裝訂線混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗課程作業(yè)混凝土受彎構(gòu)件適筋梁破壞試驗方案試驗名稱混凝土受彎構(gòu)件適筋梁破壞試驗試驗課教師姓名學(xué)號手機(jī)號 任課教師日期1. 試驗?zāi)康耐ㄟ^觀察混凝土適筋梁受彎破壞的全過程，認(rèn)識混凝土適筋梁的受彎性能；理解和掌握鋼筋混凝土適筋梁受彎構(gòu)件的試驗方法和實驗結(jié)果，通過實踐掌握試件的設(shè)計、實驗結(jié)果整理的方法。通過試驗加深對混凝土機(jī)構(gòu)基本構(gòu)件的受力性能的理解。2. 試件設(shè)計2.1 材料和試件尺寸試件尺寸：b×h×l=100×150×1400；混凝土強(qiáng)度等級：C25 fc=11.9MPa；ft=1.27MPa；縱向受拉鋼筋種類：HRB335；箍筋的種類：HPB235（純彎段無箍筋）；縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：15mm；2.2 試件設(shè)計2.2.1試件設(shè)計的基本原理及依據(jù)根據(jù)梁正截面受壓區(qū)相對高度和界限受壓區(qū)相對高度b的比較可以判斷出受彎構(gòu)件的類型，當(dāng)b時，為適筋梁；當(dāng)b時為超筋梁。界限受壓區(qū)相對高度b按下式計算： 其中在進(jìn)行受彎試件梁設(shè)計的時候，fy、Es分別取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量；進(jìn)行受彎試件梁加載設(shè)計時，fy、Es分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量。為滿足發(fā)生適筋破壞，應(yīng)有以下配筋率的要求：其中，。同時，為保證承剪段不發(fā)生受剪破壞，有受剪承載力要求：按混凝土結(jié)構(gòu)基本原理（第二版）第五章第七節(jié)相關(guān)知識，有以下正截面承載力相關(guān)公式：2.2.2試件的主要參數(shù)配筋圖如下圖1 適筋梁構(gòu)造配筋圖表1 少筋梁受彎試件的配筋試件編號截面尺寸配筋情況LA12.3 試件的制作將試件按照設(shè)計方案及標(biāo)準(zhǔn)方法制作好，并按照規(guī)定的養(yǎng)護(hù)情況養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。試件制成后，在試驗前應(yīng)將試件表面刷白，并分格畫線，分格大小按。在刷白前應(yīng)對試件進(jìn)行檢查，包括收集試件的原始設(shè)計資料、設(shè)計圖紙和計算書，施工和制作記錄，原材料的物理力學(xué)性能試驗報告等文件資料；對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的跨度、截面、鋼筋的位置、保護(hù)層厚度等實際尺寸及初始撓度、變形、原始裂縫等作出書面記錄，繪制詳圖。對鋼筋位置、實際規(guī)格、尺寸和保護(hù)層厚度也可在實驗結(jié)束后進(jìn)行量測。3. 加載裝置和加載方式3.1 加載裝置圖2為進(jìn)行梁受彎性能試驗采用的加載裝置，加載設(shè)備為千斤頂。采用兩點(diǎn)集中力加載，在跨中形成純彎段，由千斤頂及反力梁施加壓力，分配梁分配荷載，壓力傳感器測定荷載值。梁受彎性能試驗，取L=1400mm，a=100mm，b=400mm，c=400mm。1試驗梁；2滾動鉸支座；3固定鉸支座；4支墩；5分配梁滾動鉸支座；6分配梁滾動鉸支座；7集中力下的墊板；8分配梁；9反力梁及龍門架；10千斤頂；圖2 梁受彎試驗裝置圖加載簡圖、彎矩剪力圖如圖3所示：圖3 加載簡圖、彎矩剪力圖3.2 加載制度采用單調(diào)分級加載機(jī)制，加載分級情況為：在加載到開裂試驗荷載計算值的90%之前，每級荷載不宜大于開裂荷載計算值的20%；達(dá)到開裂試驗荷載計算值的90%之后，每級荷載值不宜大于其荷載值的5%；當(dāng)試件開裂后，每級荷載取10%的承載力試驗荷載計算值（Pu）的級距；加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞，記錄破壞荷載。承載力極限狀態(tài)確定方法：受拉主鋼筋拉斷；受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm；受壓區(qū)混凝土壓壞；撓度達(dá)到跨度的1/30。3.3 材料試驗3.3.1 混凝土材料試驗按國家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗方法（GB/T 50081-2002）規(guī)定，用邊長為150mm的立方體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，將標(biāo)準(zhǔn)試件在的溫度和相對濕度90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得破壞荷載，由所得的抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，單位為。同時由計算混凝土抗拉強(qiáng)度；由荷載應(yīng)變曲線計算混凝土的彈性模量。3.3.1 鋼筋單調(diào)加載拉伸試驗鋼筋試樣采用不經(jīng)切削加工的原截面鋼筋。根據(jù)各類鋼筋標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的伸長率標(biāo)準(zhǔn)和試驗機(jī)的上下夾頭的最小距離，夾頭高度等因素決定試件長度。加載前在加載段取長度L并標(biāo)記，加載時，在彈性范圍內(nèi)保持加載速率330MPa/s的范圍內(nèi)，直至獲得屈服點(diǎn)和上屈服點(diǎn)。卸載后，量取標(biāo)記之間距離，并計算鋼筋彈性模量，并參考標(biāo)準(zhǔn)值做修正。4. 量測與觀測4.1 荷載荷載測量采用在加荷處放置壓力傳感器，由壓力傳感器直接顯示于試驗機(jī)終端上。4.2 鋼筋應(yīng)變試件制作時，在縱向鋼筋上預(yù)埋粘貼電阻應(yīng)變片，貼于鋼筋外側(cè)，以量測加載過程中鋼筋的應(yīng)力變化。具體測點(diǎn)布置見圖4。圖4 縱筋應(yīng)變片布置4.3 混凝土應(yīng)變在梁跨中一側(cè)面布置4個位移計，位移計間距40mm，標(biāo)距為150mm，以量測梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均應(yīng)變分布規(guī)律，測點(diǎn)布置見圖5。圖5 試件混凝土平均應(yīng)變測點(diǎn)布置4.4 撓度對受彎構(gòu)件的撓度測點(diǎn)應(yīng)布置在構(gòu)件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，如圖6所示。在試驗加載前，應(yīng)在沒有外荷載的條件下測讀儀表的初始讀數(shù)。試驗時在每級荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結(jié)束時量測構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位測點(diǎn)的測度程序在整個試驗過程中宜保持一致，各測點(diǎn)間讀數(shù)時間間隔不宜過長。4.5 裂縫試驗前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立即對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長度及裂縫間距，并采用數(shù)碼相機(jī)拍攝后手工繪制裂縫展開圖，裂縫寬度的測量位置為構(gòu)件的側(cè)面相應(yīng)于受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應(yīng)在使用狀態(tài)短期試驗荷載值持續(xù)15min結(jié)束時進(jìn)行量測。5. 試驗結(jié)果預(yù)測5.1 開裂荷載、極限荷載由混凝土結(jié)構(gòu)基本原理（第二版）第五章相關(guān)知識，有：，開裂彎矩： 開裂荷載： 極限彎矩和極限荷載： 代入相關(guān)數(shù)據(jù)，有。5.2第一階段彈性階段階段，混凝土和鋼筋公共工作，測量項目：撓度，縱筋應(yīng)變和混凝土應(yīng)變度均與荷載成線性關(guān)系，梁截面應(yīng)力呈線性分布，平截面假定基本符合。時，純彎段某一薄弱截面出現(xiàn)第一條垂直裂縫，此時梁承擔(dān)的彎矩稱為開裂彎矩。5.3第二階段帶裂縫工作階段階段，梁開裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應(yīng)力激增，且通過粘結(jié)力向未開裂的混凝土傳遞拉應(yīng)力，使得梁中繼續(xù)出現(xiàn)拉裂縫。測量項目：縱筋應(yīng)變?nèi)员３峙c荷載的線性關(guān)系，而混凝土的應(yīng)力由線性轉(zhuǎn)入非線性狀態(tài)，受此影響，撓度同時也轉(zhuǎn)為非線性變化。5.4第三階段破壞階段時，縱筋屈服，在很小的荷載增量下，梁產(chǎn)生很大的變形。裂縫高度和寬度進(jìn)一步發(fā)展，中和軸不斷上移，壓區(qū)混凝土應(yīng)力分布曲線漸趨豐滿。量測項目：縱筋應(yīng)變進(jìn)入屈服階段，混凝土應(yīng)變保持非線性增長，并可能會由于開裂導(dǎo)致應(yīng)變片破壞使數(shù)據(jù)失效。撓度急劇增加。當(dāng)時，壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限受壓應(yīng)變，壓區(qū)混凝土壓碎，或縱筋拉斷，梁正截面破壞。5.5裂縫特性預(yù)測開裂后，拉區(qū)裂縫隨荷載增加不斷增加，出現(xiàn)的第一條裂縫為最大裂縫。極限荷載時，壓區(qū)混凝土被壓碎，出現(xiàn)壓區(qū)細(xì)小而密集的裂縫。在整個破壞過程中，要?dú)v經(jīng)相當(dāng)大的變形，破壞前有明顯征兆，屬于延性破壞。