同濟(jì)大學(xué)混凝土試驗(yàn)梁剪壓破壞試驗(yàn)報(bào)告精品

1、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)L ENGINEERING梁受剪試驗(yàn)（剪壓破壞）試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱梁受剪試驗(yàn)（剪壓破壞）試驗(yàn)課教師林峰課教師2014年11月25日1. 試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^試驗(yàn)學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)混凝土梁的受剪性能(剪壓破壞)，掌握混凝土梁的受剪性能 試驗(yàn)的測(cè)試方法，鞏固課堂知識(shí)，加深對(duì)于斜截面破壞的理解。2. 試件設(shè)計(jì)2.1材料和試件尺寸試件尺寸(矩形截面)：bX h X 1= 120X 200 X 1800mm ;混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20;縱向受拉鋼筋的種類：HRB335 ;箍筋的種類：HPB235 ;2.2試件設(shè)計(jì)(1) 試件設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)剪跨比I和彎剪區(qū)箍筋配筋量的調(diào)整，可將試件設(shè)計(jì)為剪壓、斜壓和

2、斜拉破壞，剪壓破 壞的I滿足1 <1 W。進(jìn)行試件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證梁受彎極限荷載的預(yù)估值比剪極限荷載預(yù)估值大。(2) 試件參數(shù)如表13502800 -J 350表1試件參數(shù)試件尺寸(矩形截面)120 X200X 1800mm下部縱筋2圭18上部縱筋2由10箍筋<)>6150(2)縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度15mm配筋圖見圖1加載位置距離支座400mm1800圖1試件配筋圖(3)試件加載估算受彎極限荷載As2 = A f y / fyAs1 = As - As2Mu = fy As (ho -as)u1% fcbg© = fyA,1 Mu1 =a1fcbh2©(

3、1-O.5E)Mu=Mu +Mu1M u =0.2PumPuM =105.25kN受剪極限承載力Vu =右75 ftk bh。+ fyk -sh)l +1sFUq =2Vu其中，當(dāng)I <1.5時(shí)，取I =1.5，當(dāng)I >3時(shí)，取I =3。FUq =65.98kN可以發(fā)現(xiàn)PUQ<PuM，所以試件會(huì)先發(fā)生受剪破壞。具體計(jì)算過程見附錄一。2.3試件的制作根據(jù)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081-2002規(guī)定， 成型前，試模內(nèi)表面應(yīng)涂一薄層礦物油或其他不與混凝土發(fā)生反應(yīng)的脫模劑。取樣或拌制好的混凝土拌合物，至少用鐵锨再來回拌合三次。將混凝土拌合物一次裝入試模，裝料時(shí)應(yīng)用

4、抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試?？凇２捎脴?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件，應(yīng)在溫度為20 ± 5C的環(huán)境中靜置一晝夜至二晝夜，然后編號(hào)、拆模。拆模后應(yīng)立即放入溫度為20±2C,相對(duì)濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，或在溫度為20± 2C的不流動(dòng)的氫氧化鈣飽和溶液中養(yǎng)護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28d （從攪拌加水開始計(jì)時(shí)）。3. 材性試驗(yàn)3.1混凝土材性試驗(yàn)?zāi)翉?qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果試塊留設(shè)時(shí)間:2014 年 9 月 25試塊試驗(yàn)時(shí)間:2014 年 12 月 8試塊養(yǎng)護(hù)條件:與試件同條件養(yǎng)護(hù)試件尺寸150mm< 150mm< 150mm實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度/MPa平均立方體 抗

5、壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗拉強(qiáng)度/MPa推定 彈性模量/GPa23.422.022.517.11.8926.7522.2注：軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2010推定。3.2鋼筋材性試驗(yàn)鋼筋強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限何載/kN屈服強(qiáng)度 平均值/MPa極限強(qiáng)度平均值/MPa試件平均試件平均6光圓11.611.316.015.740055611.215.611.215.610帶肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9318帶肋1541451621645

6、706451521641281653.試驗(yàn)過程3.1加載裝置圖2為梁受彎性能試驗(yàn)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，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(cè)定荷載值。 試驗(yàn)取L=1800mm, a=100mm， b=400mm， c=800mm。1091 試驗(yàn)梁；2 滾動(dòng)鉸支座；3固定鉸支座；4 支墩；5分配梁滾動(dòng)鉸支座;6分配梁滾動(dòng)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(yàn)裝置圖3.2加載制度 單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制：在正式加載前，為檢查儀器儀表讀數(shù)是否正常，需要預(yù)加載，預(yù)加載所用的荷載是分級(jí)荷載 的前1級(jí)。正式分級(jí)加載 /

7、kN : 075710 7157 207 257 30 40 50 60 70破壞，在加載到 70kN 時(shí), 拆除所有儀表，然后加載至破壞，并記錄破壞時(shí)的極限荷載。但是本實(shí)驗(yàn)為了更加直觀的觀測(cè)混凝土的應(yīng)變， 掉儀表。3.3量測(cè)與觀測(cè)內(nèi)容3.3.1荷載荷載由壓力傳感器直接測(cè)定，選取數(shù)據(jù)如表而且由于先發(fā)生剪壓破壞，所以可以不用拆時(shí)間荷載(kN)時(shí)間荷載(kN)2014/11/25 13:4902014/11/25 14:5290.7822014/11/25 13:595.1992014/11/25 14:5297.4672014/11/25 14:069.3262014/11/25 14:5210

8、0.0252014/11/25 14:1214.5252014/11/25 14:52105.392014/11/25 14:1419.5592014/11/25 14:52110.4242014/11/25 14:2225.8322014/11/25 14:52115.3762014/11/25 14:3730.2882014/11/25 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/

9、11/25 14:53135.1832014/11/25 14:5068.6652014/11/25 14:53137.4942014/11/25 14:5275.1842014/11/25 14:53138.3192014/11/25 14:5280.1362014/11/25 14:53139.3922014/11/25 14:5285.9962,極限荷載為139.392kN。荷載取值表表23.3.2鋼筋應(yīng)變（1）縱筋應(yīng)變?cè)谠嚰v向受拉鋼筋中部粘貼電阻應(yīng)變片，以量測(cè)加載過程中鋼筋的應(yīng)力變化，測(cè)點(diǎn)布置見 圖3。was應(yīng)變片（貼于粥®外側(cè)）t I1JJ鋼®應(yīng)變片123鋼筋應(yīng)

10、變片4邛71圖3縱筋應(yīng)變片布置由于試驗(yàn)前準(zhǔn)備不充分，不能夠分清應(yīng)變片，只能通過平均應(yīng)變來觀測(cè)鋼筋在實(shí)驗(yàn)中的變化 情況。（2）箍筋應(yīng)變箍筋的鋼筋應(yīng)變片布置見圖4,應(yīng)變片與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3。SHMl 11 1 I 1 1 M iinL00,4001：,400 jW,J 1-1I goon *，78910111243-843-943-1029-1 （壞）19-229-3圖4箍筋應(yīng)變片布置 表3箍筋應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)編號(hào)3.3.3混凝土應(yīng)變混凝土應(yīng)變由布置混凝土表面上的 凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖4個(gè)位移計(jì)量測(cè)，位移計(jì)間距40mm，標(biāo)距為150mm，混5，位移計(jì)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見表4。1000鮭計(jì)21000圖5混凝

11、土應(yīng)變計(jì)布置表4混凝土應(yīng)變計(jì)測(cè)點(diǎn)編號(hào)123446-946-246-346-43.3.4撓度撓度由梁跨度范圍內(nèi)布置3個(gè)位移計(jì)量測(cè)。短期跨中撓度實(shí)測(cè)值可以按照公式1 Mao6,位移計(jì)對(duì)應(yīng)通道見表5。位移計(jì)7 If = f5 - (f6 + f fb0直接得出。側(cè)向擾度測(cè)點(diǎn)布置見圖2 Mb1位移計(jì)6位移計(jì)5900圖6撓度測(cè)點(diǎn)布置表5撓度位移計(jì)測(cè)點(diǎn)編號(hào)56746-846-646-750mm X50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助手電筒用肉眼查 之后對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)，用讀數(shù) 長(zhǎng)度及裂縫間距，并用相機(jī)拍攝后手動(dòng)繪制裂縫展開圖。3.3.5裂縫實(shí)驗(yàn)前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制 找裂縫并且用鉛筆標(biāo)記出裂

12、縫的位置、標(biāo)號(hào)。 放大鏡測(cè)量各級(jí)荷載作用下的裂縫寬度、 3.4裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)(1) 實(shí)驗(yàn)前構(gòu)件初始狀態(tài)經(jīng)過觀察構(gòu)件初始狀態(tài)良好，肉眼觀測(cè)沒有初始裂縫。(2) 各級(jí)荷載作用下構(gòu)件裂縫發(fā)展情況(0 7 20kN)當(dāng)荷載較小時(shí)，很難用肉眼觀測(cè)到裂縫。(20kN 7 70kN )梁的下表面首先出現(xiàn)垂直裂縫，數(shù)量較少而且裂縫很短、寬度也比較小。隨 著荷載的增加，裂縫的條數(shù)在逐漸增加而且不斷的向受壓區(qū)發(fā)展，并且梁的支座附近出現(xiàn)多條斜 裂縫。(70kN 7 l30kN )兩個(gè)支座附近的斜裂縫繼續(xù)向受力點(diǎn)延伸，寬度不斷加大，條數(shù)增多，在 接近130kN時(shí)一側(cè)形成一條寬度長(zhǎng)度最大的臨界裂縫貫通整個(gè)梁，剪壓區(qū)

13、被壓碎，繼續(xù)加荷載但是壓力傳感器數(shù)值不增反降，此時(shí)混凝土梁已經(jīng)破壞。(3) 破壞情況如圖7,裂縫展開圖見附錄三。iTT正面*化：£gI h幽背面圖7構(gòu)件破壞情況圖4. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析圖8荷載-撓度曲線圖原始數(shù)據(jù)整理見附錄二，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理如下:4.1荷載-撓度關(guān)系4.2何載-曲率關(guān)系荷載-曲率曲線-0.0020. 002購 004曲率(1000000/mm)0, 0050. 00S1 曲率I分析時(shí)可以不考慮圖9荷載-曲率曲線圖 猜測(cè)是由于位移計(jì)在安裝時(shí)帶有一定的位移量造成曲率的初始值為負(fù)值,OkN和5kN時(shí)的情況。4.3荷載-縱筋平均應(yīng)變關(guān)系荷載-下部縱筋應(yīng)變1503 100150

14、-縱筋平均應(yīng)變15001000150020002500圖10荷載-縱筋平均應(yīng)變曲線圖4.4荷載-箍筋應(yīng)變關(guān)系荷載-箍筋應(yīng)變+ 43T -439£9-2一 £9-3O1-O3O2圖11荷載-箍筋應(yīng)變曲線圖從圖中可以看出，在荷載較小的時(shí)候斜裂縫還沒有發(fā)展，箍筋基本沒有應(yīng)變，但是隨著斜裂縫的發(fā)展，斜裂縫穿過的箍筋應(yīng)變迅速增大，也就意味著其所受應(yīng)力在加大，限制斜裂縫的發(fā)展。但是同時(shí)，位于斜裂縫端點(diǎn)的箍筋卻幾乎不怎么受力。4.5承載力分析正截面承載力計(jì)算:d18h0 =h-c =205 -15 =181mm222 2As =2x3.14x9 = 508.68mm2 2As =2x3.

15、14x52 =157mm2as =15+18/2 =24mm,as = 15+10/2 = 20mmAs2 =As fy / fy =157X506 子 570 =139.37mm22As1 = As As2 =508.68 139.37 = 369.31mmMi = fy As (h。as) =506x157x(181 20) =12.8kN m0.8q =1 +0.0033 Es0.85701 十。.0033X2X105= 0.43RiM=Mu /0.2 =186.6kN斜截面承載力計(jì)算：1.5 吒幾二400 =2.27 c3176Asv =2x3.14x32Vu =晉人+1PUq =2V

16、uftbg 十2=56.52mmfy學(xué)089"20"81 十 40"75r “49.% fcbx = fyAs1訪0 =77.83mm ex =102.59mm按照超筋計(jì)算-© -0.8£pbs = fy/1fcbh ='sAs1% -0.8巴=0.48Mu1=% fcbh0P(1-0.5r)=1X17.1x120x1812x0.48x(1 0.5X0.48) =24.52kN，mMu1= Mu1+Mu =24.52+12.8 =37.32kN -mRq =98.54kN實(shí)測(cè)極限抗剪承載力為139.392kN,比理論值高出40%左右，推

17、測(cè)造成差距的原因?yàn)椋海?） 無論是計(jì)算抗彎承載力還是抗剪承載力的計(jì)算模式都偏于安全的，而且在接近70kN的 時(shí)候裂縫已經(jīng)變得很明顯，此時(shí)的梁可能考慮到已經(jīng)不能滿足使用要求了。（2） 混凝土材料的性質(zhì)不穩(wěn)定，養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過28天都可能造成混凝土的強(qiáng)度變大，致使其 承載能力提高。（3）由于現(xiàn)場(chǎng)沒有實(shí)際測(cè)量構(gòu)件的尺寸，可能在試件的制作過程中試件的尺寸大于原來設(shè) 計(jì)的尺寸，使其承載能力提高。5結(jié)論本次試驗(yàn)向我們展示了適筋梁剪壓破壞的全過程，從破壞形態(tài)上來看這次試驗(yàn)時(shí)比較成功 的。我們了解到了剪壓破壞的特點(diǎn)。剪壓破壞的斜裂縫會(huì)不斷向集中荷載作用點(diǎn)延伸，且寬度不 斷增大，形成一條寬度和長(zhǎng)度最大的臨界裂縫指向

18、荷載作用點(diǎn)，最終剪壓區(qū)混凝土被壓碎，梁發(fā) 生斜截面破壞。同時(shí)通過對(duì)箍筋的觀察，可以看到箍筋只有在斜裂縫產(chǎn)生的時(shí)候才能發(fā)揮作用，限制斜裂縫 的繼續(xù)發(fā)展。而且只有斜裂縫穿過的箍筋才能發(fā)揮限制作用，這對(duì)我關(guān)于斜截面計(jì)算截面的選取 有了更加深刻的理解。附錄一試件設(shè)計(jì)承載力估算hod18=h -c -巴=200 -15-丄=176mm22= 2>c3.14x92 =508.68mm2= 2x3.14x52 =157mm2as=15+18/2 =24mm, as =15+10/2 = 20mm2As2 =As fy / fy =157X300 子300 =157mm 碼=As -As2 =508.6

19、8 -157 =351.68mm2M u =As fy (h。一as ) =300咒 157x(176-20) =7.35kN m0.8 _ 0.8=300= 0.551 + 0.0033Es 1 +0.0033X2X105S fcbX = fy As1M u =円 fcbx(h0 -0.5x)2asMu1= 40mm c x =91.58mm < bh0 = 96.8mm= 1x9.6x120x91.58x(176-0.5x91.58) =13.7kN -mMuRm= Mu<HMu =13.7 +7.35=21.05kN m= Mu/0.2 =105.25kN1.5C =迴=2.

20、27<3176Av =2咒3.1432 =56.52mm21 75A1 7556 527u ftkbh + fykb =-X1.54X120X176 +235%176 = 32.99kNa+1y s 2.27+1150Rq =2VuRq =65.98kN附錄二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理荷載（kN）撓度（mm）曲率（106/mm）縱筋平均應(yīng)變00.0085-0.001435.55.199-0.2095-0.001485.833333339.3260.0530.00013333379.6666666714.525-0.0860.00052513519.559-0.23750.00085199.666666725.832-0.4520.00095295.530.288-0.67750.00192