綜合性實踐環(huán)節(jié)答案解析

1、 專業(yè)資料分享 鄭州大學現(xiàn)代遠程教育綜合性實踐環(huán)節(jié)一 作業(yè)要求1.要求提交設(shè)計試驗構(gòu)件詳細的設(shè)計過程、構(gòu)件尺寸和配筋；2.要求擬定具體的試驗步驟；3.要求預估試驗發(fā)生的破壞形態(tài)；4.構(gòu)件尺寸、配筋、試驗步驟以及破壞形態(tài)可參考綜合性實踐環(huán)節(jié)試驗指導或相關(guān)教材（例如，混凝土原理），也可自擬。二 作業(yè)內(nèi)容1. 正截面受彎構(gòu)件適筋梁的受彎破壞試驗設(shè)計。（35分）1. 實驗目的： A、實驗室實驗目的: 1、了解受彎構(gòu)建正截面的承載力大小，撓度變化及裂紋出現(xiàn)和發(fā)展的過程。 2、觀察了解受彎構(gòu)件受力和變形的過程的三個工作階段及適筋梁的破壞特征 3、測定或計算受彎構(gòu)件正截面的開裂荷載和極限承載力，驗證正截面承

2、載計算方法 B、模擬實驗目的: 1、通過用動畫演示鋼筋 混凝土簡支梁兩點對稱加載實驗的全過程，形象生動地向?qū)W生展示了鋼筋 混凝土簡支受彎構(gòu)件在荷載作用下的工作性能。同時，軟件實時地繪制撓度-荷載曲線、受壓區(qū)高度-荷載曲線及最大裂縫寬度-荷載曲線以放映簡支梁工作性能的變化規(guī)律，力圖讓學生清楚受彎構(gòu)件的變形，受壓區(qū)高度等在荷載作用下不同階段的發(fā)展情況。 2、學生還可以實用軟件對即將進行的實驗進行預測，認識試件在荷載作用下不同階段的反應，從而設(shè)計出良好的實驗觀測方案。 3、實驗結(jié)果有學生計算與模擬實驗結(jié)合進行，實現(xiàn)參與式實驗教學的效果。2. 實驗設(shè)備： A、試件特征 （1）根據(jù)實驗要求，試驗梁的混凝

3、土等級為C25，截面尺寸為150mm*400mm， （Fc=16.7N/mm2，21.78/tkfNmm=,216.7/ckfNmm=，ft=1.27 N/mm2） 縱向向受力鋼筋等級為HRB400級225(400/,540/,2.010ykstkcfNmmfNmmE=´） 箍筋與架立鋼筋強度等級為HPB300級25(300/2.110)ykcfNmmE=´ （2）試件尺寸及配筋圖如圖所示，縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層厚度為20mm(計算按規(guī)定取20+5=25mm)。 （3）梁的中間配置直徑為6mm，間距為80的箍筋，保證不發(fā)生斜截面破壞。 （4）梁的受壓區(qū)配有兩根架立鋼筋

4、，直徑為10mm，通過箍筋和受力鋼筋綁扎在一起，形成骨架，保證受力鋼筋處在正確的位置。 B、真實實驗儀器設(shè)備： 1、靜力試驗臺座，反力架，支座及支墩 2、20T手動式液壓千斤頂 3、20T荷重傳感器 4、YD-21型動態(tài)電阻應變儀 5、X-Y函數(shù)記錄儀器 6、YJ-26型靜態(tài)電阻應變儀及平衡箱 7、讀書顯微鏡及放大鏡 8、位移計（百分表）及磁性表座 9、電阻應變片，導線等 C、模擬實驗儀器設(shè)備： 1、筆、計算紙 2、電腦 3、SSBCAI軟件 3、實驗簡圖 本次試驗我分配的梁的跨度l為3300mm，構(gòu)造要求的截面尺寸為220*110但是為了計算需要該梁的截面高度h為取400mm，截面寬度b取1

5、50mm。外力加載處位于總長的1/3即1100處。經(jīng)計算該梁的最小配筋面積為0.178%A，最大配筋面積為1.7%A。 1、在進行少筋破壞計算時配筋面積采用0.125% A、計算As為75平方毫米，采用一根直徑為10的三級鋼筋，實際As為78.5平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構(gòu)造要求。 2、在進行適筋破壞計算時配筋面積采用0.85% A、計算As為510平方毫米，采用兩根直徑為18的三級鋼筋，實際As為509平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構(gòu)造要求。 3、在進行超筋破壞計算時配筋面積采用2.00% A、計算As為1200平方毫米，采用兩根直徑為28的三級鋼筋，實際As為1232平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構(gòu)造要求。適筋破壞

6、-配筋截面 模擬實驗加載數(shù)據(jù): 1、荷載0 kg0.4kn屬于彈性階段，當荷載達到0.4kn后進入塑形階段。 2、荷載0.4kg6.9kn屬于塑性階段，當荷載達到6.9kn后 混凝土開始開裂。 3、荷載達到52.9kn時鋼筋達到受拉屈服強度但 混凝土還未定達到抗壓峰值。 4、荷載達到55.2kn時 混凝土達到抗壓峰值該梁破壞。 繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度） 極限狀態(tài)下的撓度 040034366hmm滿足要求與實驗結(jié)果7.37相差50%以內(nèi)計算結(jié)果符合誤差要求，但不符合安全構(gòu)造要求。 同上方法可以計算出不同荷載作用下的撓度在荷載為0.3kn前，梁處于彈性階段；在荷載增加到大約6.0kn

7、，梁由彈性到開裂；在荷載增加到大約9.7kn鋼筋達到屈服強度，梁破壞。 在開裂截面，內(nèi)力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，是鋼筋應力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度。此時受壓混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑性，應力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線。實驗荷載-撓度曲線圖如下、實驗荷載最大裂縫寬度曲線如下：又因為配筋率少于最小配筋率，故一旦原來由混凝土承擔的拉力有鋼筋承擔后，鋼筋迅速達到的屈服。受壓區(qū)高度會迅速降低，以增大內(nèi)力臂來提高抗彎能力。同時，所提高的抗彎能力等于降低后的荷載引起的彎矩，受壓區(qū)高度才能穩(wěn)定下來。在撓度-荷載曲線上就表現(xiàn)為荷載有一個突然地下降。然后受壓區(qū)

8、高度進一步下降，鋼筋歷盡屈服臺階達到硬化階段，荷載又有一定上升。此時受壓區(qū)混凝土仍未被壓碎，即梁尚未喪失承載能力，但這是裂縫開展很大，梁已經(jīng)嚴重下垂，也被視為以破壞。實驗荷載相對受壓區(qū)高度曲線如右圖：適筋破壞： （1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因。 開裂彎矩： 040040360hmm=-= 模擬實驗破壞荷載與計算破壞荷載比較： 兩個開裂彎矩對比：（6.9-0.297）/6.9=95.6%>50% 兩個屈服彎矩對比：（59.11-52.9）/ 59.11=10.5%<50% 兩個極限彎矩對比：（76.246-55.2）/ 55.2=38.12%<50

9、% 誤差符合要求。 結(jié)果分析 本次實驗數(shù)據(jù)對比，誤差存在，產(chǎn)生誤差的主要原因有三點： 1實驗時沒有考慮梁的自重，而計算理論值時會把自重考慮進去。 2.計算的階段值都是現(xiàn)象發(fā)生前一刻的荷載，但是實驗給出的卻是現(xiàn)象發(fā)生后一刻的荷載。 3.破壞荷載與屈服荷載的大小相差很小，1.5倍不能準確的計算破壞荷載。 4.整個計算過程都假設(shè)中和軸在受彎截面的中間。滿足要求2. 與實驗結(jié)果0.03相差50%以內(nèi)計算結(jié)果符合誤差要求，但不符合安全構(gòu)造要求。 同上方法可以計算出不同荷載作用下的撓度=0.751mm屈服狀態(tài)裂縫寬度=0.750mm開裂狀態(tài)裂縫寬度=0.00059mm用同樣的方法可計算出如下表：理論荷載-

10、最大裂縫曲線3. 模擬實驗荷載-最大裂縫曲線4. 簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。 當荷載在0.4KN內(nèi)，梁屬于彈性階段，受拉應力應變和受壓應力應變曲線呈直線。 當荷載在6.9KN的基礎(chǔ)上分級加載，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，受拉應變曲線開始呈現(xiàn)較明顯的曲線性，并且曲線的切線斜率不斷減小，表現(xiàn)為在受壓區(qū)壓應變增大的過程中，合拉力的增長不斷減小，而此時受壓區(qū)混凝土和受拉鋼筋仍工作在彈性范圍，呈直線增長，于是受壓區(qū)高度降低，以保證斜截面內(nèi)力平衡。當內(nèi)力增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達到其實際的抗拉強度和極限拉應變，截面處于開裂前的臨界狀態(tài)。 接著荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應變超過

11、極限抗拉應變，部分薄弱地方的混凝土開始出現(xiàn)裂縫。在開裂截面，內(nèi)力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，是鋼筋應力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度。此時受壓混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑性，應力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線。此時鋼筋的應力應變突然增加很多，曲率急劇增大，受壓區(qū)高度急劇下降，在撓度-荷載曲線上表現(xiàn)為有一個表示撓度突然增大的轉(zhuǎn)折。內(nèi)力重新分布完成后，荷載繼續(xù)增加時，鋼筋承擔了絕大部分拉應力，應變增量與荷載增量成一定的線性關(guān)系，表現(xiàn)為梁的抗彎剛度與開裂一瞬間相比又有所上升，撓度與荷載曲線成一定的線性關(guān)系。隨著荷載的增加，剛進的應力應變不斷增大，直至最后達到屈服

12、前的臨界狀態(tài)。 當荷載達到52.9KN時，鋼筋屈服至受壓區(qū)混凝土達到峰值應力階段。此階段初內(nèi)力只要增加一點兒，鋼筋便即屈服。一旦屈服，理論上可看作鋼筋應力不再增大（鋼筋的應力增量急劇衰減），截面承載力已接近破壞荷載，在梁內(nèi)鋼筋屈服的部位開始形成塑性鉸，但混凝土受壓區(qū)邊緣應力還未達到峰值應力。隨著荷載的少許增加，裂縫繼續(xù)向上開展，混凝土受壓區(qū)高度降低（事實上由于鋼筋應力已不再增加而混凝土邊緣壓應力仍持續(xù)增大的緣故，受壓區(qū)必須隨混凝土受壓區(qū)邊緣應變增加而降低，否則截面內(nèi)力將不平5. 衡），中和軸上移，內(nèi)力臂增大，使得承載力會有所增大，但增大非常有限，而由于裂縫的急劇開展和混凝土壓應變的迅速增加，梁

13、的抗彎剛度急劇降低，裂縫截面的曲率和梁的撓度迅速增大，所以我們可以看到在受拉鋼筋屈服后荷載撓度曲線有一個明顯的轉(zhuǎn)折，此后曲線就趨于平緩，像是步上了一個臺階一樣。 4、實驗結(jié)果討論與實驗小結(jié)。 試驗表明適筋破壞屬于延性破壞：從鋼筋屈服到受壓區(qū)混凝土壓碎的過程中，鋼筋要歷經(jīng)較大的塑性變形，隨之引起裂縫急劇開展和撓度劇增。因此，在工程應用中絕不能出現(xiàn)少筋、超筋的配筋情況。 通過本次模擬試驗掌握了正截面受彎的三個受力階段，充分體驗了鋼筋混凝土受彎的整個過程；同時還掌握了擾度和裂縫的計算。通過這次試驗，我熟悉掌握其構(gòu)件受力和變形的三個階段以及破壞特征、掌握了不同荷載強度下?lián)隙群土芽p寬度的計算并且通過計算

14、三種情況下梁的屈服荷載和破壞荷載跟實驗所得到的數(shù)值進行計較，讓我進一步明白，在實際施工時與應該注意：一定要根據(jù)構(gòu)件的安全等級計算好承載力和強度，以保證施工安全和周邊環(huán)境、構(gòu)造物和人民財產(chǎn)的安全！2.斜截面受剪構(gòu)件無腹筋梁斜拉受剪破壞試驗設(shè)計。（35分）學習目標 掌握剪跨比的概念、斜截面受剪的三種破壞形態(tài)以及腹筋對斜截面受剪破壞形態(tài)的響； 熟練掌握矩形、T形和I字形截面斜截面受剪承載力的計算方法； 熟悉縱筋的彎起、截斷及錨固等構(gòu)造要求。 A、真實實驗儀器設(shè)備： 1、靜力試驗臺座，反力架，支座及支墩 2、20T手動式液壓千斤頂 3、20T荷重傳感器 4、YD-21型動態(tài)電阻應變儀 5、X-Y函數(shù)記

15、錄儀器 6、YJ-26型靜態(tài)電阻應變儀及平衡箱 7、讀書顯微鏡及放大鏡 8、位移計（百分表）及磁性表座 9、電阻應變片，導線等 B、模擬實驗儀器設(shè)備： 1、筆、計算紙 2、電腦 3、SSBCAI軟件 實驗簡圖 一、受彎構(gòu)件有:正截面受彎破壞（M）、斜截面受剪破壞（M、V）、斜截面受彎破壞（M、V）2、 斜截面受剪通過計算和 構(gòu)造來保證。斜截面受彎通過構(gòu)造來保證。要解決的主要問題腹剪斜裂縫、彎剪斜裂縫 斜截面受剪破壞的三種主要形態(tài) 1、無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài)：試驗表明，無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài)主要由剪跨比決定。（1） 斜壓破壞 發(fā)生條件： l<1破壞特征首先在梁腹部出現(xiàn)腹剪斜裂縫

16、 隨后混凝土被分割成斜壓短柱最后斜向短柱混凝土壓壞而破壞。破壞取決于混凝土的抗壓強度。 脆性破壞（2）剪壓破壞發(fā)生條件： 1< <3 。 破壞特征： 首先出現(xiàn)豎向裂縫， 隨后豎向裂縫斜向發(fā)展，并形成一條臨界斜裂縫， 最后剪壓區(qū)混凝土破壞而破壞。 破壞取決于剪壓區(qū)混凝土的強度。 脆性破壞。（3）斜拉破壞發(fā)生條件：>3。 破壞特征： 一旦裂縫出現(xiàn)，就很快形成臨界斜裂縫，承載力急劇下降，構(gòu)件破壞。承載力主要取決于混凝土的抗拉強度。 脆性顯著（4） 三種破壞形態(tài)的特征比較三種破壞形態(tài)的特征比較 （斜截面三種破壞都是脆性） （1）斜拉破壞為受拉脆性破壞，脆性最顯著；且混凝土抗壓強度未發(fā)

17、揮。 （2）斜壓破壞為受壓脆性破壞。（3） 剪壓破壞為脆性破壞，脆性相對好些。 有腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài) 破 壞 形 態(tài)主 要 由 剪跨 比 和箍 筋 配 置量 決 定實驗小結(jié)：一、無腹筋梁（主要是受力性能）：1、剪跨比（）的概念。2、傳力機構(gòu)：拉桿-拱模型。3、破壞形態(tài)：斜拉、剪壓和斜壓破壞。發(fā)生的條件（） 、破壞特征。 二、有腹筋梁（有受力性能、設(shè)計計算和構(gòu)造措施三個方面）：（1 sv）的概念和箍筋的作用。 （2）傳力機構(gòu)：拱形桁架模型。（3）破壞形態(tài)：斜拉、剪壓和斜壓破壞。發(fā)生的條件（ 、 sv ）、破壞特征。 （4）影響承載力的主要因素： 、 fc 、 、 sv 。 有關(guān)設(shè)計計算：

18、（1）如何建立有腹筋梁斜截面抗剪承載力的計算公式？ （2）計算公式的應用55復核與設(shè)計。3）有關(guān)構(gòu)造：（1）梁中箍筋的smax、dmin 。 （2）抵抗彎矩圖（材料圖）的概念。 （3）保證斜截面抗彎的構(gòu)造措施（a 0.5h0）。 （4）梁中縱筋彎起和截斷。3. 鋼筋混凝土柱大偏心受壓構(gòu)件破壞試驗設(shè)計。（30分）試驗目的及要求 1、通過試驗了解偏心受壓構(gòu)件理論計算的依據(jù)和分析方法； 2、觀察偏心受壓柱的破壞特征及強度變化規(guī)律，進一步增強對鋼筋混凝土構(gòu)件試驗研究和分析能力； 3、加強學生對于理論知識的理解和消化。 二、實驗內(nèi)容 在靜荷載作用下，測定柱測向位移和L/2截面鋼筋及混凝土應變，描繪柱體裂縫出現(xiàn)、擴大與破壞狀況及特征，測定開裂荷載值及破壞荷載值。 三、實驗設(shè)備 1、自平衡加力架：500KN以上；