同濟大學混凝土實驗報告--少筋梁和偏壓柱

1、混凝土結構基本原理實驗報告（共頁）姓 名： 學 號： 專 業(yè)：學 院： 指導老師： 同濟大學結構工程與防災研究所2012年月日一、 實驗目的和內(nèi)容1.1偏心受壓柱實驗目的：通過試驗研究認識混凝土結構構件的破壞全過程，掌握測試混凝土小偏心受壓構件基本性能的試驗方法。實驗內(nèi)容：對小偏心短柱施加軸向荷載直至破壞。觀察加載過程中裂縫的開展情況,將得到的極限荷載與計算值相比較。1.2 少筋梁受彎本實驗通過試驗研究認識鋼筋混凝土少筋梁的破壞過程，掌握少筋梁受彎測試基本性能的試驗方法。（1）通過參加實驗以及之后實驗報告的整理，可以讓我理解和掌握鋼筋混凝土構件的試驗方法和試驗結果，通過實踐掌握試件的設計、實驗

2、結果整理的方法。（2）寫出實驗報告，在寫報告的過程中加深對混凝土結構基本構件受力性能的理解（3）觀察既有破壞構件，掌握裂縫觀察與統(tǒng)計方法二、 試驗方法2.1 構件設計2.1.1 受壓柱（1）試件設計的依據(jù)為減少“二階效應”的影響，將試件設計為短柱，即控制l0/h5。通過調整軸向力的作用位置，即偏心距e0,使試件的破壞狀態(tài)為小偏心受壓破壞。（2）試件的主要參數(shù)試件尺寸截面尺寸：200400mm2 (兩端);200200mm2 (中部);試件長度：1300mm；混凝土強度等級：C25縱向鋼筋：8B18(兩端)；4B18(中部)。箍筋：8850（兩端）；48100（中部）；縱向鋼筋混凝土保護層厚度；

3、25mm試件的配筋情況（如下圖所示）：取偏心距e0=50mm（3）試件承載力估算按照混凝土結構設計規(guī)范給定的材料強度標準值及上述的計算公式，對于本次試驗構件的極限承載力的預估值為：Ncu= kN2.1.2 少筋梁（1） 試件設計依據(jù)根據(jù)梁的正截面受壓區(qū)相對高度和界限受壓區(qū)相對高度b的比值判斷的出受彎梁的類型：當b時為適筋梁或少筋梁，反之為超筋梁。受彎梁設計時采用的 fy、Es分別為混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強度標準值和彈性模量。由于是少筋梁，在設計配筋時還需要控制受拉鋼筋的配筋率，要求不大于適筋構件的最小配筋率 min，其中:b=0.81+fyEs0.0033 ; min=0.45ftf

4、y ;（2）試件的主要參數(shù)試件尺寸（矩形截面）：；混凝土強度等級：C25；少筋梁縱向受拉鋼筋的種類：HPB235；箍筋種類：HPB235；縱向受拉鋼筋混凝土保護層厚度：15mm；試件配筋情況見圖；表2.2.1少筋梁受彎配筋試件特征配筋情況預估載荷P (KN)PcrPyPu少筋梁24286757.57.52.2 加載方法2.2.1小偏心受壓柱采用單調分級加載機制。在正式加載前，為檢查儀器儀表讀書是否正常，需要預加載，預加載所用的荷載是分級荷載的前一級。正式加載的分級情況為：在達到預計的受壓破壞荷載的80%之前，根據(jù)預計的受剪破壞荷載分級進行加載，每級荷載約為破壞荷載的20%，每次加載時間間隔為5

5、-10分鐘。實際的加載等級為：0-30kN-60kN-90kN-120kN-150kN-200kN-250kN-300kN-350kN-400kN-450kN-500kN-550kN2.2.2 少筋梁本次試驗采用力控制加載，由同學手動按壓千斤頂，以0.5kN為基本單位分級加載直到試件被壓壞。2.3 加載裝置2.3.1 受壓柱柱偏心受壓試驗的加載裝置如圖所示。所用的設備包括，萬能試驗機、鉸支座等。所作用在試件柱上荷載大小，用液壓傳感器測量，或直接從萬能試驗機的表盤上讀得。如圖:2.3.2少筋梁少筋梁受彎性能試驗采用的加載裝置如圖所示，加載設備為千斤頂。采用單點集中力加載的加載方式，由千斤頂及反力

6、梁施加壓力，分配梁分配荷載，在跨中形成純彎段，壓力傳感器測定荷載值。分配梁的滾動鉸支座保證載荷豎直加載到梁上且梁不受水平向載荷作用。2.4 測試內(nèi)容和方法混凝土構件受到荷載作用時，會發(fā)生變形、會產(chǎn)生應力，這個荷載作用與變形、應力等有著對應的關系。隨著荷載的不斷增加，還會發(fā)生混凝土開裂、鋼筋屈服等當加載達到承載力極限狀態(tài)時，構件會發(fā)生破壞。通過觀察和測試這些現(xiàn)象（反應），可以了解和掌握構件的受力狀態(tài)和特點，受力機制和破壞形式。2.4.1 小偏心受壓柱小偏心受壓柱的測試內(nèi)容為：縱向壓縮變形，橫向彎曲變形，縱向受壓鋼筋應變，裂縫。1）縱向壓縮變形用二個位移計測量柱上下兩端的豎向位移，由上下位移的差值

7、得到柱的縱向壓縮變形。2）橫向彎曲變形柱的橫向彎曲變形與梁的橫線撓曲相似，用三個位移計測量柱中間和上下兩端的橫向位移，由這些位移測量結果計算柱的橫向彎曲變形。位移計的布置如下圖所示：位移計下支座側下側中下側中側中上測上上支座通道2- 32- 42- 52- 62- 72- 82- 93）縱向受壓鋼筋應變通過測量縱向壓拉鋼筋的應變，可以由此得到縱壓受拉鋼筋的應力。在柱中間的縱向受拉鋼筋上，粘貼應變片，以測量中間截面處鋼筋的應變。鋼筋應變片布置如下圖所示： 應變片12345678通道2- 11 2- 12 2- 13 2- 14 2- 15 2- 16 2- 17 2- 184）裂縫裂縫（局部反應

8、）的產(chǎn)生表示該部位的應變超過材料的極限應變、或者受拉應力超過材料的抗拉強度。裂縫的測試包括，裂縫的發(fā)生、位置和走向，測量裂縫寬度，記錄裂縫發(fā)展過程。實驗前，將柱外表面刷白，并繪制50mm50mm 的網(wǎng)格。實驗時，借助放大鏡用肉眼查找裂縫，用鉛筆描出裂縫位置。受壓區(qū)混凝土壓碎后，立即對裂縫的發(fā)展情況進行詳細觀察，用裂縫觀測儀、讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載作用下的裂縫寬度、長度，并繪制四個面的裂縫開展圖。2.4.1 受彎破壞梁少筋梁受彎的測試內(nèi)容為：跨中撓度，縱向受拉鋼筋應變，混凝土裂縫。加載方式分三分點加載和跨中單點加載兩組，比較兩組實驗梁的開裂、極限荷載和破壞形態(tài)等有何不同。1）跨中撓

9、度梁的跨中撓度是試件的整體反應。荷載與撓度的關系（曲線）可以反應試件的受力狀態(tài)和特點，撓度值的大小可以代表某個狀態(tài)的指標，如屈服、破壞等。本次實驗，用下圖所示三個位移計測量跨中和兩個支座的位移，由這些位移測量結果計算撓度。位移計4-214-224-23通道2_62_72_82）縱向受拉鋼筋應變通過測量縱向受拉鋼筋的應變（局部反應），可以由此得到縱向受拉鋼筋的應力，了解該鋼筋是否達到屈服等。本次實驗，在縱向受拉鋼筋的跨中位置，粘貼應變片，以測量跨中截面處鋼筋的應變，如下圖所示：應變片123456通道3_13_23_33_43_53_63）裂縫實驗前，將梁外表面刷白，并繪制50mm50mm 的網(wǎng)格

10、。實驗時，借助放大鏡用肉眼查找裂縫，用鉛筆描出裂縫位置。構件開裂后立即對裂縫的發(fā)展情況進行詳細觀察，用裂縫觀測儀、讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載作用下的裂縫寬度、長度，并繪制裂縫開展圖。對應于正常使用極限狀態(tài)的最大裂縫寬度，可在梁側面相應于縱向受拉鋼筋中心的高度處測量。3 準備工作 試件材料力學性能試驗結果：鋼筋力學性能試驗結果鋼筋規(guī)格46818鋼筋面積(mm2)12.5728.2750.27254.47屈服強度（MPa）270.56507.53483.43 374.11極限抗拉強度（MPa）322.29626.01593.85548.59伸長率(%)3224.53031混凝土試塊強度試

11、驗結果序號試塊尺寸荷載(kN)強度（MPa）1150*150*15054324.1 253523.8 355824.8 平均值（MPa）24.2 4 試驗過程4.1少筋梁受彎實驗試驗時間：11月28日(第十二周周三)15:3017:20試驗過程描述：1. 試件在加載前存在少許初始裂縫。2. 隨著加載的開始,試件上新裂縫逐漸增加,原始裂縫長度增加,裂縫寬度增大,且試件中部裂縫集中,裂縫數(shù)目向兩端逐漸減少3. 隨著荷載的進一步增大，試件中裂縫寬度超過破壞規(guī)定值，可認為試件破壞。4. 最終中部裂縫貫通，試件表面破裂明顯，有混凝土小碎塊剝落。4.2小偏心受壓柱實驗試驗時間：12月5日（第十三周周三）1

12、5:3017:20試驗過程描述：1. 試件在加載前的原始裂縫較少。2. 隨著加載的開始，試件上受拉區(qū)產(chǎn)生縱向裂縫，裂縫有延伸，寬度有增加。但總體來說裂縫的數(shù)量比較少，寬度較小。3. 荷載繼續(xù)增大到某一值時，受壓區(qū)出現(xiàn)第一條橫向裂縫，隨后裂縫寬度快速擴大并伴隨有混凝土碎塊的剝落。裂縫迅速向兩側以及事件兩端延伸，受拉區(qū)混凝土被拉裂。最終四面的裂縫貫通成一條大裂縫，試件表面破壞明顯，試件破壞。5 試驗結果5.1鋼筋的應力應變曲線：根據(jù)材料性能試驗可以做出以下鋼筋應力應變的關系曲線：5.2實驗數(shù)據(jù)處理5.2.1少筋梁1）數(shù)據(jù)處理要求如下：荷載通道的讀數(shù)轉換為荷載（kN）：荷載電腦讀數(shù)為應變數(shù)，每10k

13、N荷載對應127。應變計讀數(shù)轉換為鋼筋應力：根據(jù)前面繪制的鋼筋的應力應變曲線將鋼筋的應變轉化為鋼筋的應力。位移計讀數(shù)轉換為位移：位移電腦讀數(shù)為應變數(shù)，支座位移，每1mm位移對應300，跨中位移，每1mm位移對應100，均以位移向下為正。由跨中的位移計的位移得到梁的跨中撓度，由橫向位移得到柱的中間撓曲。2）數(shù)據(jù)表示： 少筋梁實驗荷載與撓度荷載/kn位移/mm跨中撓度/mm荷載/kn位移/mm跨中撓度/mm左支座跨中右支座左支座跨中右支座 2- 9 2- 6 2- 7 2- 8 2- 10 2- 9 2- 6 2- 7 2- 8 2- 100.0000 0.00 0.00 0.00 0.00 5.

14、11810.00 7.62 0.16 7.54 1.0236 0.00 0.13 0.00 0.13 5.11810.00 7.72 0.17 7.64 1.5748 0.00 0.23 0.02 0.22 5.11810.00 8.10 0.17 8.02 1.9685 0.00 0.32 0.05 0.30 5.11810.00 8.11 0.17 8.03 2.5197 0.00 0.43 0.05 0.41 5.27560.00 8.41 0.17 8.33 3.0709 0.00 0.57 0.11 0.52 5.19690.00 8.57 0.17 8.49 3.4646 0.00

15、 0.69 0.11 0.63 5.19690.00 8.59 0.17 8.50 4.0157 0.00 1.87 0.12 1.81 5.19690.00 8.59 0.17 8.50 3.9370 0.00 2.02 0.14 1.95 5.27560.00 8.64 0.17 8.55 3.9370 0.00 2.01 0.14 1.94 5.27560.00 9.07 0.18 8.98 3.9370 0.00 2.01 0.14 1.94 5.43310.00 9.49 0.18 9.40 3.9370 0.00 2.02 0.14 1.95 5.43310.00 9.53 0.1

16、8 9.44 4.0945 0.00 2.07 0.14 2.00 5.43310.00 9.57 0.18 9.48 4.1732 0.00 2.13 0.14 2.06 5.43310.00 9.64 0.18 9.55 4.2520 0.00 2.18 0.14 2.11 5.35430.00 9.72 0.18 9.63 4.3307 0.00 2.22 0.14 2.15 5.51180.00 9.82 0.18 9.73 4.4094 0.00 2.35 0.14 2.28 5.51180.00 10.46 0.19 10.36 4.4094 0.00 2.48 0.14 2.41

17、 5.51180.01 10.52 0.19 10.42 4.4094 0.00 2.58 0.14 2.51 5.51180.01 11.14 0.19 11.04 4.4094 0.00 2.63 0.14 2.56 5.43310.01 11.23 0.19 11.13 4.4094 0.00 2.64 0.14 2.57 5.59060.01 11.68 0.19 11.58 4.4094 0.00 2.76 0.14 2.69 5.51180.01 11.94 0.20 11.84 4.4882 0.00 2.90 0.14 2.83 5.59060.01 12.15 0.20 12

18、.05 4.4094 0.00 3.03 0.14 2.96 5.66930.00 12.69 0.20 12.59 4.4882 0.00 3.14 0.14 3.07 5.59060.00 12.75 0.21 12.65 4.4094 0.00 3.20 0.14 3.13 5.59060.00 12.77 0.20 12.67 4.4882 0.00 3.27 0.14 3.20 5.59060.00 12.77 0.21 12.67 4.5669 0.00 3.47 0.14 3.40 5.59060.00 12.78 0.21 12.68 4.4882 0.00 3.66 0.15

19、 3.59 5.59060.00 12.78 0.21 12.68 4.4882 0.00 3.70 0.15 3.63 5.59060.00 12.79 0.21 12.69 4.6457 0.00 3.94 0.15 3.87 5.59060.00 12.79 0.21 12.69 4.5669 0.00 4.12 0.15 4.05 5.59060.00 12.79 0.21 12.69 4.7244 0.00 4.23 0.15 4.16 5.51180.00 12.79 0.21 12.69 4.7244 0.00 4.61 0.15 4.54 5.51180.00 12.79 0.

20、21 12.69 4.7244 0.00 4.67 0.15 4.60 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 4.8031 0.00 5.20 0.15 5.12 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 4.8031 0.00 5.29 0.15 5.21 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 4.8819 0.00 5.67 0.15 5.59 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 4.8819 0.00 5.83 0.16 5.75 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 4.8819 0.00 5.92

21、 0.16 5.84 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 5.0394 0.00 6.31 0.16 6.23 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 4.9606 0.00 6.52 0.16 6.44 5.51180.00 12.80 0.21 12.70 5.0394 0.00 6.56 0.16 6.48 5.51180.00 12.81 0.21 12.71 5.1181 0.00 7.08 0.16 7.00 5.51180.00 12.81 0.21 12.71 5.1181 0.00 7.20 0.16 7.12 荷載與梁跨中縱向鋼筋應力應變

22、試驗中數(shù)據(jù)較多，但是根據(jù)應變片的布置，我們可以確定2的應力應變是最大的，最能反映梁的開裂與破壞狀態(tài)。故數(shù)據(jù)只給出了2的應力應變。其他的見附表。荷載/kn梁跨中梁跨中荷載/kn梁跨中梁跨中應變應力應變應力 2- 922 2- 9220005.11811825375.951.02367.215.11811842379.4521.57485511.335.11811850381.11.96857114.6265.11811838378.6282.519710020.65.27561871385.4263.070913728.2225.19691850381.13.464617536.055.1969

23、1845380.074.01571190245.145.19691842379.4523.9371249257.2945.27561853381.7183.9371249257.2945.27561866384.3963.9371249257.2945.43311883387.8983.9371249257.2945.43311869385.0144.09451278263.2685.43311871385.4264955.43311879387.0744.2521357279.5425.35431873385.8384.33071385285.315.5118189

24、6390.5764.40941453299.3185.51181900391.44.409415003095.51181890389.344.40941531315.3865.51181907392.8424.40941535316.215.43311891389.5464.40941530315.185.59061925396.554.40941557320.7425.51181902391.8124.48821562321.7725.59061924396.3444.40941575324.455.66931929397.3744.48821580325.485.59061909393.2

25、544.40941578325.0685.59061904392.2244.48821589327.3345.59061901391.6064.56691601329.8065.59061899391.1944.48821605330.635.59061898390.9884.48821601329.8065.59061896390.5764.64571621333.9265.59061895390.374.56691627335.1625.59061894390.1644.72441643338.4585.51181893389.9584.72441659341.7545.511818923

26、89.7524.72441653340.5185.51181892389.7524.80311695349.175.51181891389.5464.80311685347.115.51181890389.344.88191715353.295.51181890389.344.88191722354.7325.51181889389.1344.88191719354.1145.51181888388.9285.03941763363.1785.51181888388.9284.96061753361.1185.51181888388.9285.03941751360.7065.51181887

27、388.7225.11811806372.0365.51181887388.7225.11811817374.3025.2.2小偏心柱1）數(shù)據(jù)處理要求如下：荷載通道的讀數(shù)轉換為荷載（kN）：荷載電腦讀數(shù)為應變數(shù)，每100kN荷載對應62。應變計讀數(shù)轉換為鋼筋應力：應變計讀數(shù)轉換為鋼筋應力：根據(jù)前面繪制的鋼筋的應力應變曲線將鋼筋的應變轉化為鋼筋的應力。位移計讀數(shù)轉換為位移：位移電腦讀數(shù)為應變數(shù)，支座位移，每1mm位移對應200，橫向變形測量，每1mm位移對應200。由上下兩端位移計得到縱向壓縮變形，由兩側位移計得到橫向彎曲變形。荷載與縱向壓縮變形、橫向彎曲變形荷載縱向壓縮變形橫向彎曲變形荷載縱向

28、壓縮變形橫向彎曲變形（負號為壓）（左側為正）（負號為壓）（左側為正） 2- 10 2- 100.0000 0.005 -0.005 569.3548 -2.670 2.205 29.0323 -0.390 0.025 575.8065 -2.650 2.250 59.6774 -0.670 0.148 585.4839 -2.685 2.325 82.2581 -0.590 0.173 598.3871 -2.765 2.360 114.5161 -0.675 0.238 606.4516 -2.840 2.410 150.0000 -0.840 0.323 609.6774 -2.875 2

29、.460 177.4194 -0.945 0.405 612.9032 -2.885 2.540 200.0000 -1.015 0.488 620.9677 -2.940 2.658 238.7097 -1.145 0.588 630.6452 -3.025 2.713 267.7419 -1.300 0.693 640.3226 -3.120 2.818 296.7742 -1.430 0.760 643.5484 -3.175 2.865 322.5806 -1.460 0.888 648.3871 -3.230 3.010 351.6129 -1.650 0.990 653.2258

30、-3.300 3.163 377.4194 -1.740 1.108 658.0645 -3.385 3.328 406.4516 -1.745 1.260 661.2903 -3.490 3.583 441.9355 -1.920 1.400 666.1290 -3.655 3.950 477.4194 -2.125 1.590 667.7419 -3.975 4.715 503.2258 -2.260 1.753 629.0323 -4.465 6.218 535.4839 -2.435 1.925 600.0000 -4.960 7.773 533.8710 -2.565 2.123 5

31、82.2581 -5.450 8.965 540.3226 -2.600 2.120 567.7419 -5.935 10.200 548.3871 -2.620 2.130 519.3548 -6.205 10.820 558.0645 -2.640 2.150 493.5484 -6.165 10.800 564.5161 -2.655 2.180 荷載與縱向鋼筋應力應變荷載四根鋼筋的平均應力1234 2- 10拉拉壓壓0.0000 0.410 0.308 0.513 0.615 29.0323 4.408 -0.513 -10.455 -6.150 59.6774 8.303 -4.92

32、0 -28.803 -17.630 82.2581 14.760 -1.743 -40.078 -26.753 114.5161 18.143 -1.640 -54.940 -38.233 150.0000 19.680 -2.563 -71.545 -51.763 177.4194 22.448 -2.358 -87.638 -64.883 200.0000 28.085 -0.205 -101.885 -75.030 238.7097 29.520 -1.333 -120.745 -90.610 267.7419 33.928 0.103 -141.450 -107.318 296.774

33、2 37.720 1.640 -156.108 -119.208 322.5806 42.948 4.408 -173.020 -132.943 351.6129 47.355 7.483 -192.393 -150.060 377.4194 51.763 10.250 -213.508 -169.433 406.4516 55.760 13.530 -236.058 -190.753 441.9355 60.270 17.220 -258.403 -211.970 477.4194 64.780 20.603 -288.845 -232.983 503.2258 72.570 27.368

34、-316.623 -256.660 535.4839 76.568 31.468 -342.555 -279.108 533.8710 82.205 36.798 -364.695 -303.298 540.3226 81.590 36.388 -366.745 -305.348 548.3871 81.693 36.593 -370.128 -308.833 558.0645 81.898 36.798 -374.125 -312.523 564.5161 82.820 37.720 -377.815 -315.598 569.3548 84.665 39.360 -382.018 -318

35、.673 575.8065 86.510 40.898 -387.758 -323.388 585.4839 86.818 41.103 -395.138 -329.435 598.3871 86.920 41.513 -402.415 -336.098 606.4516 88.765 43.563 -408.360 -341.428 609.6774 92.763 46.945 -414.920 -347.270 612.9032 96.760 50.020 -420.455 -355.880 620.9677 98.810 51.148 -425.478 -368.180 630.6452

36、 100.553 52.173 -426.913 -385.093 640.3226 103.833 54.838 -425.580 -412.358 643.5484 109.573 59.553 -425.785 -424.863 648.3871 116.953 66.113 -427.733 -473.755 653.2258 126.075 75.953 -429.168 -600.855 658.0645 137.145 88.048 -428.450 -731.440 661.2903 151.085 103.013 -429.270 -825.740 666.1290 177.

37、838 127.715 -430.295 -950.893 667.7419 241.285 182.245 -444.235 -1164.910 629.0323 357.110 272.753 -461.148 -1265.260 600.0000 458.585 371.255 -857.003 -911.533 582.2581 505.223 460.123 -2085.260 -1452.020 567.7419 529.720 553.910 -2890.190 -2119.390 519.3548 468.323 581.995 -2929.960 -2065.070 493.

38、5484 436.650 577.690 -2910.390 -1968.820 6 分析比較用上述實測材料力學性能結果，計算試件的開裂、極限承載能力等。與試驗結果進行比較。少筋梁中心點加載：小偏心受壓柱：少筋梁根據(jù)圖表分析開裂、屈服、極限荷載計算得到的開裂、屈服、極限荷載開裂（KN）屈服（KN）極限（KN）開裂（KN）屈服（KN）極限（KN）數(shù)值3.545.8 2.926經(jīng)分析，計算所得的結果比實驗的結果要偏小一點，這是因為實驗時實際中的梁布置了架立筋，而在計算過程中忽略了它的作用。我們混凝土課本上講少筋梁的破壞，只有彈性階段，當混凝土開裂后，拉力迅速轉移給鋼筋，由于配筋較少，鋼筋無法承受這么大的拉力而迅速經(jīng)歷屈服平臺和強化階段達到極限強度而破壞。即裂縫會迅速發(fā)展到頂部而梁斷裂為兩半。實驗中的梁配置了架立筋所以看不到斷裂的現(xiàn)象，但是實驗過程中我們聽到了梁底部鋼筋斷裂的聲音。小偏心柱根據(jù)圖