同济大学混凝土实验报告--少筋梁和偏压柱

混凝土结构基本原理实验报告（共页）姓名：学号：专业：学院：指导老师：同济大学结构工程与防灾研究所2012年月日姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第2页共22页一、实验目的和内容1.1偏心受压柱实验目的：通过试验研究认识混凝土结构构件的破坏全过程，掌握测试混凝土小偏心受压构件基本性能的试验方法。实验内容：对小偏心短柱施加轴向荷载直至破坏。观察加载过程中裂缝的开展情况,将得到的极限荷载与计算值相比较。1.2少筋梁受弯本实验通过试验研究认识钢筋混凝土少筋梁的破坏过程，掌握少筋梁受弯测试基本性能的试验方法。（1）通过参加实验以及之后实验报告的整理，可以让我理解和掌握钢筋混凝土构件的试验方法和试验结果，通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。（2）写出实验报告，在写报告的过程中加深对混凝土结构基本构件受力性能的理解（3）观察既有破坏构件，掌握裂缝观察与统计方法二、试验方法2.1构件设计2.1.1受压柱（1）试件设计的依据为减少“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制l0/h≤5。通过调整轴向力的作用位置，即偏心距e0,使试件的破坏状态为小偏心受压破坏。（2）试件的主要参数①试件尺寸截面尺寸：200×400mm2(两端);200×200mm2(中部);试件长度：1300mm；②混凝土强度等级：C25③纵向钢筋：8B18(两端)；4B18(中部)。④箍筋：8Φ8@50（两端）；4Φ8@100（中部）；⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度；25mm⑥试件的配筋情况（如下图所示）：⑦取偏心距e0=50mm姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第3页共22页（3）试件承载力估算按照《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，对于本次试验构件的极限承载力的预估值为：Ncu=kN2.1.2少筋梁（1）试件设计依据根据梁的正截面受压区相对高度ξ和界限受压区相对高度ξb的比值判断的出受弯梁的类型：当ξξb时为适筋梁或少筋梁，反之为超筋梁。受弯梁设计时采用的fy、Es分别为《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。由于是少筋梁，在设计配筋时还需要控制受拉钢筋的配筋率ρ，要求ρ不大于适筋构件的最小配筋率ρmin，其中:ξb=0.81+fyEs×0.0033;ρmin=0.45ftfy;（2）试件的主要参数试件尺寸（矩形截面）：；混凝土强度等级：C25；姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第4页共22页少筋梁纵向受拉钢筋的种类：HPB235；箍筋种类：HPB235；纵向受拉钢筋混凝土保护层厚度：15mm；试件配筋情况见图；表2.2.1少筋梁受弯配筋试件特征配筋情况预估载荷P(KN)少筋梁2φ42φ8φ6@757.5—7.52.2加载方法2.2.1小偏心受压柱采用单调分级加载机制。在正式加载前，为检查仪器仪表读书是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前一级。正式加载的分级情况为：在达到预计的受压破坏荷载的80%之前，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5-10分钟。实际的加载等级为：0-30kN-60kN-90kN-120kN-150kN-200kN-250kN-300kN-350kN-400kN-450kN-500kN-550kN……2.2.2少筋梁本次试验采用力控制加载，由同学手动按压千斤顶，以0.5kN为基本单位分级加载直到试件被压坏。2.3加载装置2.3.1受压柱姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第5页共22页柱偏心受压试验的加载装置如图所示。所用的设备包括，万能试验机、铰支座等。所作用在试件柱上荷载大小，用液压传感器测量，或直接从万能试验机的表盘上读得。如图:2.3.2少筋梁少筋梁受弯性能试验采用的加载装置如图所示，加载设备为千斤顶。采用单点集中力加载的加载方式，由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载，在跨中形成纯弯段，压力传感器测定荷载值。分配梁的滚动铰支座保证载荷竖直加载到梁上且梁不受水平向载荷作用。2.4测试内容和方法混凝土构件受到荷载作用时，会发生变形、会产生应力，这个荷载作用与变形、应力等有着对应的关系。随着荷载的不断增加，还会发生混凝土开裂、钢筋屈服等当加载达到姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第6页共22页承载力极限状态时，构件会发生破坏。通过观察和测试这些现象（反应），可以了解和掌握构件的受力状态和特点，受力机制和破坏形式。2.4.1小偏心受压柱小偏心受压柱的测试内容为：纵向压缩变形，横向弯曲变形，纵向受压钢筋应变，裂缝。1）纵向压缩变形用二个位移计测量柱上下两端的竖向位移，由上下位移的差值得到柱的纵向压缩变形。2）横向弯曲变形柱的横向弯曲变形与梁的横线挠曲相似，用三个位移计测量柱中间和上下两端的横向位移，由这些位移测量结果计算柱的横向弯曲变形。位移计的布置如下图所示：位移计下支座侧下侧中下侧中侧中上测上上支座通道2-32-42-52-62-72-82-93）纵向受压钢筋应变通过测量纵向压拉钢筋的应变，可以由此得到纵压受拉钢筋的应力。在柱中间的纵向受拉钢筋上，粘贴应变片，以测量中间截面处钢筋的应变。钢筋应变片布置如下图所示：姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第7页共22页应变片12345678通道2-112-122-132-142-152-162-172-184）裂缝裂缝（局部反应）的产生表示该部位的应变超过材料的极限应变、或者受拉应力超过材料的抗拉强度。裂缝的测试包括，裂缝的发生、位置和走向，测量裂缝宽度，记录裂缝发展过程。实验前，将柱外表面刷白，并绘制50mm×50mm的网格。实验时，借助放大镜用肉眼查找裂缝，用铅笔描出裂缝位置。受压区混凝土压碎后，立即对裂缝的发展情况进行详细观察，用裂缝观测仪、读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载作用下的裂缝宽度、长度，并绘制四个面的裂缝开展图。2.4.1受弯破坏梁少筋梁受弯的测试内容为：跨中挠度，纵向受拉钢筋应变，混凝土裂缝。加载方式分三分点加载和跨中单点加载两组，比较两组实验梁的开裂、极限荷载和破坏形态等有何不同。1）跨中挠度梁的跨中挠度是试件的整体反应。荷载与挠度的关系（曲线）可以反应试件的受力状姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第8页共22页态和特点，挠度值的大小可以代表某个状态的指标，如屈服、破坏等。本次实验，用下图所示三个位移计测量跨中和两个支座的位移，由这些位移测量结果计算挠度。位移计4-214-224-23通道2_62_72_82）纵向受拉钢筋应变通过测量纵向受拉钢筋的应变（局部反应），可以由此得到纵向受拉钢筋的应力，了解该钢筋是否达到屈服等。本次实验，在纵向受拉钢筋的跨中位置，粘贴应变片，以测量跨中截面处钢筋的应变，如下图所示：姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第9页共22页应变片123456通道3_13_23_33_43_53_63）裂缝实验前，将梁外表面刷白，并绘制50mm×50mm的网格。实验时，借助放大镜用肉眼查找裂缝，用铅笔描出裂缝位置。构件开裂后立即对裂缝的发展情况进行详细观察，用裂缝观测仪、读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载作用下的裂缝宽度、长度，并绘制裂缝开展图。对应于正常使用极限状态的最大裂缝宽度，可在梁侧面相应于纵向受拉钢筋中心的高度处测量。3．准备工作试件材料力学性能试验结果：钢筋力学性能试验结果钢筋规格φ4φ6φ8φ18钢筋面积(mm2)12.5728.2750.27254.47屈服强度（MPa）270.56507.53483.43374.11极限抗拉强度（MPa）322.29626.01593.85548.59伸长率(%)3224.53031混凝土试块强度试验结果序号试块尺寸荷载(kN)强度（MPa）1150*150*15054324.1253523.8355824.8平均值（MPa）24.2姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第10页共22页4．试验过程4.1少筋梁受弯实验试验时间：11月28日(第十二周周三)15:30~17:20试验过程描述：1.试件在加载前存在少许初始裂缝。2.随着加载的开始,试件上新裂缝逐渐增加,原始裂缝长度增加,裂缝宽度增大,且试件中部裂缝集中,裂缝数目向两端逐渐减少3.随着荷载的进一步增大，试件中裂缝宽度超过破坏规定值，可认为试件破坏。4.最终中部裂缝贯通，试件表面破裂明显，有混凝土小碎块剥落。4.2小偏心受压柱实验试验时间：12月5日（第十三周周三）15:30~17:20试验过程描述：1.试件在加载前的原始裂缝较少。2.随着加载的开始，试件上受拉区产生纵向裂缝，裂缝有延伸，宽度有增加。但总体来说裂缝的数量比较少，宽度较小。3.荷载继续增大到某一值时，受压区出现第一条横向裂缝，随后裂缝宽度快速扩大并伴随有混凝土碎块的剥落。裂缝迅速向两侧以及事件两端延伸，受拉区混凝土被拉裂。最终四面的裂缝贯通成一条大裂缝，试件表面破坏明显，试件破坏。姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第11页共22页姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第12页共22页5．试验结果5.1钢筋的应力应变曲线：根据材料性能试验可以做出以下钢筋应力应变的关系曲线：5.2实验数据处理5.2.1少筋梁1）数据处理要求如下：荷载通道的读数转换为荷载（kN）：荷载电脑读数为应变数，每10kN荷载对应127με。应变计读数转换为钢筋应力：根据前面绘制的钢筋的应力应变曲线将钢筋的应变转化为钢筋的应力。位移计读数转换为位移：位移电脑读数为应变数，支座位移，每1mm位移对应300με，跨中位移，每1mm位移对应100με，均以位移向下为正。由跨中的位移计的位移得到梁的跨中挠度，由横向位移得到柱的中间挠曲。2）数据表示：少筋梁实验荷载与挠度荷载/kn位移/mm跨中挠度/mm荷载/kn位移/mm跨中挠度/mm左支座跨中右支座左支座跨中右支座2-92-62-72-82-102-92-62-72-82-100.00000.000.000.000.005.11810.007.620.167.541.02360.000.130.000.135.11810.007.720.177.641.57480.000.230.020.225.11810.008.100.178.021.96850.000.320.050.305.11810.008.110.178.032.51970.000.430.050.415.27560.008.410.178.333.07090.000.570.110.525.19690.008.570.178.493.46460.000.690.110.635.19690.008.590.178.50姓名：学号：混凝土结构基本原理实验报告第13页共22页4.01570.001.870.121.815.19690.008.590.178.503.93700.002.020.141.955.27560.008.640.178.553.93700.002.010.141.945.27560.009.070.188.983.93700.002.010.141.945.43310.009.490.189.403.93700.002.020.141.955.43310.009.530.189.444.09450.002.070.142.005.43310.009.570.189.484.17320.002.130.142.065.43310.009.640.189.554.25200.002.180.142.115.35430.009.720.189.634.33070.002.220.142.155.51180.009.820.189.734.40940.002.350.142.285.51180.0010.460.1910.364.40940.002.480.142.415.51180.0110.520.1910.424.40940.002.580.142.515.51180.0111.140.1911.044.40940.0