《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課堂實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐指導(dǎo)書

課程中文名稱：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

課程英文名稱：DesignPrincipleofConcreteStructure

課程編號(hào)：021030110

適用專業(yè)：交通工程

學(xué)時(shí)數(shù)：總學(xué)時(shí)32；理論教學(xué)28;實(shí)驗(yàn)教學(xué)4

學(xué)分?jǐn)?shù)：2

課程類別：口通識(shí)課程M專業(yè)課程口實(shí)踐教學(xué)

應(yīng)開課學(xué)期：5

實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐一：鋼筋混凝土梁受彎性能試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐要求：

一、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐目的

1.了解適筋梁的受力過程利破壞特征；

2.驗(yàn)證鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面強(qiáng)度理論和計(jì)算公式；

3.掌握鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)方法及荷載、應(yīng)變、撓度、裂縫寬度等數(shù)據(jù)的測(cè)試技

術(shù)和有關(guān)儀器的使用方法；

4.培養(yǎng)學(xué)生對(duì)鋼筋混凝土基本構(gòu)件的初步實(shí)驗(yàn)分析能力。

二、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐內(nèi)容

1.適筋梁受彎的受力過程和破壞特征；

三、儀器設(shè)備

1.反力架

2.20f手動(dòng)千斤頂1臺(tái)、傳感器1個(gè)

3.應(yīng)變一靜態(tài)電阻應(yīng)變儀1臺(tái)

4.位移計(jì)一百分表3個(gè)(1個(gè)30mm,2個(gè)10mm)

5.裂縫一放大鏡3個(gè)(觀測(cè)裂縫)、裂縫測(cè)寬儀1臺(tái)(測(cè)量寬度)

6.其它一電烙鐵、萬用表、卷尺、毛筆、墨等

1一試驗(yàn)梁；2—滾動(dòng)較支座：3—固定較支座：4-支墩：5—分配梁滾動(dòng)較支座：

6—分配梁固定較支座：7—集中力下的墊板；8—分配梁：9一反力橫梁：10—千斤頂;

圖I鋼筋混凝土梁受彎試驗(yàn)裝置圖

P/2

(c)剪力圖(kN)

圖2梁受售試驗(yàn)加載和內(nèi)力簡圖

圖1為本課程進(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，在跨中形成純彎段，由千斤頂及反力架施加壓力，分配梁分配荷載，壓力傳感器測(cè)定荷

載值o取￡=1700mm,a=100mm,/?=5()()mm。

四、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐原理、方法、手段和步驟

1.實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐原理

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:

第一階段一彈性階段：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

抗為強(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)的彎矩詼,稱為開裂

彎矩。

第二階段——帶裂縫工作階段：梁開裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應(yīng)力急增，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。

第三階段一破壞階段：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，破壞前有明顯的預(yù)兆。這種破壞稱為適筋破壞，屬于延性破壞。

2.試件的主要參數(shù)

①試件尺寸（矩形截面）:Z?x/?x/=80mmx160mmx1700mm；

②混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C30；

③縱向受拉鋼筋的種類：HRB335；

④箍筋的種類：HPB300；

⑤混凝土保護(hù)層厚度：25mm；

試件的配筋情況見圖3。

圖3梁截面尺寸及配筋圖

3.試件加載估算

①開裂彎矩估算

利,=0.292(1+2.5%)兒加

a=2.Aav=—

其中AH,E,°

②屈服彎矩估算

%=人人(%_4/3)。0%

(3)

③極限彎矩估算

M〃=a/R祗(1-0.5當(dāng))

(4)

4.量測(cè)內(nèi)容：

⑴混凝土平均應(yīng)變

在梁跨中一側(cè)面布置4個(gè)應(yīng)變片，應(yīng)變片間距30mm，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4c

J5。,

應(yīng)變片1“

應(yīng)變片2

1應(yīng)變片

3-應(yīng)變片4

85085()

圖4梁受彎試驗(yàn)混凝土平均應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

(2)縱向受力鋼筋應(yīng)變

在試件縱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5o

鋼筋應(yīng)變片(貼于鋼筋二惻)

鋼筋應(yīng)支片

850850鋼筋應(yīng)變片}80}2

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)荷載作用下，應(yīng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)

間結(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)讀程序在整個(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。

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40mmx5()mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。

構(gòu)件開裂后立即對(duì)裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)，用裂縫測(cè)寬儀及鋼直尺等工具量測(cè)各級(jí)荷載作用下

的裂縫寬度、長度，并采用數(shù)碼相機(jī)拍攝后手工繪制裂縫展開圖，裂縫寬度的測(cè)量位置為構(gòu)件的側(cè)面相應(yīng)

于受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應(yīng)在使用狀態(tài)短期試驗(yàn)荷載值持續(xù)15min結(jié)束時(shí)進(jìn)行量測(cè)。

5.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)沿梁長度方向標(biāo)尺寸，貼混凝土應(yīng)變片；

(2)按照試驗(yàn)裝置圖放置實(shí)驗(yàn)加載設(shè)備，連接應(yīng)變儀、百分表、裂縫測(cè)寬儀；

(3)預(yù)加載試驗(yàn)；

(4)確認(rèn)儀表等均正常后，試驗(yàn)開始，讀應(yīng)變儀和百分表初值；

(5)利用千斤頂進(jìn)行分級(jí)加載，每級(jí)加載后，立即測(cè)讀并記錄應(yīng)變儀、百分表讀數(shù)：①彈

性階段：0-lkN-2kNT3kNT...加至梁純彎區(qū)出現(xiàn)第一條(批)裂縫，記錄開裂荷載值，測(cè)

量裂縫寬度和長度；②帶裂縫工作階段：當(dāng)試件開裂后，每級(jí)荷載值取4kN累計(jì)加載；③破

壞階段：當(dāng)加載達(dá)到縱向受拉鋼筋屈服(縱筋應(yīng)變到2000〃￡左右)后，每級(jí)荷載值取3kN累

計(jì)加載至破壞，記錄荷載讀數(shù)及破壞時(shí)梁的裂縫分布情況；

下列情況任意出現(xiàn)一種時(shí)，即視為構(gòu)件破壞：①受拉主筋應(yīng)變達(dá)到10000^；②受拉主

筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm；③受壓區(qū)混凝土壓壞；④千斤頂加載力值達(dá)到最大值。

(6)卸載，記錄試驗(yàn)梁破壞時(shí)裂縫的分布情況；

(7)試驗(yàn)完成后，整理試驗(yàn)現(xiàn)場，交還所借儀器設(shè)備，打掃衛(wèi)生。

五、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐結(jié)果處理

1、量測(cè)實(shí)際試件的幾何尺寸，根據(jù)實(shí)測(cè)材性計(jì)算出梁的開裂荷載、屈服荷載和破壞荷載；

(I)試件尺寸

幾何尺寸碎強(qiáng)度縱向

箍筋架立筋保護(hù)層厚度(mm)

/?x/jx/(mm)等級(jí)受力筋

(2)碎及鋼筋的基本性能參數(shù)

fc=MmnrEc=N/mnr

2

N/mnrEs=/V/inin

(3)根據(jù)試件的原始資料，做理論計(jì)算

開裂荷載Per(kN)屈服荷載Py(kN)極限荷載九(kN)

：4)實(shí)驗(yàn)梁分級(jí)加載表

荷載

P2P3P4P5P6P7P9P14P16P17PI9P20

分狷PlP8PIOPllP12P13P15PISP18P21P22

荷載管

(kN>

2、根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，整理繪制荷裁P與最大扭度點(diǎn)/的關(guān)系曲線

荷載

P2P3P4P5P6P7PIOP14P15P16P17PI8PI9P20P2IP22

分級(jí)PlP8P9PllPI2P13P15

荷載直

(.kN)

跨中撓度A

(mm)

支座A

撓度力

(mm)

支座8

撓度上

(mm)

撓度/

(miTi)

7

3、根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，整理繪制荷載與縱向受拉鋼筋應(yīng)變點(diǎn)/的關(guān)系曲級(jí)、荷栽與受壓區(qū)混凝土最大應(yīng)變點(diǎn)4的關(guān)系曲線:

備吸荷我下應(yīng)變片底變值（眸