实验一 钢筋混凝土梁抗弯实验_R1(1)修改版.doc

实验一 钢筋混凝土梁抗弯实验

一、试验的目的
1.了解钢筋混凝土梁受力破坏的全过程，并验证正截面强度计算公式。
2.了解对钢筋混凝土结构进行试验研究的方法。
3.掌握进行钢筋混凝土结构试验的一些基本技能。

二、实验原理
（1）适筋破坏：适筋梁具有正常配筋率，受拉钢筋首先屈服，随着受拉钢筋塑性变形的发展，受压混凝土边缘纤维达到极限压应变，混凝土压碎。这种破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆.破坏不是突然发生的，呈塑性性质。破坏前裂缝和变形急剧发展,故也称为延性破坏。
（2）超筋破坏：当构件受拉区配筋量很高时，则破坏时受拉钢筋不会屈服,破坏是因混凝土受压边缘达到极限压应变、混凝土被压碎、钢筋的强度得不到充分利用而引起的。发生这种破坏时，受拉区混凝土裂缝不明显，破坏前无明显预兆，是一种脆性破坏。由于超筋梁的破坏属于脆性破坏，破坏前无警告，并且受拉钢筋的强度未被充分利用而不经济，故不应采用。
（3）少筋破坏：当梁的受拉区配筋量很小时，其抗弯能力及破坏特征与不配筋的素混凝土类似，受拉区混凝土一旦开裂，则裂缝区的钢筋拉应力迅速达到屈服强度并进入强化段，甚至钢筋被拉断。发生这种破坏时，受拉区混凝土裂缝很宽、构建扰度很大，而受压混凝土并未达到极限压应变。这种破坏是“一裂即坏”型，破坏弯矩往往低于构件开裂时的弯矩，属于脆性破坏，故不允许设计少筋梁。.

三、 实验仪器和设备

（1）静态应变仪
（2）百分表或电子百分表
（3）手动液压泵全套设备
（4）工字钢分配梁
（5）千分表
（6）手持式引伸仪
（7）千斤顶
（8）裂缝观察镜和裂缝宽度量测卡

四、 实验方案
（1）方案介绍
正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
这种科学设计方法是应用一套已规格化的表格——正交表来安排实验工作，其优点是适合于多种因素的实验设计，便于同时考查多种因素各种水平对指标的影响。通过较少的实验次数，选出最佳的实验条件，即选出各因素的某一水平组成比较合适的条件，这样的条件就所考查的因素和水平而言，可视为最佳条件。另一方面，还可以帮助我们在错综复杂的因素中抓住主要因素，并判断那些因素只起单独的作用，那些因素除自身的单独作用外，它们之间还产生综合的效果。本实验中影响因子有三个，分别是强度、配筋率和配箍率。水平数均为3，由此列出正交表如下图：
正交试验试件因素表
试件数量
强度
配筋率
配箍率
1
2
3
C20
C20
C20
0.4
0.8
1.2
0.2
0.4

0.5
4
5
6
C30
C30
C30
0.4
0.8
1.2
0.4
0.5
0.2
7
8
9
C40
C40
C40
0.4
0.8
1.2
0.5
0.2
0.4
（2）试件构造
①试件尺寸（矩形截面）：b×h×l＝100×160×1400mm；
②混凝土强度等级：C20，C30，C40；
③纵向受拉钢筋的种类：HRB400；
④箍筋的种类：HPB300（纯弯段无箍筋）；
⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度：20mm；
（3）试验梁的加载及仪表布置
加载设备为千斤顶，采用两点集中力加载，以便于在跨中形成纯弯段。并且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。其中，间隔20mm共布置8个应变片，设置3个百分表。具体位置如图所示：

仪表布置图

加载装置图
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

取L=1400mm，a=100mm，b=350mm，c=500mm。

荷载加载图示

弯矩图（）

剪力图（）
（4）加载方式
①单调分级加载机制：
梁受弯试验采取单调分级加载，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两级。具体加载过程为：
在加载到开裂荷载计算值的90%以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值得20%
达到开裂荷载计算值的90%以后，每级荷载不宜大于其荷载值的5%；
当试件开裂后，每级荷载值取10%的承载力试验荷载计算值的级距；
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；
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：
对于本次试验，采用放大镜观测法确定开裂荷载实测值。具体过程：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。
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：
受拉主钢筋拉断；
受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm；
挠度达到跨度的1/30；
受压区混凝土压坏。
（5）试验测量内容、方法和测点仪表布置
①混凝土平均应变
在混凝土中设置8个位移应变片，以量测加载过程中混凝土的位移变化。
混凝土表面应变片贴法如下：
1、打磨。用220# —400# 粒度范围的砂纸打磨构件混凝土表面，打磨区域15*15cm（因为应变片规格1.1*8.2cm），若表面光滑可免；
2、刷胶。刷环氧胶（环氧：邻苯二甲酸二丁酯：乙二胺=100ml：15ml：9ml
3、等待。等胶干好，天气晴好，一天即好，天气阴冷，两天即好；
4、打磨。在干好的环氧胶表面220# —400# 粒度范围的砂纸打磨，打磨区域15*15cm打磨好之后在贴片处轻轻打出与贴片方向呈45度角的交叉条纹；
5、定位。用A3铅笔等在打磨好的区域准确画出应变片要贴的位置；
6、清洗。用浸有丙酮的脱脂棉球清洗贴片处，直到棉球上看不见污渍为好，清洗时一定要沿单一方向进行，不要来回交替擦洗；
7、贴片。蘸取502胶，轻轻甩掉多余的胶液，然后将片子放于规定的粘贴位置（必须准确
放置在规定的位置），盖上一层聚四氟乙烯膜沿应变片轴线方向用手指滚压3~4次，排净气泡并挤出多余胶液，约1分钟后从无引线端慢慢揭下聚四氟乙烯膜，下次继续使用；
8、贴接线柱。蘸取502胶，将接线柱对准贴在应变片须线下面；
9、焊线。用20w电烙铁及60%*0.8m/m焊锡焊接；
10、打蜡。用融化的蜡水均匀涂于应变片及接线柱表面；
11贴纱布。用环氧胶将纱布粘贴在应变片及接线柱上；
12、检测。用万用表—电阻法（200w量程）检测，一般为123w左右
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，测点布置如图：

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，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。

五、重难点以及应对方法
“超筋梁”不是单纯地指“钢筋使用太多”，而是指“在单筋梁中受拉钢筋的强度超过了受压混凝土的强度”。所以，超筋梁仅仅对于“单筋梁”而言。（架立筋不属于受力钢筋，有架立筋的梁一般都是单筋梁）
从工程实用的设计和使用角度来说，超筋结构是安全的。但是超筋结构的缺点也很明显：一是当荷载超过设计荷载时，结构产生无先兆的脆性破坏；二是不经济，钢筋没有完全发挥其应有的作用。所以，设计上不允许使用“超筋梁”。
少筋破坏和超筋破坏都具有脆性性质破坏前无明显预兆.破坏时将造成严重后果，材料的强度得不到充分利用。因此应避免将受弯件设计成少筋构件和超筋构件，只允许设计成适筋构件。
应对方法：
1、适当增加混凝土强度。
2、在受压截面增加受压钢筋，增加受压区域的受压能力，也就是改“单筋梁”为“双筋梁”，即梁的下部设置受拉钢筋，梁的上部增加受压钢筋。