混凝土与砌体结构基本力学性能试验方案全.doc

混凝土与砌体结构基本力学性能实验方案（全）
实验一 受弯构件正截面承载力实验
一、实验目的
1. 掌握制定结构实验方案的原则，设计简支梁受弯破坏实验的加荷方案和测试方案，并根据实验的设计规定选择实验测量仪器仪表。
2. 观测钢筋混凝土受弯试件从开裂、受拉钢筋屈服、直至受压区混凝土被压碎这三个阶段的受力与破坏全过程，掌握适筋梁受弯破坏各个临界状态截面应力应变图形的特点。
3. 可以按照国家规范规定，对使用荷载作用下受弯构件的强度、刚度以及裂缝宽度等进行对的评价。
4. 分析配筋率对受弯构件正截面承载力及破坏形态的影响。
5. 熟悉结构实验的过程，掌握仪器仪表的使用，提高学生的实际动手、数据解决能力，锻炼学生分析问题、解决问题的能力。
二、使用仪器和设备
1、 静载反力实验装置 2、 液压千斤顶 3、 荷载分派梁 4、 荷载传感器
5、 滚动和铰支座若干 6、 支撑架 7、应变片 8、 电阻应变仪 9、 百分表
三、实验方案
1. 试件设计：
（1）试件的重要参数：具体配筋情况请看图1.1和表1.1
① 混凝土强度等级：C20
② 试件截面（矩形）尺寸：b×h×l＝120×200×1500mm
③ 箍筋类型：HPB235（纯弯段无箍筋，弯剪区有足够的箍筋，保证构件不会发生剪切破坏）

图1.1 梁受弯试件配筋

梁受弯试件配筋 表1.1
试件
编号
试件特性
混凝土保护层
厚度（mm）
配筋情况
预估荷载P (kN)
①
②
③
Pcr
Py
Pu
M1
素混凝土梁

0
足够纵筋
足够箍筋

M2
少筋梁
12
24
足够纵筋
足够箍筋

M3
适筋梁
22
214
足够纵筋
足够箍筋

M4
超筋梁
15
320
足够纵筋
足够箍筋

（2） 试件设计依据：
根据梁正截面受压区相对高度和界线受压区相对高度的比较可以判断出受弯构件的类型：当时，为适筋梁；当时，为超筋梁。界线受压区相对高度可按下式计算：
(1-1)
其中在进行受弯试件梁设计时，、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，、分别取钢筋试件实验得到钢筋受拉屈服强度标准值和弹性模量。
对于少筋梁，设计试件配筋时，需要控制梁受拉钢筋配筋率不大于适筋构件的最小配筋率，其中可按下式计算。
(1-2)
2. 加载方案：
（1）加载装置：图1.2为本课程进行梁受弯性能实验采用的加载装置，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，分派梁分派荷载，压力传感器测定荷载值。

1—实验梁；2—滚动铰支座；3—固定铰支座；4—支墩；5—分派梁滚动铰支座；
6—分派梁滚动铰支座；7—集中力下的垫板；8—分派梁；9—反力梁及龙门架；10—千斤顶；
图1.2 梁受弯实验装置图
（2）加载方式：梁受弯实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。
对于适筋梁，①在加载到开裂实验荷载计算值的90％以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20％；②达成开裂实验荷载计算值的90％以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5％；③当试件开裂后，每级荷载值取10％的承载力实验荷载计算值（Pu）的级距；④当加载达成纵向受拉钢筋屈服后，按跨中位移控制加载，加载的级距为钢筋屈服工况相应的跨中位移；⑤加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。
对于超筋梁，①～③的加载机制同适筋梁；④在加载达成承载力实验荷载计算值的90％以后，每级荷载值不宜大于开裂实验荷载值的5％；⑤加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。
对于少筋梁，①在加载到开裂实验荷载计算值的90％以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20％；②达成开裂实验荷载计算值的90％以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5％；⑤少筋梁的开裂荷载和破坏荷载接近，并且表现为脆性破坏，注意加载过程的安全防护。
（3）试件各加载荷载的估算：涉及开裂弯矩、屈服弯矩、极限弯矩的估算。
①开裂弯矩估算
(1-3)
其中，。
②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：
(1-4)
③极限弯矩估算
对于适筋梁：， (1-5)
对于超筋梁：，，
(1-6)
对于少筋梁： (1-7)
（4）试件各荷载实测值的拟定方法：涉及开裂弯矩和极限弯矩。
① 开裂荷载实测值拟定方法：
A 放大镜观测法：用放大倍率不低于四倍的放大镜观测裂缝的出现；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；当在规定的荷载连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；当在规定的荷载连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。
B 荷载－挠度曲线判别法：测定试件的最大挠度，取其荷载－挠度曲线上斜率初次发生突变时的荷载值作为开裂荷载的实测值；
C 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 极限弯矩的测定方法：采用极限状态方法来进行测定。
对梁试件进行受弯承载力实验时，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成或超过承载力极限状态，即可停止加载：
A 对有明显物理流限的热轧钢筋，其受拉主筋的受拉应变达成0.01；
B 受拉主钢筋拉断；
C 受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达成1.5mm；
D 挠度达成跨度的1/30；
E 受压区混凝土压坏。
3．测试方案：
重要测试纯弯区混凝土平均应变、纵向钢筋的应变以及在荷载作用下构件产生的挠度三个方面的内容。根据简支梁的内力和变形特点，一般应在最大应力截面和最大挠度截面处布置测点。
（1） 混凝土平均应变：在纯弯段内任选一截面，沿梁截面高度上分别布置四个混凝土应变测点，以量测该截面处混凝土压应变和中和轴的变化情况。
（2） 纵向钢筋应变：在试件纵向受拉钢筋中部沿长度粘贴电阻应变片，以量测加载过程中钢筋的应力变化，测点布置见图1.3。

图1.3 纵筋应变片布置图
（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，虑到支座处也许也有下沉，在支座处也安装了位移表。
四、实验环节
1. 实验准备阶段：
（1）制定实验计划书：
实验计划宜涉及以下内容：①实验目的和规定；②试件设计和制作；③实验对象的考察和检查；④实验构件的安装就位和实验装置；⑤实验荷载、加载方法和加载设备，拟定加载级数和每级加载值；⑥实验测量内容、方法和测点仪表布置图；⑦实验进度计划；⑧实验的组织；⑨实验资料整理和数据分析的规定。
（2）试件的检查：
实验前宜将试件表面刷白，并分格画线，分格大小可按构件尺寸拟定。在刷白前，对试件进行检查的内容涉及：
① 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实验报告等文献资料。
② 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曲、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。
2. 构件实验：
（1） 按照加荷方案配备加荷设备，安装试件，固定加荷系统；
（2） 放置荷载分派梁，并进行调整到符合实验规定；
（3） 将各测点进行编号，并记录试件初始缺陷或裂缝等；
（4） 统一读取初读数，并按加载制度进行加载实验。每加一级荷载后均应测读记录一次各个测点的数据，并密切观测构件裂缝开展和变形情况；
（5） 实验期间和实验完毕后，应描绘试件裂缝展开图及破坏特性图，涉及裂缝出现时的荷载值，裂缝出现的位置、破坏特性等均应标注在图中；
（6） 实验完毕后应卸去荷载，拆除仪表，关闭仪器，并清理实验现场。
3. 实验结果整理：并最终以实验报告的形式上交。实验报告形式请见附表。
实验报告的内容应涉及以下部分：
（1） 实验原始资料的整理
① 试件的实际尺寸：梁的截面尺寸；保护层厚度；配筋率等。
② 实验材料的力学性能：钢筋和混凝土的实测强度、弹性模量。
③ 试件的外观情况。
④ 根据实验前测得的试件尺寸和材料力学性能数据计算与开裂弯矩相应的荷载Pcr，极限弯矩相应的荷载Pu。
⑤ 实验数据的记录及相应的图片。
⑥ 破坏形态的说明及图例图片。
（2） 裂缝发展情况及破坏形态描述
（3） 荷载—挠度关系曲线
（4） 沿构件截面高度上混凝土平均应变分布
（5） 弯矩—曲率关系曲线
（6） 荷载与纵筋应变关系曲线
五、注意事项
1、 实验应按规定采用相应的分级加载方式；
2、 实验准备就绪后，一方面预加一次荷载，观测所有仪器是否正常工作；
3、 每次加载连续时间取为10分钟，使试件变形趋于稳定后，再进行下一级加载，加载时间间隔控制在15分钟，直到破坏为至。
六、学时分派
2学时。

七、上交资料
每人交实验报告1份。实验二 无腹筋受弯构件斜截面承载力实验
一、实验目的
1、了解无腹筋受弯构件斜截面破坏的裂缝出现、分布和扩展情况；
2、了解无腹筋受弯构件斜截面的重要破坏形态及破坏特性；
3、了解纵筋配筋率及剪跨比对无腹筋受弯构件斜截面承载力和破坏形态的影响。
二、使用仪器和设备
1、 静载反力实验装置 2、 液压千斤顶 3、 荷载分派梁 4、 荷载传感器
5、 滚动和铰支座若干 6、 支撑架 7、应变片 8、 电阻应变仪 9、 百分表
三、实验方案
1. 试件设计：
（1）试件的重要参数：参看表格2.1
① 混凝土强度等级：C20
② 试件截面（矩形）尺寸：b×h＝120×200mm
③ 混凝土保护层厚度：20 mm
无腹筋梁受剪试件的相关几何参数 表2.1
试件
编号
试件特性
计算跨度（mm）
剪跨比
预估受剪极限荷载PuQ (kN)
Q1
无腹筋斜压梁
400
1.10

Q2
无腹筋剪压梁
700
2.06

Q3
无腹筋斜拉梁
1200
3.30

2. 加载方案：
（1）加载装置：梁受剪性能的实验装置与梁受弯性能实验的相同，见图1.2。
（2）加载方式：
与梁受弯实验同样，梁受剪实验也采用单调分级加载。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1级。正式加载的分级情况为：①在最大斜裂缝宽度发展至0.6mm以前，根据预计的受剪破坏荷载分级进行加载，每级荷载约为破坏荷载的20％，每次加载时间间隔为15分钟；②当最大斜裂缝宽度发展至0.6mm以后，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。
（3）试件加载荷载估算：
梁受剪承载力可参照规范GB50010－2023[1]的有关公式计算，其中材料强度采用标准值，即：
(3-9)
(3-10)
其中，当时，取，当时，取。
（4）实验荷载实测值拟定方法：承载能力极限状态拟定方法。
对梁试件进行受剪承载力实验时，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成或超过承载力极限状态，即可停止加载：
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 钢筋与斜裂缝交会处的斜裂缝宽度达成1.5mm；
3．测试方案：
（1）纵向钢筋应变：梁受剪实验试件纵向钢筋受弯实验试件相同，见图1.3。
（2）挠度：梁受剪实验的挠度测点布置同梁受弯实验构件。
（3）裂缝：实验前将梁两侧而用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm的网格。实验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。
四、实验环节
1. 实验准备阶段：与梁受弯实验相同，请参阅梁受弯实验环节进行。
2. 构件实验：与梁受弯实验相同，请参阅梁受弯实验环节进行。
3. 实验结果整理：并最终以实验报告的形式上交。实验报告形式请见附表。
实验报告的内容应涉及以下部分：
（1） 实验原始资料的整理
① 试件的实际尺寸：梁的截面尺寸；保护层厚度；配筋率等。
② 实验材料的力学性能：钢筋和混凝土的实测强度、弹性模量。
③ 试件的外观情况。
④ 实验数据的记录及相应的图片。
⑤ 破坏形态的说明及图例图片。
（2） 裂缝发展情况及破坏形态描述
（3） 荷载—挠度关系曲线
五、注意事项
1、 实验采用分级加载的方式；
2、 实验准备就绪后，一方面预加一次荷载，观测所有仪器是否正常工作；
3、 每次加载连续时间取为10分钟，使试件变形趋于稳定后，再进行下一级加载，加载时间间隔控制在15分钟，直到破坏为至。
六、学时分派
2学时。

七、上交资料
每人交实验报告1份。

实验三 有腹筋受弯构件斜截面承载力实验
一、实验目的
1、了解有腹筋受弯构件斜截面破坏的裂缝出现、分布和扩展情况；
2、了解有腹筋受弯构件斜截面的重要破坏形态及破坏特性；
3、了解箍筋配筋率对有腹筋受弯构件斜截面承载力和破坏形态的影响。
二、使用仪器和设备
1、 静载反力实验装置 2、 液压千斤顶 3、 荷载分派梁 4、 荷载传感器
5、 滚动和铰支座若干 6、 支撑架 7、应变片 8、 电阻应变仪 9、 百分表
三、实验方案
1. 试件设计：
（1）试件的重要参数：具体配筋情况请看表3.1
① 混凝土强度等级：C20
② 试件截面（矩形）尺寸：b×h＝120×200mm
③ 纵向钢筋混凝土保护层厚度：20 mm
④ 构件长度为1200m，支座离端部距离为250mm，试件计算跨度为700mm。
有腹筋梁受剪实验配筋 表3.1
试件
编号
试件特性
配筋情况
预估受剪极限荷载PuQ (kN)
③
①
②
QE
箍筋适量
6@100
220
构造钢筋
63
QF
箍筋少量
3@150
220
构造钢筋
138
QG
箍筋过量
10@100
220
构造钢筋
50

2. 加载方案：与无腹筋梁斜截面实验相同，请参阅无腹筋梁斜截面实验进行。
3．测试方案：
（1）纵向钢筋应变：梁受剪实验试件纵向钢筋受弯实验试件相同，见图1.3。
（2）箍筋钢筋应变：箍筋的应变片布置分布于弯剪区箍筋中部进行布置。
（3）挠度：梁受剪实验的挠度测点布置同梁受弯实验构件。
（4）裂缝：实验前将梁两侧而用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm的网格。实验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。
四、实验环节
1. 实验准备阶段：与梁受弯实验相同，请参阅梁受弯实验环节进行。
2. 构件实验：与梁受弯实验相同，请参阅梁受弯实验环节进行。
3. 实验结果整理：并最终以实验报告的形式上交。实验报告形式请见附表。
实验报告的内容应涉及以下部分：
（1） 实验原始资料的整理
① 试件的实际尺寸：梁的截面尺寸；保护层厚度；配筋率等。
② 实验材料的力学性能：钢筋和混凝土的实测强度、弹性模量。
③ 试件的外观情况。
④ 实验数据的记录及相应的图片。
⑤ 破坏形态的说明及图例图片。
（2） 裂缝发展情况及破坏形态描述
（3） 荷载—挠度关系曲线
（4） 荷载—箍筋应变关系
五、注意事项
1、 实验采用分级加载的方式，采用的分级加载开裂荷载的每级加载量取5%～10%的破坏荷载，开裂后每级加载量增长为15%的破坏荷载；
2、 实验准备就绪后，一方面预加一次荷载，观测所有仪器是否正常工作；
3、 每次加载连续时间取为10分钟，使试件变形趋于稳定后，再进行下一级加载，加载时间间隔控制在15分钟，直到破坏为至。
六、学时分派
2学时。

七、上交资料
每人交实验报告1份。

附表1 实验报告的内容规定
实验名称

报告内容
梁受弯实验
无腹筋梁受剪实验
有腹筋梁受剪实验
适筋
超筋
少筋
斜拉
剪压
斜压
箍筋少量
箍筋适量
箍筋超量
1
实验原始资料的整理
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
2
裂缝发展情况描述及裂缝展开图
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
3
荷载－挠度关系曲线
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
4
荷载（弯矩）－曲率关系曲线
Ö
Ö
Ö
＋
＋
＋
＋
＋
＋
5
荷载－纵筋应变关系曲线
＋
＋
Ö
＋
＋
＋
＋
＋
＋
6
荷载－箍筋应变关系
×
×
×
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
7
沿截面高度混凝土平均应变分布
＋
＋
×
×
×
×
×
×
×
8
正截面承载力分析
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
9
斜截面承载力分析
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
10
构件的承载力分析
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
11
裂缝分析
＋
＋
×
＋
＋
＋
＋
＋
＋
12
刚度分析
＋
＋
×
×
×
×
×
×
×
说明：Ö为实验报告中必须包含的内容，＋为可选择完毕的内容，×为不需完毕的内容。

梁裂缝绘制记录

实验名称： 试件编号： 记录内容： 实验时间：

梁裂缝绘制记录

实验名称： 试件编号： 记录内容： 实验时间：

实验仪表测读数据登记表

实验名称： 试件编号： 记录内容： 实验时间：
荷载 （单位： ）
测点号：
测点号：
测点号：
测点号：
测点号：
级数
加载值
累计值
读数
读数差
累计值
读数
读数差
累计值
读数
读数差
累计值
读数
读数差
累计值
读数
读数差
累计值

加载示意、仪表布置、测点位置及备注

测读： 记录： 整理： 校核： 负责： （第 页，共 页）
裂 缝 记 录 表

实验名称： 试件编号： 记录内容： 实验时间：
荷载 （单位： ）
编号：
编号：
编号：
编号：
编号：
编号：
裂缝间距
级数
加载值
累计值
宽度
高度
宽度
高度
宽度
高度
宽度
高度
宽度
高度
宽度
高度
编号1
编号2
间距

裂缝草图

测读： 记录： 整理： 校核： 负责： （第 页，共 页）