钢筋混凝土简支梁实验指导书桥土样本.doc

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钢筋混凝土梁正截面破坏实验指导书

一、 实验目的
1．经过对钢筋混凝土梁的承载力、 挠度、 钢筋 应变及裂缝等参数的测定, 了解钢筋混凝土梁受弯构件( 适筋梁) 受力破坏的一般过程;
2．经过试验验证钢筋混凝土受弯构件平均应变平截面假定的正确性。
3．经过试验加深对适筋钢筋混凝土受弯构件正截面受力特点、 变形性能和裂缝开展规律的理解。
4．掌握实验数据的分析、 处理和表示方法, 提高分析和解决问题的能力。
二、 试验内容
1．量测各级荷载作用下试验梁的截面应变。
2．估计试验梁的开裂荷载, 观察裂缝的出现, 实测试验梁的开裂荷载。
3．量测试验梁裂缝的宽度和间距, 记录试验梁破坏时裂缝
的分布情况。
4．量测试验梁在各级荷载作用下的挠度。
5．估计试验梁的破坏荷载, 观察试验梁的破坏形态, 实测试验梁的破坏荷载。
三、 实验设备和仪器
1．试件—钢筋混凝土简支梁1根、 尺寸及配筋如图所示。
混凝土设计强度等级: C25; 保护层厚度: 20mm。
钢筋: 纵筋3φ8, Ⅰ级( 实际测得钢筋屈服强度为390MPa, 极限抗拉强度为450 MPa)
箍筋: φ6＠120, Ⅰ级
试件尺寸:
b＝100mm; h＝150mm; L＝1050mm;
制作和养护特点: 常温制作与养护
2．实验所需仪器:
手动螺旋千斤顶1个, 压力传感器各1个; 静态电阻应变仪一台; 百分表及磁性表座各3个; 刻度放大镜、 钢卷尺; 反力装置1套。
四、 实验方案
为研究钢筋混凝土梁的受力性能, 主要测定其承载力、 各级荷载下的挠度和裂缝开展情况, 另外就是测量控制区段的应变大小和变化, 找出刚度随荷载变化的规律。
1. 加载装置
梁的实验荷载一般较大, 多点加载常采用同步液压加载方法。构件实验荷载的布置应符合设计的规定, 当不能相符时, 应采用等效荷载的原则进行代换, 使构件实验的内力图与设计的内力图相近似, 并使两者的最大受力部位的内力值相等。
作用在试件上的实验设备重量及试件自重等应作为第一级荷载的一部分。确定试件的实际开裂荷载和破坏荷载时, 应包括试件自重和作用在试件上的垫板, 分配梁等加荷设备重量( 本实验梁的跨度小, 这些影响可忽略不计) 。
2. 测试内容及测点布置
测试内容钢筋及混凝土应变、 挠度和裂缝宽度等。
本次实验测试具体项目: 正截面应变; 图3－2加载装置图
纵向受力钢筋应变; 梁挠度; 裂缝发展情况; 开裂荷载; 屈服荷载; 破坏荷载。
纯弯区段混凝土表面布置5个电阻应变片( 自行设计测点位置) , 实验前完成应变片粘贴工作。另外梁内受拉主筋各布有电阻应变片1片。
挠度测点三个: 跨中测点1个, 支座沉降点( 2个) 。
3. 实验步骤
实验为半开放式: 实验前, 学生应仔细阅读实验指导书, 了解实验过程, 在指导教师解答提问、 讲明注意事项之后, 由学生自己提具体实施方案, 经指导教师同意后, 分组( 每组不多于10人) 自行操作实验。教师给出实验所需的仪器设备并实时指导。
具体实验步骤如下:
( 1) 考察实验场地及仪器设备, 听实验介绍, 写出实验预习报告。
( 2) 试件安装及实验装置检查。
a. 安装支座、 试件。要求位置准确、 稳定、 无偏斜。
b. 贴电阻应变片( 程序为: 构件表面磨平处理; 表面清洗; 贴应变片: 不作防护) , 要求位置准确; 粘贴牢固, 无气泡等;
c. 安装百分表。要求垂直、 对准;
d. 安装分配梁。分配梁支撑位于梁跨的三分点处。要求位置准确、 稳定、 无偏斜。
e. 安装手动油压千斤顶和压力传感器。连接传感器和测力仪。要求位置准确、 稳定、 无偏斜。
f. 最后检查实验装置是否稳定、 偏斜及位置是否准确; 仪表是否正常工作。
( 3) 测量梁实际跨度、 截面尺寸、 加载点位置、 混凝土应变片位置等。
( 4) 预加载实验( 按破坏荷载的20％考虑, ) 。按1～3级预加载( 0-2kN-3kN-4kN) , 测读数据, 观察试件、 装置和仪表工作是否正常并及时排除故障。预载值的大小, 必须小于构件的开裂荷载值。然后卸载至0。
( 5) 仪表调零或读仪表初值并记录。画记录图、 表, 作好记录准备。
( 6) 正式加载实验。
本次实验加载制度: 分级加载, 混凝土开裂前, 每级加载2kN, 开裂后, 每级加载4kN, 纵向钢筋受力屈服后, 按跨中位移控制, 每级加载2mm。加载每级停歇时间5分钟, 在读数稳定时读数并记录, 数据填入记录表内。
4．注意事项
（1） 进行破坏实验时, 应根据预先估计的可能破坏情况做好安全防范措施, 以防损坏仪器设备和造成人员伤亡事故。
（2） 随着实验的进行注意仪表及加荷载装置的工作情况, 细致观察裂缝的发生、 发展和构件的破坏形态。裂缝的发生和发展用眼睛观察, 裂缝宽度用刻度放大镜测量, 在标准荷载下的最大裂缝宽度测量应包括正截面裂缝和斜截面裂缝。正截面裂缝宽度应取受拉钢筋处的最大裂缝宽度, 测量斜裂缝时, 应取斜裂缝最大处测量。每级荷载下的裂缝发展情况应随实验的进行在构件上绘出, 并注明荷载级别和裂缝宽度值。
当试件达到承载能力极限状态时, 注意观察试件的破坏特征并确定其破坏荷载值。规定: 当发现下列情况之一时, 即认为该构件已经达承载能力极限状态( 破坏) 。
在对构件进行抗裂检验中, 当在规定的荷载持续时间内出现裂缝时, 应取本级荷载值与前一级荷载值的平均值作为其开裂荷载实测值; 当在规定的荷载持续时间结束后出现裂缝时, 应取本级荷载值作为其开裂荷载实测值。
依据”钢筋混凝土预制构件质量检验评定标准”, 试件的破坏荷载值:
1) 正截面强度破坏。
l 受压混凝土破损;
l 纵向受拉钢筋被拉断;
l 纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的1／50, 或构件纵向受拉钢筋处的最大裂缝宽度达到1.5mm。
2) 斜截面强度破坏
l 受压区混凝土剪压或斜拉破坏;
l 箍筋达到或超过屈服强度后致使斜裂缝宽度达到1.5mm;
l 混凝土斜压破坏。
3) 受力筋在端部滑脱或其它锚固破坏。
5．实验记录参考图表
（1） 应变记录参考表
测点( με)
荷载
( kN)
混凝土截面
主筋
测点1
测点2
测点3
测点4
测点5
测点6
测点7

┆

布片图

（2） 挠度记录参考表
测点
荷载
( kN)
测点1
( mm)
测点2
( mm)
测点3
( mm)
实测值
增量值
实测值
增量值
实测值
增量值

┆

测点布置图

（3） 裂缝记录
裂缝
荷载
( kN)
第1条
( mm)
第2条
( mm)
第3条
( mm)
裂缝条数
宽度
纵向长度
宽度
纵向长度
宽度
纵向长度

┆

裂缝距梁端距离

裂缝展开图

注意: 在裂缝展开图应详细记录裂缝的位置, 长度, 宽度( 对应与纵向受力钢筋侧向投影处) 。
五、 相关知识
1．确定开裂荷载实测值:
① 放大镜观察法
用放大倍率不低于四倍的放大镜观察裂缝的出现;
当在加载过程中第一次出现裂缝时, 应取前一级荷载值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, 应取本级荷载值作为开裂荷载实测值。
② 荷载一挠度曲线判别法
测定试验结构构件的最大挠度, 取其荷载一挠度曲线上斜率首次发生突变时的荷载值作为开裂荷载实测值;
③ 连续布置应变计法
在截面受拉区最外层表面, 沿受力主筋方向在拉应力最大区段的全长范围内连续搭接布置应变计监测应变值的发展, 取任一应变计的应变增量有突变时的荷载值作为开裂荷载实测值。
2．试验结构构件裂缝的量测
试验结构构件开裂后应立即对裂缝的发生发展情祝进行详细观测, 并应量测使用状态试验荷载值作用下的最大裂缝宽度及各级荷毅作用下的主妥裂缝宽度、 长度及裂缝间距, 并应在试件上标出、 绘制裂缝展开图。
3．承载力的确定
结构构件受力情况为轴心受拉、 偏心受拉、 受弯、 大偏心受压时, 其标志如下:
① 对有明显物理流限的热轧钢筋, 其受拉主钢筋应力达到屈服强度, 受拉应变达到
0.01;
对无明显物理流限的钢筋, 其受拉主钢筋的受拉应变达到0.01;
② 受拉主钢筋拉断;
③ 受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm;
④ 挠度达到跨度的1/50; 对悬臂结构, 挠度达到悬臂长的1/25;
⑤ 受压区混凝土压坏。
结构构件受力情况为轴心受压或小偏心受压时, 其标志是混凝土受压破坏。
结构构件受力情况为受剪时, 其标志如下:
① 斜裂缝端部受压区混凝土剪压破坏;
② 沿斜截面混凝土斜向受压破坏;
③ 沿斜截面撕裂形成斜拉破坏;
④ 箍筋或弯起钢筋与斜裂缝交会处的斜裂缝宽度达到15mm。
开裂弯矩按下列公式计算

式中: ——全截面换算截面重心轴以上( 或以下) 部分面积对重心轴的面积矩;
——扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂边缘产生的混凝土预压应力;
——换算截面抗裂边缘的弹性抵抗矩
六、 实验报告的编写
实验报告包括如下项目:
（一） 实验名称、 班级、 姓名、 学号
（二） 实验目的
（三） 实验方案
（四） 实验分析
1. 截面应力、 应变分析
(1) 用实测应变值绘制截面应力图
利用混凝土应变测试数据, 绘制梁正截面应变图, 分析截面应力是否符合现有理论。
(2) 绘制荷载－钢筋应变曲线( 按比例绘制, 用方格纸画图)
2. 挠度分析
(1) 计算理论值
依据实测截面有效高度h0、 混凝土弹性模量Ec等近似计算跨中挠度理论值, 或用有限元程序计算。
(2) 分析各点实测挠度值
跨中挠度等于相应百分表读数减去支座沉降在该点产生的影响。
绘制荷载－挠度曲线和构件变形曲线(理论、 实测曲线) ( 按比例绘制, 用方格纸画图)
(3) 挠度结果进行比较, 计算挠度比值(=实测值/理论值), 分析差异。
3. 开裂荷载、 破坏荷载
将各实测值与理论值进行比较, 并分析差异原因。
4. 根据试验记录绘制开裂后各级荷载下的裂缝分布图( 用方格纸画图, 只画梁的一个侧面裂缝分布图) , 描述裂缝扩展的现象及规律。
5. 用文字叙述梁的破坏形态和特征。
6. 谈谈实验体会。
（五） 综合结论
（六） 附件-实验原始数据