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土木工程專業 11 級 2 班姓名 陳靜潔 學號201110534213二零一三年十月仲愷農業工程學院城市建設學院目錄一、實驗目的 . 2二、實驗設備 . 22.1 試件特征 . 22.2 實驗儀器設備 . 22.3 實驗裝置 . 2三、實驗成果與分析 . 3實驗簡圖 . 31 實驗簡圖. 32 少筋破壞- 配筋截面圖 33 適筋破壞- 配筋截面圖 34 超筋破壞- 配筋截面圖 43.1 少筋破壞： 4（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數據對比，分析原因 4（ 2）繪出試驗梁 p-f 變形曲線 5（ 3）繪制裂縫分布形態圖

2、5（ 4 ）簡述裂縫的出現、分布和開展的過程與機理 6（ 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫的影響 63.2 適筋破壞： 6（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數據對比，分析原因 6（ 2）繪出試驗梁 p-f 變形曲線 7（ 3）繪制裂縫分布形態圖 7（ 4 ）簡述裂縫的出現、分布和開展的過程與機理 9（ 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫的影響 103.3 超筋破壞： 10（ 1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數據對比，分析原因 10（ 2）繪出試驗梁 p-f 變形曲線 11（ 3）繪制裂縫分布形態圖 12（ 4 ）簡述裂縫的出現、分布和開展的過程與

3、機理 12（ 5）簡述配筋率對受彎構件正截面承載力、撓度和裂縫的影響 12四、實驗結果討論與實驗小結 . 13仲愷農業工程學院實驗報告紙城市建設學院 (院、系)土木工程 專業112班丄組 混凝土結構設計原理 課學號13 姓名 陳靜潔 實驗日期 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：(1) 了解受彎構件正截面的承載力大小、撓度變化及裂縫出現和發展過程；(2) 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；(3) 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) 根據實驗要求，試驗梁的混凝土強度等級為C3

4、0222242(fc 14.3N/mm，ftk 2°1N/mm，ft j43N/mm，fck 20-1N/mm，Ec 3.0 10N/mm)一 2 2,縱向受力鋼筋強度等級H RB 4 0 0 ( f stk 540N/mm , f y 360N/mm ),箍筋與架立筋鋼筋強 度等級HRB 3 3 5 ( f “ 300N/mm)。(2) 試件為b x h=250 x 600?字,縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層厚度為20mm。少筋、適筋、超筋的箍筋都是匚»280,保證不發生斜截面破壞；縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層厚度為20mm。(3) 梁的受壓區配有兩根10的架立筋，通過箍筋

5、與受力筋綁扎在一起，形成骨架，保證受力鋼筋處在正確的位置。實驗裝置:Hp'曠 ©H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) YD21型動態電阻應變儀(5) X-Y函數記錄儀(6) YJ26型靜態電阻應變儀及平衡箱(7) 讀數顯微鏡及放大鏡(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，包括原始數據、實驗結果數據與曲線、根據實驗數據繪制曲線等。實驗簡圖FF+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）i1280加載： ?= 13.

6、586?= 12.593KN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）竝10?= 140.3?加載：? = 16.7?= 136.3KN超筋破壞-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）84. D加載：? = 34.06?= 57.45KN3.1少筋破壞：（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數值對比，分析原因。10理論計算？?= 157?字?= 20 + 12 += 37mm2?= 600 - 37 = 563?由于？?？?？ ?1）X所以 M w ?§?= ?0 - 2)=

7、? (?開裂彎矩Asftk157 X 2.01心=asf；b= 1.0X14.3 X 25= °.°88mmx?Mr = Asftk (?0- y = 2.01 X 157 X 563 - 勺】=.178KN M開裂荷載? ?=0.064?極限彎矩Xu =?>?157 X 540? ?1.0 X 20.1 X 250X? o -2)=? _ ? :?=? ?16.87?540 X157 X 563 -? J47.02? （單位:kN m計算值實驗值開裂彎矩0.17838.04極限彎矩47.0235.26（單位:kN）計算值實驗值開裂何載0.06413.586極限何載1

8、6.7912.593極限荷載?=?47.02?2.816.79?通過分析對比，實驗數據跟理論數據存在著誤差，主要原因： 計算鋼筋混凝土開裂時的受壓區高度X,采用了 ？?即卩混凝土軸心強度設計值，實際上在實驗的時候那個力并沒有這么大； 各階段的計算值都是開裂、破壞現象出現前的荷載，但是實驗給出的荷載是現象發生后的荷載； 破壞荷載與屈服荷載的大小相差很??； 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）繪制裂縫分布形態圖。（計算裂縫）注：少筋梁在裂縫出現到破壞期間時間極短，裂縫難以計算。（4）簡述裂縫的

9、出現、分布和展開的過程與機理ftoor)LOO%如TO6050403033)0一 00.咗 1. IS 2253 3S 4.*S 在荷載為0.8KN時，梁處于彈性階段。在此階段混凝土的受壓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，變現為這一階段梁的 撓度一荷載曲線基本為直線。在受壓區混凝土壓應變增大過程中，受壓鋼筋拉應力呈直線增加，受 壓區壓力和受拉區合拉力也基本呈直線增加，由平截面假定可知，此時的受壓區高度應近似保持不 變。 受拉混凝土呈現塑性到開

10、裂破壞階段。在荷載此階段荷載只要增加少許，受壓區混凝土拉應變超 過極限拉應變，部分薄弱地方的混凝土開始出現裂縫。在開裂截面，內力重新分布，開裂的混凝土 一下子（理論上）把原來承擔的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，像鋼筋應力突然增加很多，故裂縫一出現就有一定的寬度。此時受壓區混凝土也開始便顯出一定的塑性，應力圖形開始呈現平緩的曲線。此時因為配筋率少于最小配筋率，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。受壓區高度會迅速降低，以增加內力臂來提高抗彎能力。在受壓區高度降低的同時，荷載也會 降低，直到由受壓區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，受壓區高度才 穩定下來。

11、在撓度-荷載曲線上就表現為荷載有一個突然的下降。然后受壓區高度進一步下降， 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，最大裂縫值越小，但配筋率的提高對減小撓度的效果不 明顯。3.2適筋破壞：（1計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數值對比，分析原因。25理論計算：?= 1964?2?= 20 + 12 + - = 44.5?2?= 600 - 44.5 = 555.5?，取 556mm開裂

12、彎矩?V ?=? ? ?(1964 X 2.01)/(1.0X 14.3 X250) 1.1?= ?>?（? 0 - Xf? = 2.01 X 1964 X 556 - ”=2.19? M開裂荷載?=2.19/2.8=0.78?屈服彎矩X? =?>?_1964 X 360?= 1.0 X 14.3X 250197.77? =?（? 0- 2）=360197.77 1X1964 X556 -=323.20? -M屈服荷載?=- =323.20/2.8=?115.43?極限彎矩? =?1964 X 540? ?f?= 1.0 X 20.1 X 25=211 06540 X 1964 X

13、 556- = 477.75? M211.06?極限荷載?=亍=477.22/2.8=17°.44?（單位:kN - m）計算值實驗值開裂彎矩2.1946.76屈服彎矩丁323.20381.64極限彎矩477.75392.84（單位:kN）計算值實驗值開裂何載0.7816.7屈服荷載115.30136.3極限何載170.44140.3通過對比數據，分析計算數據與實驗數據存在較大的誤差，有如下原因： 在鋼筋混凝土開裂階段，？的值不能確定， £的值較大，故取力 計算所得的值偏小; 實驗值忽略梁的自重，但通過理論計算的方法已把梁的自重納入計算；（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計

14、算撓度）理論計算：？?= 1964? ?0 = 556?開裂撓度:?:? X0X ?2.19 X 10=2.305?/mm20.87 X 556 X 1964?2.01?=1.1 - 0.65“_? ?2 ?021.15+0.2+6?,?1.15 X 0.2+6 X 0.094?"?1.222 X 1041 3=6.108 X 1013負數，取 0.21.1 - 0.650.026 X 2.3052 X 1(? X 1964 X 556142-=1.222 X 1014?mm2B =?-1 )+? 2 2?2.19 X 10X 84002 小f = S 二 0.106 X 0.268

15、? -6.108 X 103屈服撓度:-V./T 丁一 一 340V/ mmf“1=37=0.95Pq.0.026x340E4hLlTx十02+樂占口 丄° miri5=M'k-3_氐*0 2?kQLJ極限撓度:(J = M =加-G g =5QJj89.vV/ioA 0.87x556x1964rnfnyz = Ll-0.65P*6EAh=100.026x50289 -B二一一-丄血進皿亠wo%"肘 d 1.15+02+6/? 1.15x1 0+0.2 + 6 x 0.094minMB3 =皿 = B1=氐弭離10=氏1九0口M（41）+ M 221Uy亠泌“驅日;

16、GIO迪400：如祝 7B3.17x10以此類推，在不同的荷載下，可以得出相關數據F(kN)0.7842.8685.71115.30170.44M?4?m)2.19120240323.20477.75o?，m)2.305126.31252.62340502.890.20.7020.9020.951.0B?x 1013(?m)12.227.7286.7416.546.34f(mm)0.26811.6153.2773.93112.72計算得出的荷載-撓度曲線:實驗得出的荷載-撓度曲線:(3)繪制裂縫分布形態圖。(計算裂縫)最大裂縫寬度:1.9,C(crs201232,teAs0.0Ate)26)屈

17、服最大裂縫寬度：0.08 dsqmaxcr(1.9CsEseq)te1.90.9534052 10(1.9320.080.0260.423mm極限最大裂縫寬度：sq (1 9CmaxcrsE s0.08deq)te1.90.95502.8952 10(1.9320.080.0260.658mmsqmaxcrEs"Cs0.08蟲)te（4）簡述裂縫的出現、分布和展開的過程與機理。當荷載達到136.3kN時，試件處在開裂至鋼筋屈服階段。一開始荷載只要增加少許，受拉區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裂縫。在開裂截面，內力重新分布，開裂的混凝土一下子（理論上）把原

18、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，故裂縫一出現就有一定的寬度。此時受壓區混凝土也開始表現出一定的塑性，應力圖形開始呈 現平緩的曲線。此時鋼筋的應力應變突然增加很多，曲率急劇增大，受壓區高度也急劇下降，在撓 度-荷載曲線上表現為有一個表示撓度突然增大的轉折（對配筋圖相對較大的梁這個轉折不明顯， 但對配筋率較小的梁可以很明顯的看到荷載-撓度曲線上的這個轉折）。內力重分布完成后，荷載繼續增加時，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（不再像開裂時那樣應變急劇增大），表現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

19、的增加，鋼筋的應力應變不斷增大，直至最后達到屈服前的臨界狀態。荷載達到140kN的過程是鋼筋屈服至受壓區混凝土達到峰值應力階段。在此階段，隨著荷載 的少許增加，裂縫繼續向上開展，混凝土受壓區高度降低（由于鋼筋應力已不再增加而混凝土邊緣 壓應力仍持續增大的緣故，受壓區高度必須隨混凝土受壓區邊緣應變增加而降低，否則截面內力將 不平衡），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。（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，

20、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超筋破壞：（1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數值對比，分析原因。理論計算：？=3927?=20+12+25+12.5=69.5mm，則？?取 70mm? = 600 -70 = 530mm開裂彎矩?=ftk As ai bf c2.01 x 3927 = 2.21mm1.0 x 250 x 14.3Mcr = ftk As (ho -子?=2.01 x 3927 x (5302.212=4.18kN ?m開裂荷載F?cr4.18?2.81.49KN極限彎矩? =fstk Asa1 bf ck540 x 3927=422m

21、m1.0 x 250 x 20.1Mu = fstk As (h 0 - |) =540x3927 x (530?676 5極限荷載Fu=?uu = 一 = 241.61KNu ? 2.8422 )2丿=676.5kN ?m(單位:kN m)計算值實驗值開裂彎矩4.1895.37極限彎矩676.5160.86(單位:kN)計算值實驗值開裂何載1.4934.06極限何載241.6157.45通過分析對比，實驗數據與理論數據存在著誤差，主要原因： 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 承載力產生差異。 應變片的粘貼位置會產生差異。傳感器的精度會產生差

22、異。百分表的位置影響。手持式應變儀的 讀數影響。 應變片的溫度補償產生差異。選用設備的量程不合理。讀數間隔時間相差很大。 各種人為因素，儀器操作的熟練程度，實驗時儀表出現碰撞。讀數出現誤差。沒有加載。（2）繪出試驗梁p-f變形曲線。（計算撓度）梁中部的臧嵐注：超筋破壞在荷載作用下至破壞期間撓度變化小，難以計算。(3) 繪制裂縫分布形態圖。(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小，難以計算。(4) 簡述裂縫的出現、分布和展開的過程與機理 在荷載為10KN時，梁處于彈性階段。 在荷載達到 34.062KN時，混凝土開裂，開裂截面，內力重新分布，開裂的混凝土一下子把原 來承

23、擔的絕大部分拉力交給受力鋼筋，是鋼筋應力突然增加很多，故裂縫一出現就有一定的寬度。此時受壓混凝土也開始出現一定的塑性，應力圖形開舒城縣平緩的曲線。 又因為配筋率高于最大配筋率，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。受壓區高度會迅速降低，以增大內力臂來提高抗彎能力。同時，所提高的抗彎能力等于降低后荷載引起的彎矩，受壓區高度才能穩定下來。在撓度-荷載曲線上就表現為荷載有一個突然地下降。然后受壓區高度進一步下降，鋼筋歷盡屈服階段達到硬化階段，荷載又有一定的上 升。此時，受壓區混凝土仍未被壓碎，即梁尚未喪失承載能力，但這時裂縫開展很大，梁已經 嚴重下垂，也被視為已破壞。(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