，测定强度。最后，通过试验，我们清楚地知道了超筋梁的两个阶段，完整地认识了超筋梁的破坏过程。具体分析了试验值比理论值要高的原因。7 7附表 1 不同c跨中截面相关参数tct0.00080.00100.00150.00200.00250.0033跨中弯矩MkNm6.828.2211.4313.4514.8014.041031 mm6.327.8411.5615.0218.3023.04n0.7070.7130.7250.7440.7630.800.z.