综合性实践环节试验设计课件.pptx

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1、学 海 无 涯 1.正截正截面面受弯受弯构构件件适适筋筋梁的梁的受受弯弯破破坏坏试验试验设设计计。1.试验目的：1通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。2加深对混凝土基本构建受力性能的理解。3更直观的了解适筋梁受弯破坏形态及裂缝发展情况。4验证适筋梁破坏过程中的平截面假定。5对比实验值与计算理论值，从而更好地掌握设计的原理。2.试件设计：（1）试件设计的依据根据梁正截面受压区相对高度 和界限受压区相对高度b 的比较可以判断 出受弯构件的类型：当 b 时，为适筋梁；当 b 时，为超筋梁。界限受压区 相对高度b 可按下式计算：by0.8f0.0033Es 1 在设计时，如果考虑配筋率，则需要

2、确保 1 cbby ff其中在进行受弯试件梁设计时，fy、Es 分别取混凝土结构设计规范规定的钢筋受拉强度标准值和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时，fy、Es 分 别取钢筋试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准值和弹性模量。同时，为了防止出现少筋破坏，需要控制梁受拉钢筋配筋率 大于适筋构件 的最小配筋率 min，其中 min 可按下式计算：minyf 0.45 ft学 海 无 涯（2）试件的主要参数试件尺寸（矩形截面）：bhl1802502200mm；混凝土强度等级：C35；纵向受拉钢筋的种类：HRB400；箍筋的种类：HPB300（纯弯段无箍筋）；纵向钢筋混凝土保护层厚度：25mm；综上所述，试

3、件的配筋情况见图 3 和表 1：图图 3 梁受弯梁受弯实实验验试试件配筋件配筋表表 1试件编号试件特征配筋情况预估荷载 P(kN)PcrPyPuMLA适筋梁4 162 10 850(2)32.729147.266163.629说明：预估荷载按照混凝土结构设计规范给定的材料强度标准值计算，未计试件梁和分配梁的自重。学 海 无 涯 3.试验试验装装置：置：图 1 为本方案进行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，以便于在跨中形成纯弯段。并且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。梁受弯性能试验中，采用三分点加载方案，取 L 2200mm，a

4、100mm，b 700mm，c 600mm。图 2.a 为加载简图，此时千斤顶加力为 P，经过分配梁后，可视为两个大小 为 P/2 的集中荷载分别作用于图示位置。图 2.b 为荷载作用下的弯矩图。由此图可知，纯弯段的弯矩最大，M 0.35P.图 2.c 为荷载作用下的剪力图。1试验梁；2滚动铰支座；3固定铰支座；4支墩；5分配梁滚动铰支座；6分配梁滚动铰支座；7集中力下的垫板；8分配梁；9反力梁及龙门架；10千斤 顶；图图 1梁受弯梁受弯试试验验装置装置图图学 海 无 涯（a）加加载简图载简图（kN,mm）（b）弯矩弯矩图图（kN mm）（c）剪力）剪力图图（kN mm）图图 2梁受梁受弯弯试

5、验试验加加载载和内力和内力简简图图4.加加载载方方式：式：（1）单调分级加载机制：梁受弯试验采取单调分级加载，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 的前两级。具体加载过程为：在加载到开裂荷载计算值的 90以前，每级荷载不宜大于开裂荷 载计算值得 20 达到开裂荷载计算值的 90以后，每级荷载不宜大于其荷载值的 5；当试件开裂后，每级荷载值取 10的承载力试验荷载计算值的级 距；当加载达到纵向受拉钢筋屈服后，按跨中位移控制加载，加载的学 海 无 涯 级距为钢筋屈服工况对应的跨中位移；加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后

6、加载至破坏。（2）开裂荷载实测值确定方法：对于本次试验，采用放大镜观测法确定开裂荷载实测值。具体过程：用放大 倍率不低于四倍的放大镜观察裂缝的出现；当加载过程中第一次出现裂缝时，应 取前一级荷载作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间内第一次出现裂缝 时，应取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间结束后第一次出现裂缝时，应取本次荷载值作为开裂荷载实测值。（3）承载力极限状态确定方法：对梁试件进行受弯承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认 为该结构构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载：受拉主钢筋拉断；受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到 1.

7、5mm；挠度达到跨度的 1/30；受压区混凝土压坏。5.试验试验测测量内量内容容、方、方法法和和测测点点仪仪表表布置布置：（1）混凝土平均应变在梁跨中一侧面布置 5 个位移计，位移计间距 50mm，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 4。学 海 无 涯 图图 4 梁受弯梁受弯试试验验混凝土混凝土平平均均应变应变测测点布置点布置（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 5。图图 5 纵纵筋筋应变应变片片布置布置（3）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

8、，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。学 海 无 涯 图图 6 梁受弯梁受弯试试验验挠挠度度测测点点布置布置（4）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

9、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。6.理理论论极极限荷限荷载载计计算算书书（1）配筋计算：由所选材料性能可知:学 海 无 涯 fyk 400N/mm2 fy 360N/mm2 f yv 270N/mm2fck 23.4N/mm2 fc 16.7N/mm2 ftk 2.20N/mm2 ft 1.57N/mm2miny 0.45 ft 0.45 1.57 1.96 103f360by0.8f0.0033Es 1=0.523360116.7 0.523 0.0241 cbby ff02h h c d 250 25 8

10、 217mm所以，当所配纵筋为 3214 时，钢筋面积 As=804mm;As 0.021bh0此时min b所以该梁为适筋梁2试件加载估算1.开裂弯矩估算5 s Ec 6.540 E2.06 10E3.15 104学 海 无 涯 A 2E As 2 6.54 804 0.234bh180 250Mcr 0.292(1 2.5 A)ftk bh2 0.292 1 2.5 0.234 2.20 180 2502 11.455kN m2.屈服弯矩估算作为估算，可以假定钢筋屈服时，压区混凝土的应力为线性分布，因此有：M y fy As(h0 xn/3)0.9Mu3.极限弯矩估算fyk As1 fck

11、 bh0400 804 0.3501 23.4 180 2182u1k ck0M f bh (1 0.5)1 23.4 180 2172 0.350 1 0.5 0.350 57.270kN m0.350.35cr P Mcr 11.455 kN=32.729kNu0.350.35P Mu 57.270 kN 163.629kNh0217Py 0.9Pu 147.266kN4.抗剪验算8502梁中箍筋采用上述配置，及，此时梁的抗剪能力如下：a 700 3.2 3=34svA 282 mm2 100.53mm2学 海 无 涯 min100.530yvf=Asv 2.57 103 0.24 ft

12、1.43103bh180 217Vu,max 0.25c fcbh0 0.251.0 16.7 180 217N 163.075kNut0yv0V 1.75 f bh fAsv h 144.6kN 1sVu.max VuuV 144.6kN此时Pcu 2Vu 289.2kN因为Pcu Pu ，所以该梁出现正截面破坏，符合要求。2.斜斜截截面受面受剪剪构构件件无无腹腹筋梁斜筋梁斜拉受拉受剪破坏剪破坏试试验设验设计计。大量试验结果表明：无腹筋梁斜截面受剪破坏的形态取决于剪跨比的大小，大致有斜 拉破坏、剪压破坏和斜压破坏三种主要破坏形态。图 1 画出了两个对称荷载作用下，=2、1、8 7 03 6

13、0 1 5 0 3 6 01 2 3 41 5 3 0 1 5213 0 3 0 时的主拉应力迹线（虚线）和主压应力迹线（实线）。由图可见，当=时，在集中位 移 计荷载与支座反力间形成比较陡的主压应力迹线，又由于这时主压应力值比较大，所以破坏主 要是由于主压应力产生，称为斜压破坏。当=12 时，主压应力迹线与梁纵轴线的交角接 近或小于 45，并且主压应力值与主拉应力值两者相差不很大，因此，破坏形态也就不同。试验研究表明，无腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要有以下三种：1、斜拉破坏：当剪跨比3 时，发生斜拉破坏，其破坏特征是：斜裂缝一旦出现就迅 速延伸到集中荷载作用点处，使梁沿斜向拉裂成两部分而突然破

14、坏，破坏面整齐、无压碎痕 迹，破坏荷载等于或略高于出现斜裂缝时的荷载。斜拉破坏时由于拉应变达到混凝土极限拉应变而产生的，破坏很突然，属于脆性破坏类型。2、剪压破坏：当剪跨比 13 时，发生剪压破坏，其破坏特征是；弯剪斜裂缝出现 后，荷载仍可以有较大的增长。随荷载的增大，陆续出现其它弯剪斜裂缝，其中将形成一条 主要的些裂缝，称为临界斜裂缝。随着荷载的继续增加，临界斜裂缝上端剩余截面逐渐缩小，最后临界斜裂缝上端集中于荷载作用点附近，混凝土被压碎而造成破坏。剪压破坏主要是由 于剩余截面上的混凝土在剪应力、水平压应力以及集中荷载作用点处竖向局部压应力的共同 作用而产生，虽然破坏时没有像斜拉破坏时那样突

15、然，但也属于脆性破坏类型。与斜拉破坏 相比，剪压破坏的承载力要高。3、斜压破坏：当剪跨比很小（一般1）时，发生斜压破坏，其破坏特征是：在荷载 作用点与支座间的梁腹部出现若干条大致平行的腹剪斜裂缝，随荷载增加，梁腹部被这些斜 裂缝分割成若干斜向受压的“短柱体”，最后它们沿斜向受压破坏，破坏时斜裂缝多而密。斜压破坏也很突然，属于脆性破坏类型，其承载力要比剪压破坏高。3.钢钢筋筋混混凝土凝土柱柱大大偏心偏心受受压压构构件破件破坏坏试验试验设设计计。学 海 无 涯 200120 8013550 13550500870200200 2 2 4 6100150200501206124123 8504121

16、20120 1-12-23 8501 试试件件设计设计1.构件设计1试件设计的依据为减少“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制 l0/h5。通过调整轴向力的 作用位置，即偏心距 e0,使试件的破坏状态为小偏心受压破坏。2试件的主要参数试件尺寸（矩形截面）：bhl=124120899mm混凝土强度等级：C20纵向钢筋：对称配筋 4 12箍筋：6100（2）纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm试件的配筋情况（如下页图所示）4双向钢丝网2片 尺寸170 x903 8503 850 1 1 4双向钢丝网2片 尺寸170 x90 850 850 6100图 1.3 大偏心受压柱配筋图取偏心距 e0：

17、100mme0学 海 无 涯 2、加、加载载装置和量装置和量测测内容内容1 加载装置柱偏心受压试验的加载装置如图所示。采用千斤顶加载，支座一端为固定铰支座，另一 端为滚动铰支座。铰支座垫板应有足够的刚度，避免垫板处混凝土局压破坏。Pe0P图 1.4.1 柱偏心受压试验加载装置2 加载方式（1）单调分级加载机制实际的加载等级为 0-10kN-20kN-30kN-40kN-50kN-60kN-破坏3 量测内容（1）混凝土平均应变由布置在柱内部纵筋表面和柱混凝土表面上的应变计测量，混凝土应变测点布置如下图。360360150870151 2 3 430位移计30 3015学 海 无 涯 图 1.4.

18、3 大偏心受压柱试验混凝土应变测点布置（2）纵筋应变由布置在柱内部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置如下图。385385100870 3应变片 共计8片 3 1201203-3应变片共计8片5050385870200图 1.4.3.1 大偏心受压柱试验纵向钢筋应变测点布置（3）侧向挠度柱长度范围内布置 5 个位移计以测量柱侧向挠度，侧向挠度测点布置如下图。支杆位移计 5385位移计 6位移计7学 海 无 涯 图 1.4.3.2 大偏心受压柱试验侧向挠度测点布置（4）裂缝试验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制 50mm50mm 的网格。试验时借助放大镜查找 裂缝。4、实际实验实际实验数据数据荷载

19、纵向钢筋应变2_134_134_234_334_434_534_634_734_80.661-12-5-13-4-14-509.992-50-11720116-100-1281268419.984-162-229226349-229-27435127230.224-280-348486634-363-44262351540.216-372-466721913-496-61590484250.043-478-6259621191-661-8321190112659.705-653-82512561521-871-11431522146769.862-810-100815111825-1056-1

20、4031832177379.854-1100-132919052346-1376-18662348220593.976-1485-174125864928-1819-24114074512893.232-1544-181127936257-1879-24945723602292.737-1560-181528437114-1883-25026547640292.076-1585-184128998132-1909-25258076691380.928-1699-1851292810437-2060-25610785675.643-1703-1811混2凝93土0应10变382-2086-侧25

21、2向0挠0度7844学 海 无 涯 规范 给 述 的 计 的 极 限 按照 混凝土结构设计 定的材料强度标准值及上 算公式，对于本次试验试件 承 载 力 的 预 估 值 为：Ncu 64 kN。Sbh4*120*120A 1.6%3%S 2*122则 Ncu （Afc f y A)274 kN构件正截面承载力分析l 870 7.25 8,查混凝土设计规范 得：1.0b0120实测值为 94kN，比预估值大 46.9，可能原因如下：试验时混凝土养护时间已经超过要求的标准的 28d，强度有所提高；计算时所采用的安全系数等等都为该构件的承载力提供了一定的安全储备，导致实际 的抗压强度高于计算的抗压强

22、度；混凝土计算公式本身的不确定性以及材料性质的不确定性导致。当荷载较小时，构件处于弹性阶段，构件中部的水平挠度随荷载线性增长。随着荷载的 不断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应 变增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多，并向压区延伸，受压区高度逐渐减小，受压区混 凝土应力增大。当远离轴向力一侧的钢筋达到屈服时，截面处形成一主裂缝。当受压一侧的 混凝土达到抗压极限时，受压区较薄弱的地方出现纵向裂缝，混凝土被压碎而使构件破坏。此时，靠近轴向力一侧的钢筋也达到抗压屈服强度。教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结

23、果是手与脑的力量都可以大到不可思议。10_110_210_310_510_610_7-0.01200-0.0040.0210-0.016-0.0040.0040.2950.3010.078-0.031-0.0080.1810.4630.7040.184-0.063-0.0160.150.6151.2310.348-0.086-0.020.2830.7451.750.479-0.09-0.0350.370.9142.3640.704-0.11-0.0510.4451.0993.1960.937-0.161-0.0510.461.2553.8381.154-0.228-0.0710.4561.555.0371.522-0.322-0.090.5551.9836.9192.104-0.318-0.0940.5592.0097.0842.222-0.318-0.0940.5942.0517.2362.255-0.326-0.0940.6022.1567.6852.411-0.341-0.0940.5982.77510.7333.802-0.349-0.0940.5983.26813.3035.009