《混凝土設(shè)計(jì)原理》

1、混凝土設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)（土木工程專業(yè)用）南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院目錄實(shí)驗(yàn)一：?jiǎn)谓罹匦谓孛媪浩茐?1 實(shí)驗(yàn)二：受彎構(gòu)件斜截面破壞 4 實(shí)驗(yàn)三：偏心受壓柱破壞 10試驗(yàn)一 單筋矩形截面梁破壞學(xué) 時(shí)：2 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)性質(zhì) ：綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅和ㄟ^(guò)對(duì)適筋梁、超筋梁和少筋梁的試驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土梁正截面受彎破壞過(guò)程的 認(rèn)識(shí)，了解正截面科學(xué)研究的基本方法，驗(yàn)證受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算方式。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、觀測(cè)適筋梁、超筋梁的裂縫出現(xiàn)和開(kāi)展過(guò)程、撓度變化以及破壞特征，并記下開(kāi) 裂荷載實(shí)測(cè)值（ Pcr）和破壞荷載實(shí)測(cè)值（ Pu）。2、量測(cè)適筋梁在各級(jí)荷載下的跨中撓度值，繪制梁跨中的荷載（內(nèi)力）一撓度曲線 （M

2、-f 曲線）。3、量測(cè)適筋梁在純彎區(qū)段沿截面高度的平均應(yīng)變，繪出沿梁高度的應(yīng)變分布圖形， 驗(yàn)證平截面假定。4、通過(guò)在主筋上測(cè)定的應(yīng)變，驗(yàn)證鋼筋屈服與梁破壞之間的關(guān)系。5、觀察和描繪試件破壞情況和特征，比較適筋梁與超筋梁的破壞形態(tài)及破壞荷載。6、根據(jù)規(guī)范方法計(jì)算試件破壞承載力理論值并與試驗(yàn)值比較。 試件設(shè)計(jì)與制作：1、試件設(shè)計(jì)為確保梁正截面強(qiáng)度破壞，在剪彎區(qū)段所配箍筋需加強(qiáng)，縱筋端部錨固 足夠可靠。圖 1-1和表 1-1給出了 L-1（適筋梁）、L-2（超筋梁） L-3（少筋梁）的配筋詳圖及截面 參數(shù)，混凝土采用 C15，縱向受力筋采用 HPB235鋼筋（帶彎鉤）和 HRB335 鋼筋（不帶 彎

3、鉤）。表 1-1項(xiàng)目梁號(hào)截面尺寸2bh（mm2）1 號(hào)筋2 號(hào)筋3 號(hào)筋L 1(mm)L 2(mm)保護(hù)層厚 C（mm）L-112018021228610095070015L-212018022028610095070015L-315030026286100950700151L-1(適筋梁)8號(hào)鉛絲受彎試驗(yàn)梁施工圖注：砼采用 C15，保護(hù)層厚度取 20mm。制作時(shí)預(yù)留砼立方試塊( 150*150*150 )圖 1-1 試件尺寸和配筋圖2圖 1-2 測(cè)點(diǎn)布置圖2、試件制表試件采用干硬性混凝土、平板振搗器振搗、蒸汽養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù) 28 天，制作試件同 時(shí)預(yù)留混凝土立方體試塊（ 150150150m

4、m）和縱向受力鋼筋試件以測(cè)得混凝土和 鋼筋的實(shí)際強(qiáng)度，填入表 1-2 用于計(jì)算構(gòu)件的實(shí)際承載力。表 1-2項(xiàng)目強(qiáng)度（ N/mm 2）混凝土立方體150150150HRB3356HRB33512HRB33520試驗(yàn)方法1、加荷裝置 方案一：采用千斤頂和反力架進(jìn)行兩點(diǎn)加荷 方案二：在四柱壓力機(jī)上進(jìn)行兩點(diǎn)加荷。2、觀測(cè)方案（1）用百分表量測(cè)梁的跨中撓度，其值按下式計(jì)算： 跨中位移fms :跨中位移實(shí)測(cè)值；frs : 右側(cè)支座位移實(shí)測(cè)值；fls :左側(cè)支座位移實(shí)測(cè)值2）用手持式應(yīng)變儀量測(cè)沿截面高度的平均應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖 1-2。（3）裂縫觀測(cè)：用放大鏡觀測(cè)裂縫出現(xiàn)，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)讀裂縫寬，用鋼直尺量取

5、純彎段裂縫間距。 （4）試驗(yàn)完畢，打碎保護(hù)層、測(cè)定實(shí)際保護(hù)層厚度。3、安全措施1、試驗(yàn)梁下設(shè)安全墊塊，以防梁破壞時(shí)傷害操作人員和破壞儀表。2、儀表安裝時(shí)系安全繩，試件破壞前必須撤除儀表。3、加荷系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠。試驗(yàn)步驟1、試驗(yàn)前，先進(jìn)行材料試驗(yàn)，并按實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算開(kāi)裂荷載和構(gòu)件承載力。2、加荷載前，用放大鏡及讀數(shù)顯微鏡檢查有無(wú)初始干縮裂縫、讀取百分表和手持式應(yīng) 變儀的初始讀數(shù)。3、按荷載短期效應(yīng)組合值的 20%分級(jí)加荷，構(gòu)件自重及加載設(shè)備重量計(jì)入第一級(jí)。 每 級(jí)荷載的持續(xù)時(shí)間為 10 分鐘，持續(xù)時(shí)間結(jié)束后方可測(cè)讀儀表。4、接近估算開(kāi)裂荷載時(shí)，荷載分級(jí)降為 5%，直至裂縫出現(xiàn)，記下荷載值

6、 Pcr ，開(kāi)裂后 荷載分級(jí)恢復(fù)為 20%。5、構(gòu)件達(dá)到正常使用極限狀態(tài)，即荷載達(dá)到其短期組合值。持荷時(shí)間增加5 分鐘。持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，測(cè)讀各儀表，同時(shí)用讀數(shù)顯微鏡量測(cè)純彎段所有裂縫寬度、量測(cè)平 均裂縫間距。6、構(gòu)件進(jìn)入破壞階段、荷載分級(jí)調(diào)整為 10%，接近承載力極限狀態(tài)時(shí)，降為 5%，并 撤除百分表，持續(xù)時(shí)間仍取 10 分鐘，直至構(gòu)件破壞，記下荷載值 Pus。注意事項(xiàng)（1）試驗(yàn)前必須明確試驗(yàn)?zāi)康模?仔細(xì)閱讀指導(dǎo)書(shū)， 要求熟悉試驗(yàn)步驟及有關(guān)注意事項(xiàng)， 如有不清楚的地方可進(jìn)行研究，討論或詢問(wèn)指導(dǎo)教師，對(duì)與本次無(wú)關(guān)的儀器設(shè)備 不可隨便亂動(dòng)。（ 2） 試驗(yàn)時(shí)，一定要聽(tīng)從指導(dǎo)教師的指導(dǎo)，遵守試驗(yàn)室規(guī)章

7、制度，特別要注意試件 破壞時(shí)的安全。（3）試驗(yàn)結(jié)束后，按要求完成試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)二 受彎構(gòu)件斜截面強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2 學(xué)時(shí)試驗(yàn)性質(zhì) ：綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?、驗(yàn)證斜截面強(qiáng)度計(jì)算方法，加深認(rèn)識(shí)剪壓破壞、斜壓破壞、斜拉破壞等三種剪切破 壞形態(tài)的主要破壞特征，以及產(chǎn)生這三種破壞特征的機(jī)理。2、正確區(qū)分斜裂縫和垂直裂縫，彎剪斜裂縫和腹剪斜裂縫；在此基礎(chǔ)上加深了解這二 種裂縫的形成原因和裂縫開(kāi)展的特點(diǎn)。3、加深了解箍筋在斜截面抗剪中的作用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、量測(cè)試驗(yàn)梁的撓度。2、測(cè)斜裂縫出現(xiàn)前后箍筋的應(yīng)變。3、仔細(xì)觀察裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展過(guò)程，特別注意觀察剪跨內(nèi)斜裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展的全過(guò) 程。斜裂縫出現(xiàn)后，用鉛筆在裂

8、縫旁邊描裂縫，按出現(xiàn)順序編號(hào)，并在裂縫頂端注 明相應(yīng)的荷載值，待試驗(yàn)梁破壞后再繪制裂縫分布圖和破壞形態(tài)圖。4、記錄斜截面破壞荷載， 并驗(yàn)算斜截面破壞時(shí)的 Vus /Vu（Vus和Vu分別為斜截面破壞時(shí)的 剪力試驗(yàn)值和理論值 ）。5、在試驗(yàn)過(guò)程中，要根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容和要求，認(rèn)真做好記錄，并完成試驗(yàn)報(bào)告。 試件設(shè)計(jì)與制作：1、此試驗(yàn)為斜截面強(qiáng)度試驗(yàn)，在進(jìn)行試件截面設(shè)計(jì)時(shí)，要保證梁不發(fā)生正截面破壞而 只發(fā)生斜截面破壞，即正截面破壞強(qiáng)度大于斜截面破壞強(qiáng)度。圖 21 給出了 L1（剪壓試驗(yàn)梁）、L2（斜拉試驗(yàn)梁）、L3（斜壓試驗(yàn)梁）的 配筋詳圖及截面參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)，砼采用 C15，縱向受力筋， I 級(jí)鋼

9、帶彎鉤， II級(jí)鋼不 帶彎鉤。2、試件制表 試件采用干硬性混凝土、平板振搗器振搗、蒸汽養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù) 28 天，制作試件 同時(shí)預(yù)留混凝土立方體試塊 （150150150mm）和縱向受力鋼筋試件以測(cè)得混凝土 和鋼筋的實(shí)際強(qiáng)度，填入表 1-2 用于計(jì)算構(gòu)件的實(shí)際承載力。吊環(huán)L3(斜壓)受剪試驗(yàn)梁施工圖注：砼采用 C15，保護(hù)層厚度取 20mm。制作時(shí)預(yù)留砼立方試塊( 150*150*150 )圖 21 試驗(yàn)梁詳圖表 2 1項(xiàng)目強(qiáng)度（ N/mm 2）混凝土立方體150 150 150HPB2356試驗(yàn)方法：1、加載裝置 根據(jù)試驗(yàn)梁最大承載能力，決定加載裝置和加載方式。本次試驗(yàn)有三種不同規(guī)格的梁， 其

10、加載體系均采用反力架、千斤頂加載體系。加載裝置如圖 22 所示，荷載作用位置 如圖 23。試驗(yàn)梁安裝要求 本次的試驗(yàn)梁和支座的連接為簡(jiǎn)支。試驗(yàn)梁兩端擱置在專門(mén)設(shè)計(jì)的支座上，保證梁在 受力后，梁的一端能夠轉(zhuǎn)動(dòng)而另一端能夠水平移動(dòng)；試驗(yàn)梁就位后，應(yīng)保證幾何尺寸位置 的準(zhǔn)確。2、測(cè)點(diǎn)布置 根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，測(cè)點(diǎn)布置如圖 24 所示。千斤頂反力架座 支圖 22 加載裝置圖PP1212343中點(diǎn)圖 24 測(cè)點(diǎn)布置圖圖 23 荷載作用位置圖2 為百分表，量測(cè)試驗(yàn)梁跨中撓度注： 1、 3 為百分表，量測(cè)試驗(yàn)梁支座沉降，1 為電阻片，量測(cè)試驗(yàn)梁箍筋應(yīng)變3、試驗(yàn)儀器和加載設(shè)備1 XJ-5 型電阻應(yīng)變儀，用于量

11、測(cè)箍筋應(yīng)變2 百分表，用于量測(cè)撓度3 500kN 千斤頂，用于加荷4、安全措施 在試驗(yàn)過(guò)程中，要服從統(tǒng)一指揮。隨時(shí)注意觀察加載裝置和登記表運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，如 發(fā)現(xiàn)偏差過(guò)大，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，待糾正后再繼續(xù)加載。試件接近破壞時(shí)，應(yīng)在試件 下面安裝安全支承，避免測(cè)試人員及登記表遭受不必要的損失；當(dāng)加載超過(guò)80%的破壞荷載后，應(yīng)將易損儀表拆除。5、人員分工加載 2 人，讀百分表 3 人、記錄 1人，操作電阻應(yīng)變儀 1人、記錄 1 人，尋找裂縫并 量測(cè)裂縫寬 3 人，負(fù)責(zé)安全 1 人，總指揮 1 人。試驗(yàn)步驟：1、試驗(yàn)前，先進(jìn)行材料試驗(yàn)，并按實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算開(kāi)裂荷載和構(gòu)件承載力。2、加荷載前，用放大鏡

12、及讀數(shù)顯微鏡檢查有無(wú)初始干縮裂縫、讀取百分表和手持式應(yīng) 變儀的初始讀數(shù)。3、加荷方法采取分級(jí)加荷，每級(jí)加載值一般取 510%的破壞荷載。每次加載后間歇 5 分鐘，使試 件的變形趨于穩(wěn)定后，按試驗(yàn)內(nèi)容和要求量測(cè)數(shù)據(jù)，并認(rèn)真做好記錄；數(shù)據(jù)校核無(wú)誤 后，方可進(jìn)行下一級(jí)加載。注意事項(xiàng)：1、復(fù)習(xí)受彎構(gòu)件斜截面的強(qiáng)度計(jì)算一章內(nèi)容，仔細(xì)閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，充分了解本次試 驗(yàn)?zāi)康摹⒁?、測(cè)試等內(nèi)容。2、根據(jù)所給試驗(yàn)梁尺寸、 配筋，計(jì)算試驗(yàn)梁的破壞荷載， 確定加載級(jí)數(shù)和每級(jí)加載值。3、進(jìn)入試驗(yàn)室后，要服從擔(dān)任本次試驗(yàn)指導(dǎo)教師的統(tǒng)一指揮，認(rèn)真完成本次試驗(yàn)所要 求的內(nèi)容，注意分工協(xié)作。4、與本試驗(yàn)無(wú)關(guān)的儀器設(shè)備和其他試

13、驗(yàn)項(xiàng)目裝置不得隨意亂動(dòng)。5、注意安全，尤其是加載階段。實(shí)驗(yàn)三 矩形截面對(duì)稱配筋偏心受壓柱正截面強(qiáng)度試驗(yàn)學(xué)時(shí)：2 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)性質(zhì) ：綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?、通過(guò)柱側(cè)面的應(yīng)變片和縱向鋼筋上的應(yīng)變片，測(cè)定截面不同纖維層的應(yīng)變值，驗(yàn) 證平截面假定，并測(cè)定混凝土的極限壓應(yīng)變。2、通過(guò)百分表量測(cè)柱子的水平撓度，說(shuō)明縱向彎曲對(duì)偏心受壓中長(zhǎng)柱的影響。3、觀察大偏心受壓截面的破壞特性，記錄破壞荷載。4、測(cè)定開(kāi)裂荷載及 0.3mm裂縫荷載。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、量測(cè)縱向鋼筋 AS，As 的應(yīng)變，分析其應(yīng)力情況。2、觀察裂縫出現(xiàn)的荷載及裂縫開(kāi)展的過(guò)程。3、在跨中區(qū)段驗(yàn)證平截面假定并分析中和軸位置的變化。4、確定破壞荷載值，驗(yàn)

14、證理論公式，并對(duì)理論值和試驗(yàn)值進(jìn)行比較。試件設(shè)計(jì)與制作：1、此試驗(yàn)為鋼筋混凝土大偏心受壓中長(zhǎng)柱的強(qiáng)度試驗(yàn)， 試件應(yīng)設(shè)計(jì)為大偏心受壓柱。 選擇如圖 31 所示鋼筋混凝土大偏心受壓柱。 選擇柱的截面尺寸為 b h 200mm 150mm (為了防止柱子向另一方向產(chǎn)生側(cè)向彎曲面形成雙向受彎，故柱截面在另一方向設(shè)計(jì)成 200mm，大于 150mm)，考慮到試驗(yàn)用構(gòu)件沒(méi)有耐久性要求，且構(gòu)件尺寸較小，這里適當(dāng)減 小保護(hù)層厚度，取保護(hù)層厚度 c 20mm。2、 試件制作 試件采用干硬性混凝土、平板振搗器振搗、蒸汽養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù) 28 天，制作試件同時(shí)預(yù) 留混凝土立方體試塊( 150150150mm)和縱向受

15、力鋼筋試件以測(cè)得混凝土和鋼筋的實(shí)際 強(qiáng)度，填入表 1-2 用于計(jì)算構(gòu)件的實(shí)際承載力。10圖 31 所示鋼筋混凝土大偏心受壓柱表 1-2項(xiàng)目強(qiáng)度( N/mm 2)混凝土立方體150 150 150HRB33514試驗(yàn)方法1、加荷裝置如圖( 32)所示，整個(gè)試驗(yàn)梁安裝在 5000kN 液壓壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。將壓力試驗(yàn) 機(jī)施加的外荷載 P 作用在鋼筋混凝土大偏心受壓柱上。2、試驗(yàn)設(shè)備：(1) 加載設(shè)備：長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)。(2) 測(cè)量設(shè)備：百分表、混凝土應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變片、讀數(shù)顯微鏡等。(3) 數(shù)據(jù)采集設(shè)備：計(jì)算機(jī)、 7v14 數(shù)據(jù)采集器。11表分百圖 32 鋼筋混凝土大偏心受壓柱破壞試驗(yàn)裝置3、觀測(cè)方案（

16、1）由于要觀察鋼筋混凝土大偏心受壓的受力全過(guò)程，測(cè)定柱中點(diǎn)處不同纖維層的應(yīng) 變以及柱中點(diǎn)處的撓度值，所以，沿柱中點(diǎn)處不同纖維層粘貼應(yīng)變片來(lái)測(cè)應(yīng)變（圖 33）。為了測(cè)得混凝土極限壓應(yīng)變，在受壓區(qū)邊緣也粘貼應(yīng)變片，同時(shí)受拉鋼筋也粘 貼應(yīng)變片測(cè)鋼筋應(yīng)變。（2）在柱中點(diǎn)處安裝百分表測(cè)柱的水平撓度。（3）本試驗(yàn)用計(jì)算機(jī)及 7V14 數(shù)據(jù)采集器組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（4）用讀數(shù)顯微儀測(cè)讀裂縫寬度。37.5 37.5 37.5 37.5圖 3 3 截面應(yīng)變片布置12試驗(yàn)步驟1、試驗(yàn)前，先進(jìn)行材料試驗(yàn)，并按實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算開(kāi)裂荷載和構(gòu)件承載力。2、加荷載前，用放大鏡及讀數(shù)顯微鏡檢查有無(wú)初始干縮裂縫、讀取百分表和手持式應(yīng) 變儀的初始讀數(shù)。3、采用長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)分級(jí)加載，由于本試驗(yàn)側(cè)重于觀察和驗(yàn)證，故每級(jí)荷載分為10kN，由試驗(yàn)機(jī)讀數(shù)盤(pán)準(zhǔn)確地控制每級(jí)荷載大小，在兩次加載的間隔時(shí)間