钢筋混凝土梁受弯破坏试验指导书建筑工程学院郑州工业应用技术.docx

郑州工业应用技术学院

钢筋混凝土偏心受压柱破坏试验指导书

课 程 名 称
钢筋混凝土偏心受压柱破坏试验
院系（部）
建筑工程学院
授 课 专业
道路桥梁与渡河工程

二0一六 年二月修订

目录

一、 试验目的
二、 试验构件和仪器布置
三、 试验准备工作
四、 试验步骤
五、试验报告

钢筋混凝土偏心受压柱破坏试验指导书
一. 试验目的
1. 了解钢筋混凝土适筋梁、超筋梁和少筋梁从开始加载到破坏的受力过程和破坏特征，以及配筋率对破坏形态的影响；
2. 验证钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算理论和计算公式；
3. 掌握钢筋混凝土受弯构件的试验方法以及荷载、应变、挠度、裂缝宽度等试验数据的量测技术和有关仪器的使用方法。
二. 试验构件和仪器布置
1. 试验梁截面尺寸、配筋方式及钢筋粘贴钢筋电阻应变片位置。受弯试验梁分为三种，分别为FBL-1(少筋梁)、FBL-2(适筋梁)和FBL-3(超筋梁)，每组只做一种。设计混凝土强度等级C30（试验前需测定实际强度），纵向钢筋和箍筋采用HRB400级热轧带肋钢（试验前需测定实际强度），吊钩采用HPB300钢筋，纵向钢筋混凝土保护层厚度cs=25mm，试验梁制作时已在梁底纵向钢筋粘贴钢筋电阻应变片。梁截面尺寸、配筋方式及粘贴钢筋电阻应变片位置见图2.1，纵向钢筋和箍筋直径见表2.1。

图2.1 受弯试验梁尺寸、配筋方式及钢筋应变片位置图

表2.1 试验梁纵向钢筋和箍筋直径
试验梁编号
梁纵向钢筋直径及根数
箍筋直径及间距
FBL-1
26
6@100
FBL-2
218
8@100
FBL-3
225
8@100
2. 混凝土强度和弹性模量。试验梁浇筑混凝土时，每根梁留2组（6个，一组备用）100mm×100mm×100mm立方体试块，试验前一天进行立方体抗压试验，实测试验梁混凝土立方体抗压强度fcu0，并由按下列公式计算试验梁混凝土相应的轴心抗压强度fc0、轴心抗拉强度ft0和弹性模量Ec0。
（2.1）
（2.2）
(N/mm2) （2.3）
式中 ac1为混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值，当混凝土强度等级不大于C50时，ac1=0.76；当混凝土强度等级为C80时，ac1=0.82；当混凝土强度等级为中间值时，按线性变化插值；ac2为混凝土的脆性系数，当混凝土强度等级不大于C40时，ac2=1.0；当混凝土强度等级为C80时，ac2=0.87；当混凝土强度等级为中间值时，按线性变化插值；0.88为考虑结构中的混凝土强度与立方体试件混凝土强度差异等因素的修正系数。
3. 钢筋强度和伸长率。试验梁钢筋骨架制作时每种规格的钢筋预留3根500mm长试样，用以实测钢筋的屈服强度fy0、极限抗拉强度sb0、断口伸长率d 和最大力下的总伸率（均匀伸长率）dgt。钢筋断口伸长率d 和最大力下的总伸率（均匀伸长率）dg分别按下列公式计算：
（2.4）
式中d 为断后伸长率（%），l为钢筋包含颈缩区的量测标距拉断后的长度，l0为试件拉伸前的标距长度，可取l0=5d（d为钢筋直径）或l0=10d，相应的断后伸长率表示为d5或d10。
（2.5）

式中L0为试验前的原始标距（不包含颈缩区），L为试验后量测标记之间的距离，s b0为钢筋的实测最大拉应力（即极限抗拉强度），Es为钢筋的弹性模量（对HRB400级热轧带肋钢，取Es=2.00×105N/mm2）。
dgt的量测方法可参照图2.2进行。在离断裂点较远的一侧选择Y和V两个标记，两个标记之间的原始标距（L0）在试验前至少应为100mm；标记Y或V与夹具的距离不应小于20mm或钢筋公称直径d二者中的较大值，标记Y或V与断裂点之间的距离不应小于50mm或2倍钢筋公称直径二者中的较大值。钢筋拉断后量测标记之间的距离为L，求出钢筋拉断时的最大拉应力s b0，按（2.5）式计算dgt。
图2.2 钢筋最大力下的总伸长率量方法
4. 加荷装置和仪器布置。试验梁两端铰支于支座上（一端为固定铰支座，另一端为可动铰支座），试验前在跨中纯弯段混凝土表面粘贴混凝土应变片，每根梁布置5块百分表量测支座位移和跨中挠度，用电阻应变仪量测钢筋和混凝土在各级荷载下的应变。试验梁加荷装置、仪表布置及测点位置如图2.3所示。

图2.3 加荷装置、仪表布置及测点位置图
三. 试验准备工作
1. 认真复习教材有关章节，了解钢筋混凝土梁正截面受力过程和破坏形态。
2. 认真了解试验梁的配筋情况，计算纵向受力钢筋截面面积As（确定梁底纵筋直径、数量，计算截面面积）；量测梁跨中截面实际尺寸b、h（梁截面实际浇筑尺寸与设计尺寸略有差别，计算分析应时采用实测截面尺寸）；计算梁截面有效高度h0=h-as=h-cs-d/2，式中h为梁跨中截面实测高度，as为纵向钢筋截面形心到梁底面的距离，cs为纵向钢筋混凝土保护层厚度（本次试验梁cs =25mm），d为纵向受力钢筋直径。
3. 确定试验梁实测混凝土立方体抗压强度fcu0，以及相应的轴心抗压强度fc0、轴心抗拉强度ft0和弹性模量Ec0。
4. 计算梁截面配筋率rs=As/bh及最小配筋率rmin，rmin取0.2%和45ft0/fy0(%）的较大值。
5. 计算受压区高度x= As fy0/a1 fc0b（当混凝土的强度等级不超过C50时，取a1=1.0；当混凝土的强度等级为C80时，取a1=0.94；其间按线内插法确定），预判试验梁受弯破坏形态：若x<xbh0且As<rminbh为少筋梁破坏，若x<xbh0且As>rminbh为适筋梁破坏，若x>xbh0为超筋梁破坏；xb为相对界限受压区高度，对强度等级不大于C50的混凝土，采用HRB400钢筋时取xb =0.518。
6. 称量梁顶加载设备（千斤顶、分配梁、垫板等）重量P1；计算梁自重弯矩Mg=gl2/8，g为梁均布自重荷载，可由梁截面尺寸和钢筋混凝土容重（25kN/m3）计算得到，l为梁的计算跨度，对本次试验梁取l =2100mm。
7. 试验梁表面刷白，打方格。
8. 预估试验梁开裂荷载Pcr和破坏荷载Pu。
（1） 试验梁开裂荷载Pcr
开裂弯矩Mcr按下式计算：
（3.1）
式中aE=Es/Ec0，Es为钢筋的弹性模量，对HRB400级热轧带肋钢取Es=2.00×105N/mm2；Ec0为混凝土的弹性模量，按2.3式计算；rs为梁跨中截面配筋率，rs=As/bh。
开裂荷载Pcr按下式计算（见图2.3，三分点加载）：
（3.2）
式中Mg为梁自重弯矩，P1为梁顶加载设备（千斤顶、分配梁、垫板等）重量。
（2） 试验梁破坏弯矩Mu
① 少筋梁（x<xbh0且As<rminbh）
（3.3）
② 适筋梁（x<xbh0且As>rminbh）
（3.4）
③ 超筋梁（x>xbh0）
（3.5）
（3） 试验梁破坏荷载Pu
试验梁预估破坏荷载按下式计算：
（3.6）
四. 试验步骤
1. 量测实际尺寸，熟悉仪表操作
加载前仔细量测试验梁的长、宽、高，量测电阻应变片位置以及支座、加载点和百分表位置的实尺寸，作好记录，必要时应画草图。熟悉电阻应变仪、千斤顶、百分表和刻度放大镜等仪表的操作。
2. 加载方法
（1） 确定加载级差，每级加载值可取预估破坏荷载Pu的1/10~1/8，临近开裂荷载Pcr和破坏荷载Pu时应适当减小级差。
（2） 试加载1~2级，检查仪表读数是否正常。
（3） 分级加载，从0逐级增加到试验梁破坏为止。每次加载后静止2~5分钟，待试验梁变形稳定后再量测各种数据，校核无误后方可进行下一级加载。
（4） 加载过程中应随时注意观察试验仪表工作是否正常，如有过大偏差应纠正后才能继续加载。
（5） 试验接近破坏时，应在梁下加安全支撑；当超过80%时的破坏荷载后，应将易损仪表拆除，防止测试人员受伤及仪表遭受不必要的损失。
3. 测试内容
（1） 测定每级荷载下跨中正截面混凝土和钢筋的应变ec和es，尽可能量测到开裂瞬间梁底混凝土的极限拉应变etu和破坏瞬间梁顶混凝土的极限压应变ecu。
（2） 测定每级荷载下百分表的读数，以确定跨中挠度和曲率。
（3） 测定初裂荷载Pcr。
（4） 用肉眼借助放大镜观察裂缝，在裂缝顶端画一短横线并标注相应荷载值，用刻度放大镜（或裂缝卡）量测指定位置的裂缝宽度。
（5） 测定破坏荷载Pu并记录试验梁的破坏特征，判定破坏形态（适筋破坏、少筋破坏或超筋破坏）。
（6） 将试验梁加载现场及有代表性荷载作用下的试验梁拍照，绘制裂缝分布图。
（7） 试验结束后清理现场，初步整理试验数据，准备撰写试验报告。
五．试验报告
1. 整理原始数据，剔除经判断是异常或错误的数据。
2. 试验过程描述和试验现象分析（配有试验照片和绘制的裂缝图）。
3. 根据百分表读数，绘制消除支座沉降后的荷载（或弯矩）-跨中挠度曲线（P-f或M-f曲线），绘制未消除支座沉降的沿梁长分布的挠度曲线，并进行分析。
4. 根据钢筋应变量测结果，绘制荷载（或弯矩）-钢筋应变曲线（P-es或M-es曲线），并分析梁底纵筋临近破坏时是否屈服（钢筋屈服应变ey=fy0/Es）。
5. 根据混凝土应变量测结果，绘制跨中截面混凝土应变分布图，分析是否符合平截面假定。
6. 用学过的钢筋混凝土梁正截面承载力计算公式计算试验梁的极限弯矩Muc（材料强度和截面尺寸均取实测值），将试验试验实测极限弯矩Mu0与理论公式计算值Muc进行比较，并进行分析。
试验实测极限弯矩Mu0按下式计算：
（5.1）
7. 有兴趣的同学可将试验试验实测开裂弯矩Mcr0与（3.1）式计算的开裂弯矩Mcrc进行比较，并进行分析。
试验实测开裂弯矩Mcr0按下式计算：
（5.2）