1、装订线混凝土结构基本原理试验课程作业COLEGE OF CIVIL ENGINERING混凝土受弯构件少筋梁破坏试验报告试验名称 混凝土少筋受弯梁破坏试验试验课教师姓名学号手机号任课教师日期 2013 年 10 月 25 日21. 试验目的通过试验研究认识少筋梁受弯破坏的全过程， ；理掌握测试钢筋混凝土受弯构件基本性能的试验方法。参加并完成规定的少筋梁试验内容，掌握和理解钢筋混凝土受弯构件的试验方法和试验结果，通过实践掌握试件的设计，对试验结果进行整理并写出试验报告。通过试验加深对混凝土机构基本构件的受力性能的理解。2. 试件设计2.1 材料和试件尺寸根据试验目的合理地制定试验计划，按照试验目
2、的和试验计划的要求对钢筋和混凝土等试验材料进行选取。本次少筋梁受弯破坏试验选取的纵向受拉钢筋及箍筋均为HPB235，且采用不经切削加工原截面钢筋，选取的混凝土强度等级为 C20。试件尺寸（矩形截面）： 152015bhlmm2.2 试件设计2.2.1 试件设计的基本原理及依据钢筋混凝土受弯构件发生少筋破坏时，构件抗弯承载力等于开裂弯矩。实际工程中通常为避免少筋破坏，有最小配筋率的要求。本试验中，为保证发生少筋破坏，有配筋率要求： 0.36tyf同时，抗弯承载力设计公式为：，sEcE2sAbh20.9(1.5)ur tMf另外，基于构件设计中出现的抗剪箍筋需要满足抗剪要求，抗剪承载力公式为： 0
3、0.7svucstyVfbh2.2.2 试件的主要参数 试件尺寸（矩形截面）：bhl = 115mm205mm 1500mm； 混凝土强度等级：C20； 纵向受拉钢筋的种类：HPB235（少筋梁） ； 箍筋的种类：HPB235 （纯弯段无箍筋） ； 纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm； 试件的配筋情况见图 1 和表 1。3图 1 少筋梁受弯试验试件配筋表 1 少筋梁受弯试件的配筋试件编号 配筋情况 预估荷载 crPyuPMLC3 241060(2)7.697.692.3 试件的制作将试件按照设计方案及标准方法制作好，并按照规定的养护情况养护至规定龄期。试件制成后，在试验前应将试件表面刷白，并分
4、格画线，分格大小可按构件尺寸确定。在刷白前应对试件进行检查，包括收集试件的原始设计资料、设计图纸和计算书，施工和制作记录，原材料的物理力学性能试验报告等文件资料；对结构构件的跨度、截面、钢筋的位置、保护层厚度等实际尺寸及初始挠度、变形、原始裂缝等作出书面记录，绘制详图。对钢筋位置、实际规格、尺寸和保护层厚度也可在实验结束后进行量测。3. 材性试验3.1 混凝土材料试验表 2 混凝土强度实测结果试件尺寸 150mm150mm150mm实测立方体抗压强度/MPa平均立方体抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定弹性模量/GPa26.3527.7027.2027.08 2.14 28.834试块
5、留设时间：2013 年 09 月 30 日试验时间： 2013 年 11 月 21 日试块养护条件：室内与试件同条件养护注：轴心抗压强度根据国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002评定；立方体抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国家标准混凝土结构设计规范GB 50010-2010 推定。3.2 钢筋材性试验表 3 钢筋强度实测结果公称直径/mm屈服荷载/kN极限荷载/kN屈服强度平均值/MPa极限强度平均值/MPa试件 平均 试件 平均4.11 5.154.18 5.244光圆4.164.155.135.17 330 41112.81 16.8313.00 17.1
6、66光圆13.0812.9616.9916.99 458 60122.67 26.3324.36 26.598光圆23.5823.5426.6926.54 468 52826.37 36.0426.73 36.9810光圆26.3126.3736.4036.47 336 46339.99 50.0639.49 49.7110带肋39.8739.7849.9349.90 506 63543.89 65.1143.68 64.7612带肋43.7643.7664.7864.88 387 57458.59 87.4658.59 87.0614带肋58.1258.7787.2887.27 382 56
7、7598.67 153.4798.69 153.4818带肋98.9798.78153.85153.60 388 604135.51 209.29134.63 208.4422带肋135.91135.35209.57209.10 356 5504. 试验过程4.1 加载装置图 2 为进行少筋梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。采用两点集中力加载，在跨中形成纯弯段，由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载，压力传感器测定荷载值。少筋梁受弯性能试验，取 L=1800mm，a=150mm，b=500mm ，c=500 mm。图 2 少筋梁受弯试验装置图（a）加载简图（kN，mm）6（b）
8、弯矩图（kN m）（c ）剪力图（kN）图 3 少筋梁受弯试验加载和内力简图4.2 加载制度试件的加载简图和相应的弯矩、剪力图见图2 和3 所示。梁受弯试验采用单调分级加载， 每次加载时间间隔为15 分钟。在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载， 预加载所用的荷载是分级荷载的前2 级。对于少筋梁，在加载到开裂试验荷载计算值的90%以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20%；达到开裂试验荷载计算值的 90%以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5%； 少筋梁的开裂荷载和破坏荷载接近，而且表现为脆性破坏，注意加载过程的安全防护。 4.3量测与观测内容4.3.1 荷载测点 2_1 显示实
9、测荷载值，单位 kN4.3.2 纵向钢筋应变在试件纵向受拉钢筋中部粘贴电阻应变片，以量测加载过程中钢筋的应力变化，测点布置见图 4。图 4 纵筋应变片布置4.3.3 混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置 4 个位移计，位移计间距 40mm，标距为 150mm，以量测梁侧表面混凝土沿截面高度的平均应变分布规律，测点布置见图 5。7图 5 少筋梁受弯试验混凝土平均应变测点布置4.3.4 挠度对受弯构件的挠度测点应布置在构件跨中或挠度最大的部位截面的中轴线上，如图 6 所示。在试验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。试验时在每级荷载下，应在规定的荷载持续试件结束时量测构件的变形。结构构件各
10、部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一致，各测点间读数时间间隔不宜过长。图 6 适筋梁受弯试验挠度测点布置4.3.5 裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm50mm的网格。试验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。构件开裂后立即对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍摄后手工绘制裂缝展开图，裂缝宽度的测量位置为构件的侧面相应于受拉主筋高度处。最大裂缝宽度应在使用状态短期试验荷载值持续15min结束时进行量测。4.4 裂缝发展及破坏形态荷载较小时，无明显裂缝发展。梁开裂后，裂缝截面受压区
11、混凝土承受的拉力全部传给钢筋，钢筋无法承受混凝土转嫁过来的拉力，应力激增，迅速越过屈服平台和强化阶段达到极限强度而拉断，受拉裂缝发展至梁顶。梁断为两截，破坏前梁上无裂缝，是突发性的脆性破坏。破坏形态如图 7。85. 试验数据处理与分析5.1 荷载挠度关系曲线荷载挠度关系曲线与试验结果基本相符，钢筋屈服前挠度呈线性变化，屈服后挠度激增，迅速断裂，梁破坏。0.0_ 1.0_ 2.0_ 3.0_ 4.0_ 5.0_ 6.0_-10123456789荷 载荷 载 挠 度 关 系 曲 线荷 载/kN挠 度/mm图 8 荷载挠度关系曲线图5.2 弯矩曲率关系曲线弯矩和曲率由以下公式计算： 0.25,kNm
12、MPA单 位 :0.25MP817h取图 7 少筋梁破坏裂缝9-25.0_ -20.0_ -15.0_ -10.0_ -5.0_ 0.0_ 5.0_ 10.0_-0.500.511.522.533.544.5弯 矩实 际 弯 矩 曲 率 变 化 曲 线图 9 实际弯矩曲率关系曲线图采用混凝土结构基本原理（第二版） （顾祥林主编）第五章第五节中的方法计算，不同配筋率的梁的弯矩曲率（M- ）关系应如图 10。图 10 理论弯矩曲率曲线图5.3 荷载纵筋应变关系曲线0 100 200 300 400 500 600 700-2_0_2_4_6_8_10_8_18_28_38_48_58_6-51/0
13、m曲 率10图 11 荷载纵筋应变关系曲线5.3 构件承载力分析采用混凝土结构基本原理（第二版） （顾祥林主编）第五章第六节中的简化方法计算少筋梁试件正截面的承载力，得 7.69cruPkN采用混凝土结构基本原理（第二版） （顾祥林主编）第七章第七节中的简化方法计算少筋梁试件斜截面的承载力，得 2138.7crucsVk满足先发生正截面破坏的要求。实测截面承载力为 8.417cruPkN梁的实际抗弯承载力大于理论预估值，主要可能有以下原因：实际纵筋的屈服强度和破坏强度比理论值大得多，导致理论上得预估荷载计算值偏小；可能是由于计算模式上做了较多偏安全的假定；混凝土本身性质的离散性导致某一特定构件
14、的实际抗压强度比其强度等级大。6. 结论当梁中纵向受力钢筋配筋率很小时，称为少筋梁，梁正截面的受弯破坏仅经历弹性阶段。当荷载较小时，梁处于线弹性状态，梁开裂后裂缝截面受拉区混凝土承受的拉力全部传给钢筋，由于配筋率很小，钢筋无法承受混凝土转嫁而来的拉力，应力激增，并迅速越过屈服平台和强化阶段到达极限强度而拉断，受拉裂缝只有一条且发展至梁顶，梁由于脆性断裂而破坏，混凝土的抗压强度尚未得到充分发挥。少筋梁钢筋拉断后，梁断为两截，破坏前梁上无裂缝，梁仅产生了弹性变形。少筋破坏属于突发性的脆性破坏，具有很大的危险性。117.附件：部分原始数据（每级两条）2_1 8_1 8_2 8_3 8_4 8_5 8
15、_6 2_50.248 0 3 3 2 2 3 0.0040.825 18 14 19 11 15 19 -0.0041.65 34 27 33 21 26 32 0.0121.733 35 28 34 21 26 31 0.0122.723 60 42 53 36 39 49 0.0242.806 60 43 54 35 39 49 0.0283.961 82 53 70 49 51 65 0.0363.796 83 54 70 48 52 64 0.0365.034 129 71 95 68 71 84 0.0365.116 130 70 96 69 70 85 0.0446.767 56
16、2 105 165 507 109 113 0.047.014 527 106 165 478 109 114 0.0368.335 0 95 172 0 138 128 -0.3378.417 0 94 172 0 132 128 -0.321122_1 2_6 2_7 2_8 2_9 2_10 26_10.248 0.008 0.004 -0.008 -0.004 0.004 0.0080.825 -0.004 0.004 -0.012 -0.025 -0.004 0.0081.65 -0.008 -0.004 -0.008 -0.078 -0.017 0.0041.733 -0.004
17、0 -0.012 -0.078 -0.008 02.723 -0.004 0.004 -0.016 -0.173 -0.017 0.0042.806 -0.004 -0.004 -0.016 -0.177 -0.013 0.0083.961 0.004 0 -0.012 -0.23 -0.021 0.0043.796 0.004 -0.004 -0.012 -0.23 -0.013 0.0045.034 0.004 -0.008 -0.016 -0.304 -0.025 0.0135.116 0 0 -0.012 -0.308 -0.021 0.0086.767 0.004 0 -0.02 -0.542 -0.034 0.0087.014 0 0.004 -0.02 -0.538 -0.03 0.0088.335 0.004 0 -0.024 -5.077 -0.042 0.0048.417 0.004 -0.004 -0.016 -4.723 -0.038 0.008
