同濟(jì)大學(xué)混凝土實(shí)驗(yàn)——適筋梁設(shè)計(jì)方案

1、適筋梁受彎性能試驗(yàn)方案小組成員：姓名： 學(xué)號(hào)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 任課教師： 日 期： 適筋梁受彎破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案一、適筋梁受彎破壞過程：當(dāng)梁中縱向受力鋼筋的配筋率適中時(shí)，梁正截面受彎破壞過程表現(xiàn)為典型的三個(gè)階段。第一階段彈性階段（I階段）：當(dāng)荷載較小時(shí)，混凝土梁如同兩種彈性材料組成的組合梁，梁截面的應(yīng)力呈線性分布，卸載后幾乎無殘余變形。當(dāng)梁受拉區(qū)混凝土的最大拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度，且最大的混凝土拉應(yīng)變超過混凝土的極限受拉應(yīng)變時(shí)，在純彎段某一薄弱截面出現(xiàn)首條垂直裂縫。梁開裂標(biāo)志著第一階段的結(jié)束。此時(shí)，梁純彎段截面承擔(dān)的彎矩Mcr稱為開裂彎矩。第二階段帶裂縫工作階段（II階段）：梁

2、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。壓區(qū)混凝土中壓應(yīng)力也由線性分布轉(zhuǎn)化為非線性分布。當(dāng)受拉鋼筋屈服時(shí)標(biāo)志著第二階段的結(jié)束。此時(shí)梁純彎段截面承擔(dān)的彎矩My稱為屈服彎矩。第三階段破壞階段（III階段）：鋼筋屈服后，在很小的荷載增量下，梁會(huì)產(chǎn)生很大的變形。裂縫的高度和寬度進(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。當(dāng)受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限壓應(yīng)變時(shí)，壓區(qū)混凝土壓碎，梁正截面受彎破壞。此時(shí)，梁承擔(dān)的彎矩Mu稱為極限彎矩。適筋梁的破壞始于縱筋屈服，終于混凝土壓碎。整個(gè)過程要經(jīng)歷相當(dāng)大的變形，破壞前有明

3、顯的預(yù)兆。這種破壞稱為適筋破壞，屬于延性破壞。二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?） 通過實(shí)踐掌握試件的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理的方法。（2） 加深對(duì)混凝土基本構(gòu)建受力性能的理解。（3） 更直觀的了解適筋梁受彎破壞形態(tài)及裂縫發(fā)展情況。（4） 驗(yàn)證適筋梁破壞過程中的平截面假定。（5） 對(duì)比實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算理論值，從而更好地掌握設(shè)計(jì)的原理。三、 實(shí)驗(yàn)裝置：圖1為本方案進(jìn)行梁受彎性能試驗(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，以便于在跨中形成純彎段。并且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。梁受彎性能試驗(yàn)中，采用三分點(diǎn)加載方案，取，。圖2.a為加載簡(jiǎn)圖，此時(shí)千斤頂加力為，經(jīng)過分配梁后，

4、可視為兩個(gè)大小為的集中荷載分別作用于圖示位置。圖2.b為荷載作用下的彎矩圖。由此圖可知，純彎段的彎矩最大，.圖2.c為荷載作用下的剪力圖。1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1 梁受彎試驗(yàn)裝置圖（a）加載簡(jiǎn)圖（）（b）彎矩圖（）（c）剪力圖（）圖2 梁受彎試驗(yàn)加載和內(nèi)力簡(jiǎn)圖四、 加載方式：（1）單調(diào)分級(jí)加載機(jī)制：梁受彎試驗(yàn)采取單調(diào)分級(jí)加載，每次加載時(shí)間間隔為15分鐘。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)荷載的前兩級(jí)。具體加載過程為： 在加載到開裂

5、荷載計(jì)算值的90%以前，每級(jí)荷載不宜大于開裂荷載計(jì)算值得20% 達(dá)到開裂荷載計(jì)算值的90%以后，每級(jí)荷載不宜大于其荷載值的5%； 當(dāng)試件開裂后，每級(jí)荷載值取10%的承載力試驗(yàn)荷載計(jì)算值的級(jí)距； 當(dāng)加載達(dá)到縱向受拉鋼筋屈服后，按跨中位移控制加載，加載的級(jí)距為鋼筋屈服工況對(duì)應(yīng)的跨中位移； 加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。（2）開裂荷載實(shí)測(cè)值確定方法：對(duì)于本次試驗(yàn)，采用放大鏡觀測(cè)法確定開裂荷載實(shí)測(cè)值。具體過程：用放大倍率不低于四倍的放大鏡觀察裂縫的出現(xiàn)；當(dāng)加載過程中第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取前一級(jí)荷載作為開裂荷載實(shí)測(cè)值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間內(nèi)第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取本級(jí)荷載值與前一級(jí)荷載

6、的平均值作為開裂荷載實(shí)測(cè)值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束后第一次出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)取本次荷載值作為開裂荷載實(shí)測(cè)值。（3）承載力極限狀態(tài)確定方法：對(duì)梁試件進(jìn)行受彎承載力試驗(yàn)時(shí)，在加載或持載過程中出現(xiàn)下列標(biāo)記即可認(rèn)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載： 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； 撓度達(dá)到跨度的1/30； 受壓區(qū)混凝土壓壞。五、 試件設(shè)計(jì)：（1）試件設(shè)計(jì)的依據(jù)根據(jù)梁正截面受壓區(qū)相對(duì)高度和界限受壓區(qū)相對(duì)高度的比較可以判斷出受彎構(gòu)件的類型：當(dāng)時(shí)，為適筋梁；當(dāng)時(shí)，為超筋梁。界限受壓區(qū)相對(duì)高度可按下式計(jì)算：在設(shè)計(jì)時(shí)，如果考慮配筋率，則需要確保 其中在進(jìn)行受彎

7、試件梁設(shè)計(jì)時(shí)，、分別取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，、分別取鋼筋試件試驗(yàn)得到鋼筋受拉屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量。同時(shí)，為了防止出現(xiàn)少筋破壞，需要控制梁受拉鋼筋配筋率大于適筋構(gòu)件的最小配筋率，其中可按下式計(jì)算：（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l180×250×2200mm；混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C35；縱向受拉鋼筋的種類：HRB400；箍筋的種類：HPB300（純彎段無箍筋）；縱向鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：25mm；（3）配筋計(jì)算： 由所選材料性能可知: =0.523所以，當(dāng)所配縱筋為314時(shí)，鋼筋

8、面積As=462mm2;此時(shí)所以該梁為適筋梁綜上所述，試件的配筋情況見圖3和表1：圖3 梁受彎實(shí)驗(yàn)試件配筋表試件編號(hào)試件特征配筋情況預(yù)估荷載P (kN)PcrPyPuMLA適筋梁314210850(2)27.56693.063103.403說明：預(yù)估荷載按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給定的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，未計(jì)試件梁和分配梁的自重。（4）試件加載估算1. 開裂彎矩估算2. 屈服彎矩估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時(shí)，壓區(qū)混凝土的應(yīng)力為線性分布，因此有：3. 極限彎矩估算4. 抗剪驗(yàn)算梁中箍筋采用上述配置，及，此時(shí)梁的抗剪能力如下： 此時(shí) 因?yàn)?，所以該梁出現(xiàn)正截面破壞，符合要求。六、 量測(cè)內(nèi)容：（1）

9、 混凝土平均應(yīng)變?cè)诹嚎缰幸粋?cè)面布置5個(gè)位移計(jì)，位移計(jì)間距50mm，標(biāo)距為150mm，以量測(cè)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(cè)點(diǎn)布置見圖4。圖4梁受彎試驗(yàn)混凝土平均應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置（2）縱向鋼筋應(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5。圖5 縱筋應(yīng)變片布置（3）撓度對(duì)受彎構(gòu)件的撓度測(cè)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(yàn)加載前，應(yīng)在沒有外荷載的條件下測(cè)讀儀表的初始讀數(shù)。試驗(yàn)時(shí)在每級(jí)荷載下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結(jié)束時(shí)量測(cè)構(gòu)件的變形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位測(cè)點(diǎn)的測(cè)度程序在整個(gè)試驗(yàn)過程中宜保持一致，各測(cè)點(diǎn)間讀數(shù)時(shí)間間隔不宜過長(zhǎng)。圖6 梁受彎試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置（4）裂縫試驗(yàn)前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立