鋼筋混凝土正截面受彎實驗報告

1、混凝土結構設計原理實驗報告實驗一鋼筋混凝土受彎構件正截面試驗專業(yè)12級1班姓名學號二零一四年十月二十六號仲愷農(nóng)業(yè)工程學院城市建設學院專業(yè)資料.目錄1.實驗目的：22.實驗設備：2試件特征2試驗儀器設備：33.實驗成果與分析，包括原始數(shù)據(jù)、實驗結果數(shù)據(jù)與曲線、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制曲線等。3實驗簡圖3適筋破壞 -配筋截面：4超筋破壞 -配筋截面3少筋破壞 -配筋截面43.1適筋破壞：12（ 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。12（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）13（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）13（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。14（

2、 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。153.2超筋破壞：4（ 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。4（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）5（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）7（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。8（ 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。93.3少筋破壞：9（ 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。9（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）10（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）11（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。11（ 5）簡

3、述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。124 實驗結果討論與實驗小結，即實驗報告的最后部分，同學們綜合所學知識及實驗所得結論認真回答思考題并提出自己的見解、討論存在的問題。15.資料 .（院、系）專業(yè)班組混凝土結構設計原理課學號姓名實驗日期2014 年 10 月 16 日 教師評定實驗一鋼筋混凝土受彎構件正截面試驗1. 實驗目的：了解受彎構件正截面的承載力大小、撓度變化及裂縫出現(xiàn)和發(fā)展過程。觀察了解受彎構件受力和變形過程的三個工作階段及適筋梁的破壞特征。測定或計算受彎構件正截面的開裂荷載和極限承載力，驗證正截面承載力計算方法。2. 實驗設備：試件特征（ 1）根據(jù)試驗要求，試驗的

4、混凝土強度等級為 C30(fck=20.1N/mm 2，ftk=2.01N/mm 2，fc14.3N/mm2, Ec=3.0 104 N/mm 2），縱向受力鋼筋強度等級HRB335 級（極限抗拉強度標準值為fyk335N/mm 2 ），箍 筋與 架立 鋼筋 強度 等級 HPB300級（ 屈服強度 標準 值為fy=270N/mm2）（ 2）試件為 b h=200 435 mm 2，縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層為20mm 。少筋、適筋、超筋的箍筋是12100，保證不發(fā)生斜截面破壞。（ 3）梁的受壓區(qū)配有兩根10 的架立筋，通過箍筋與受力筋綁扎在一起，形成骨架，.資料 .保證受力鋼筋處在正確的位置

5、試驗儀器設備：（ 1）靜力試驗臺座、反力架、支座與支墩（ 2）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（ 6） YJ-26 型靜態(tài)電阻應變儀及平衡箱（ 7）讀數(shù)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3. 實驗成果與分析，包括原始數(shù)據(jù)、實驗結果數(shù)據(jù)與曲線、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制曲線等。實驗簡圖適筋破壞 -配筋截面加載：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設計強度fy 時的荷載值、破壞荷載值）.資料 .加載：Fcr =0.5KNFy =95.6KNFu =96.4KN超筋破壞 -配筋截面加載：（注明開

6、裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設計強度fy 時的荷載值、破壞荷載值）加載：Fcr =0.5KNFu =135.1 KN少筋破壞 -配筋截面：加載：（注明開裂荷載值、縱向受拉鋼筋達到設計強度fy 時的荷載值、破壞荷載值）加載：Fcr =0.4KNFu =7.3KN3.1 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。.資料 .理論計算：ho389開裂時： xf tk As2.01 12320.616mm1 f ckb1.020.1200M crf tk As (hox)2.011232(3890.616 )0.9625 KN gm22M cr0.96250.4734 KN

7、開裂荷載： Fcr2.033a屈服時： xf yk As335 1232102.667mm1 f ckb1.020.1200M yf yk As (hox)3351232(389102.667 )139.36 KN gm22屈服荷載： FyM y139.3668.55KNa2.033破壞時： xf stk As455 1232139.44mm1 f ckb1.020.1200M ufstk As (hox)4551232(389139.44 )178.98 KN gm22破壞荷載 : FuM u178.98a88.04 KN2.033通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：1 實

8、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中和軸在受彎截面的中間。（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）As1232h0389EsAs2.01051232EEc?3.01040.1056bh0200 389teAs12320.0283Ate0.5200435當構件開裂時，M k0.9625KN /M.資料 .sqM K0.9625 1062.308h0 As 0.873891232ftk1.10.6

9、52.01負數(shù)，取0.21.1 0.650.0283tesq2.308Bs1.15Es Ash022105123238923.506 1013 N mm20.26E1.150.20.260.1056M K l020.9625 106 610020.112mmf s0.113.5061013B以此類推，在不同的荷載下，可以得到相關的數(shù)據(jù)：F(kN)0.473434.4368.5588.04M k(KN m)0.962570139.36178.98sq (N/mm 2 )2.308167.89334.24429.260.20.830.960.9913( N gmm2 )3.5062.0851.92

10、41.891Bs 10f (mm)0.11213.74229.64738.741.資料 .實驗得出的荷載 -撓度曲線 :（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）最大裂縫：acr1.9teAs12320.02830.5bh0.5 200435deq28989.40mm0.0283tesqM k178.98106429.3N / mm2h0 As0.87 389 12321.10.652.011.00.0283429.3Wmaxacrsqdeq429.31.9 20 12 0.08 989.40 0.57mm1.9cs0.081.9 1.05Este210.資料 .（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展

11、開的過程與機理。當荷載在 0.5KN 內，梁屬于彈性階段，沒有達到屈服更沒有受到破壞。當荷載在 0.5KN 的基礎上分級加載， 受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，手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，以保證斜截面內力平衡。當內力增大到某一數(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)混凝土拉應變超過極限抗拉應變，部分薄弱地方的混凝土開始出現(xiàn)裂縫，此時荷載為 9.7KN 。在開裂

12、截面，內力重新分布，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折。內力重新分布完成后，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，直至最后達到屈服前的臨界狀態(tài)。鋼筋屈服至受壓區(qū)混凝土達到峰值應力階段。

13、此階段初內力只要增加一點兒，鋼筋便即屈服。此時荷載為 95.6KN 。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，中和軸上移，內力臂增大，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。.資料 .（ 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。配筋率越高， 受彎構件正截面承載力越大，最大裂縫寬度值越小， 但

14、配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。3.2 超筋破壞：（ 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。h0362.5mmA s2463mm 2跨度為 a2033mmfbxA fM crftk As (h01 cks tkx)2xAsftk24632.011.2315 mm1 fckb1.020.1 200M cr2.012463362.5- 1.23151.792KNM2.資料 .FcrM cr1.792a0.881KN2.033破壞彎矩、荷載：xf stk As455 2463a1 fck b 1278.77 mm20.1 200M u 4552463362.5- 278.7

15、7250.04KN M2FuM u250.04122.99KNa2.033通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：（ 1）、構件的平整度，截面尺寸是否準確、混凝土實際保護層的厚度等施工質量會使計算值與實際抗彎承載力產(chǎn)生差異。（ 2）、應變片的粘貼位置會產(chǎn)生差異。傳感器的精度會產(chǎn)生差異。百分表的位置影響。手持式應變儀的讀數(shù)影響。（ 3）、應變片的溫度補償產(chǎn)生差異。選用設備的量程不合理。讀數(shù)間隔時間相差過大。（ 4）、各種人為因素，儀器操作的熟練程度。 實驗時儀表出現(xiàn)碰撞。度數(shù)出現(xiàn)誤差。沒有預加載（ 2）繪出試驗梁 p-f 變形曲線。（計算撓度）注：超筋梁在荷載作用至破壞期間撓度變化

16、極小，難以計算。.資料 .（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）注：超筋梁在荷載作用至破壞期間有效受拉混凝土截面面積極小，難以計算。（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。(1) 在此彈性階段混凝土的受拉應力應變曲線和受壓應力應變曲線都近似直線，因此基本上可看成混凝土在彈性范圍內工作。而鋼筋此時也工作在彈性范圍內，所以整根鋼筋混凝土梁可近似看成一份勻質彈性梁。在加載過程中梁的剛度不變，表現(xiàn)為這一階段的撓度荷載曲線基本為直線。在受壓區(qū)混凝土壓應變增大過程中，受拉鋼筋拉應力呈直線增加，受壓區(qū)合壓力和受拉區(qū)合拉力也基本呈直線增加，由平截面假定可知，此時的受壓區(qū)高度應近似保持不變。(2) 而

17、到受拉區(qū)混凝土呈現(xiàn)塑形到開裂階段初，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，混凝土的受拉應力應變曲線開始呈現(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)應變增大過程中，受拉區(qū)混凝土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內，呈直線增長，于是受壓區(qū)高度降低，以保證截面內力平衡（若受壓區(qū)高度不變或增大，則截面合壓力增長大于合拉力增長，內力將會不平衡）。當內力增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達到其實.資料 .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)。(3) 開裂至受壓區(qū)混凝土達到峰值應力階段，梁體開裂后鋼筋的應力應變突然增加很多，曲率急劇增大，受壓區(qū)高度也急劇

18、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折。內力重分布完成后，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系。隨著荷載的增加，混凝土的應力應變不斷增大，直至受壓區(qū)邊緣應變接近0.002 ，而鋼筋由于配筋率相對比較大，此時并未屈服。(4) 破壞階段隨著荷載的增加，混凝土的受壓區(qū)邊緣應變達到0.002 ，邊緣壓應力達到峰值應力。因為混凝土受壓應力應變曲線已表現(xiàn)出明顯的塑性，而受拉鋼筋并未達到屈服強度，拉應力仍隨著應變呈線性增長。為了保持截面內力平衡必須增大受壓區(qū)面積，所以截面中

19、和軸下降，受壓區(qū)高度增加。因為一直到破壞時鋼筋也未屈服，我們可以看到，在超筋梁中，自開裂后截面中和軸位置一直是下降的。最后受壓區(qū)混凝土達到極限壓應變而破壞。（ 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。配筋率越高， 受彎構件正截面承載力越大，最大裂縫寬度值越小， 但配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。3.3 少筋破壞：（ 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、荷載：h0435-37 398mmA s78.5mm 2跨度為 a 2033mmfbxA fM crftk As (h01 cks tkx)2xAsftk78.5 2.010.03925

20、mm1 fckb1.020.1200M cr2.0178.5398- 0.039250.063KN M2FcrM cr0.0630.03KNa2.033破壞彎矩、荷載：.資料 .f stk As45578.58.88 mmx20.1200a1 fck b 1M u 45578.5398- 8.8814.06KN M2M u14.066.91KNFu2.033a通過分析對比，實驗數(shù)據(jù)跟理論數(shù)據(jù)存在著誤差，主要原因：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.

21、5 倍不能準確的計算破壞荷載；4.整個計算過程都假設中和軸在受彎截面的中間。（ 2）繪出試驗梁p-f 變形曲線。（計算撓度）注：在很小荷載的作用下，少筋梁即破壞，撓度無法計算（ 3）繪制裂縫分布形態(tài)圖。（計算裂縫）.資料 .注：少筋梁在裂縫出現(xiàn)到破壞期間時間極短，裂縫難以計算。（ 4）簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理。（ 1）在荷載為 0.4KN 時，梁處于彈性階段，在此階段混凝土的受拉應力應變曲線和受壓應力應變曲線都近似直線，因此基本上可看成混凝土在彈性范圍內工作，而鋼筋此時也工作在彈性范圍內，所以整根鋼筋混凝土梁可近似看成一根勻質彈性梁。在加載過程中梁的剛度不變，表現(xiàn)在這一階段梁的撓

22、度荷載曲線基本為直線。在受壓區(qū)混凝土壓應變增大過程中，受拉鋼筋拉應力呈直線增加，受壓區(qū)合壓力和受拉區(qū)合拉力也基本呈直線增加，由平截面假定可知，此時的受壓區(qū)高度應似保持不變。（ 2）在荷載為 7.8KN 時，此階段荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應變超過極限抗拉應變，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，使鋼筋應力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度。此時受壓區(qū)混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑形，應力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線。（ 3）又因為配筋率少于最少配筋率，故一旦原來由混凝土承擔的拉力由鋼筋承擔后，鋼筋迅速達到屈服。受

23、壓區(qū)高度會迅速降低，以增大內力臂來提高抗彎能力。在受壓區(qū)高度降低的同時，荷載.資料 .也會降低，直到由受壓區(qū)高度降低所提高的抗彎能力等于降低后的荷載所引起的彎矩時，受壓區(qū)高度才穩(wěn)定下來。在撓度荷載曲線上就表現(xiàn)為荷載有一個突然的下降。然后受壓區(qū)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。但這時裂縫開展很大，梁嚴重下垂，也被視為已達破壞（ 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫寬度的影響。配筋率越高， 受彎構件正截面承載力越大，最大裂縫寬度值越小， 但配筋率的提高對減小撓度的效果不明顯。4實驗結果討論與實驗小結，即實驗報告的最后部分，同學們綜合所學知識及實驗所得結論認真回答思考題并提出自己的見解、討論存在的問題。在這一次的鋼筋混凝土受彎構