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适筋梁受弯性能试验
【试验目的】
1、 通过观察混凝土适筋梁受弯破坏的全过程，研究认识混凝土适筋梁的受弯性能。
2、 理解和掌握钢筋混凝土适筋梁受弯构件的实验方法和实验结果，通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。
3、 通过撰写实验报告的过程，加深对混凝土结构适筋梁构件受弯性能的理解。

【试件设计】
试件的主要参数：
试件长度：L=2000mm；
试件尺寸（矩形截面）：b×h＝200mm×300mm；
混凝土强度等级：C30；
纵向受拉钢筋的种类：HRB400；
箍筋的种类：HPB235（纯弯段无箍筋）；
纵向钢筋混凝土保护层厚度：25mm；
试件的配筋情况见图1和表1；

图1 适筋梁受弯试验试件配筋

表1 适筋梁受弯试件的配筋
试件
编号
试件特征
配筋情况
预估荷载P (kN)
①
②
③
Pcr
Py
Pu
MLA
适筋梁

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。

【试验装置和加载方式】
1、试验装置
图2为进行适筋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，在跨中形成纯弯段，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。适筋梁受弯性能试验，取L=2000mm，a=150mm，b=600mm，c=500 mm。

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2 适筋梁受弯试验装置图

（a）加载简图（kN，mm）

（b）弯矩图（kNm）

（c）剪力图（kN）
图3 适筋梁受弯试验加载和内力简图
2、加载方式
（1）单调分级加载机制
试件的加载简图和相应的弯矩、剪力图见图2和3所示。梁受弯试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）在加载到开裂试验荷载计算值的90％以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20％；（2）达到开裂试验荷载计算值的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％的承载力试验荷载计算值（Pu）的级距；（4）当加载达到纵向受拉钢筋屈服后，按跨中位移控制加载，加载的级距为钢筋屈服工况对应的跨中位移；（5）加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。
（2）开裂荷载实测值确定方法
对于正截面出现裂缝的试验构件，可采用下列方法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。
②荷载－挠度曲线判别法 测定试件的最大挠度，取其荷载－挠度曲线上斜率首次发生突变时的荷载值作为开裂荷载的实测值；
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。
（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：
①对有明显物理流限的热轧钢筋，其受拉主筋的受拉应变达到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1/30；
⑤受压区混凝土压坏。

【量测内容、方法和工况】
（1）混凝土平均应变
在梁跨中一侧面布置4个位移计，位移计间距40mm，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。

图4 适筋梁受弯试验混凝土平均应变测点布置

（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5 纵筋应变片布置

（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，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。

图6 适筋梁受弯试验挠度测点布置

（4）裂缝
试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm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(0.4Pu~0.7Pu)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。

【其他】
1、 试验常用仪器设备介绍
（1）电阻应变计：电阻应变计是用来测量试件的应变。电阻应变计的工作原理是利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”，即这种金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。
（2）力传感器和压力传感器：使用时一般串接在液压加载器与构件之间，可用于测量构件受荷载及支座反力等。
（3）液压传感器：使用时一般并接在油泵与液压加载器组成的油路中，可测量该油路的压力，根据所测压力大小即可以测量液压加载器对构件的作用力。
（4）线位移传感器：线位移传感器可用来测量结构的位移，包括结构的反应和对结构的作用、支座位移，它测到的位移是某一点相对另一点的位移、即测点相对于位移传感器支架固定点的位移。常用的位移传感器有机械式百分表、电子百分表、滑阻式传感器和差动电感式传感器等。
（5）读数显微镜：读数显微镜是由光学透镜和游标刻度组成。通常用来观测混凝土构件的裂缝宽度。
（6）电阻应变仪：电阻应变仪工作原理是当电阻应变计发生应变时，其电阻值发生变化，从而使得由电阻应变仪中的标准电阻和电阻应变计共同组成的惠斯顿电桥失去平衡，通过直接测量电桥失去平衡后的输出电压，可换算得到应变值。其接线方式有：全桥、半桥和1/4桥。

2、仪器设备的主要技术性能指标
（1）刻度值（最小分度值）：仪器的指示或显示装置所能指示的最小测量值，即是每一最小刻度所表示被测量的数值。
（2）量程：仪器可以测量的最大范围。
（3）灵敏度：被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化的反应能力。
（4）分辨率：仪器测量被测物理量最小变化值的能力。
（5）线形度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度，可用校准曲线与拟合直线的最大偏差作为评定指标，并用最大偏差和满量程输出的百分比来表示。
（6）稳定性：被测物理量数值不变，仪器在规定的时间内保持示值一致的能力。
（7）重复性：在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。

3、安全防护措施
（1）在试验准备工作中有关试验结构、加载设备、荷载架等的吊装，电气设备、电气线路等的安装以及试验后拆除构件和试验装置的操作均应符合有关建筑安装工程的安全技术规程。试验使用的设备应有操作规定，并应严格遵守。
（2）在试验过程中应注意人身和仪表的安全。试验地区宜设置明显标志。当荷载达到承载力试验荷载计算值的85％时，宜拆除可能损坏的仪表。对于需要保护下来量测结构破坏阶段的结构反应的仪表，应采取有效的保护措施。
（3）试验时应防止试验结构构件和设备的倒塌，并应设置安全托架或支墩。安全托架或支墩和试验结构构件宜保持尽可能小的距离，但不应妨碍试验结构构件的变形。试验用的千斤顶、分配梁和仪表等应吊在支架上。
（4）对可能发生突然破坏的试验结构构件进行试验时应采取特别防护措施以防止物体飞出危及人身、仪表和设备的安全。

120200
80135135
5050
500
870
200
200
22
1
1
3 8@50
4 6@100
150200
50
120
6φ124φ12
3 8@50
4φ12
120
120
1-12-2
柱试件立面图
3 8@50
3 8@50 4双向钢丝网2片 尺寸170x90 4双向钢丝网2片 尺寸170x90
 8@50
 8@50
 6@100
图1.3大偏心受压柱配筋图 
  ⑦取偏心距e0：100mm 
2、加载装置和量测内容 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。 
e0
P
e0
P

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。  

图1.4.3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。  
位移计
360
360
150
870
15
1324
3030
3015

200
385
385
100
870
应变片共计8片
3
3
120
120
3-3
应变片共计8片

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。    

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50mm×50mm的网格。试验时借助放大镜查找
50
50
385
870
位移计支杆5
385
位移计6
位移计7

裂缝。 
4、实际实验数据 

荷载 
纵向钢筋应变 
2_1 34_1 34_2 34_3 34_4 34_5 34_6 34_7 34_8 0.661 -12 -5 -1 3 -4 -14 -5 0 9.992 -50 -117 20 116 -100 -128 126 84 19.984 -162 -229 226 349 -229 -274 351 272 30.224 -280 -348 486 634 -363 -442 623 515 40.216 -372 -466 721 913 -496 -615 904 842 50.043 -478 -625 962 1191 -661 -832 1190 1126 59.705 -653 -825 
1256 
1521 -871 -1143 1522 1467 69.862 -810 
-1008 1511 
1825 -1056 -1403 1832 1773 79.854 -1100 -1329 1905 2346 -1376 -1866 2348 2205 93.976 -1485 -1741 2586 4928 -1819 -2411 4074 5128 93.232 -1544 -1811 2793 6257 -1879 -2494 5723 6022 92.737 -1560 -1815 2843 7114 -1883 -2502 6547 6402 92.076 -1585 -1841 2899 8132 -1909 -2525 8076 6913 80.928 -1699 -1851 2928 10437 -2060 -2561 0 7856 75.643 
-1703 -1811 2930 
10382 
-2086 
-2520 
0 
7844 
混凝土应变 
侧向挠度 
10_1 10_2 10_3 10_5 
10_6 
10_7 -0.012 0 
0 
-0.004 0.021 0 -0.016 -0.004 0.004 0.295 0.301 0.078 -0.031 -0.008 0.181 0.463 0.704 0.184 -0.063 -0.016 0.15 0.615 1.231 0.348 -0.086 -0.02 
0.283 
0.745 1.75 0.479 -0.09 -0.035 0.37 0.914 2.364 0.704 -0.11 -0.051 0.445 1.099 3.196 0.937 -0.161 -0.051 0.46 1.255 3.838 1.154 -0.228 -0.071 0456 1.55 5.037 1.522 -0.322 -0.09 
0.555 
1.983 6.919 2.104 -0.318 -0.094 0.559 2.009 7.084 2.222 -0.318 
-0.094 0.594 
2.051 
7.236 
2.255 

按照《混凝土结构设计规范》给定的材料强度标准值及上述的计算公式，对于本次试验试件的极限承载力的预估值为： 64=cuNkN。 
构件正截面承载力分析 
kN
AfAfNAblSycS274)%3%6.1120
*120*412**2bh0.1,825.7120
870'
'cu2
'
0=+=<===<==（则π得：查《混凝土设计规范》jj 
实测值为94kN，比预估值大46.9%，可能原因如下： 
   ①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； 
②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度； 
③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。 

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