简支梁斜截面破坏实验

兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏钢筋混凝土简支梁静力加载试验报告破坏类型：斜截面剪压破坏组数：第五组试验人员：指导教师：时间：2013年3月学号：兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏1试验目的和任务①通过学生自己设计受弯构件正截面中少筋梁，适筋梁和超筋梁构件，斜截面中斜拉破坏，剪压破坏和斜压破坏构件，并在试验中能够验证这几种破坏形态；②通过构件设计使学生能够掌握钢筋混凝土基本构件的设计计算方法；③通过构件设计，让学生能够练习绘制钢筋混凝土构件的施工图；④让学生了解钢筋混凝土简支梁的安装就位技术；⑤掌握钢筋混凝土简支梁正截面（斜截面）承载能力的评价技术；⑥掌握受弯构件正截面和斜截面的破坏形态和工作性能；⑦掌握结构试验报告编写方法。2试验设计参照《钢筋混凝土简支梁静力加载试验大纲》（第五组斜截面剪压梁破坏）。2.1实验设计要求确定实验方案，写出实验大纲。计划内容要求详尽、科学、合理，能够在所提供的实验仪器及场地下完成实验。①试验项目的内容和目的；②试件方案设计（形状、尺寸以及局部处理）；③荷载方案的设计（加载图示和程序，加载装置以及边界条件的处理方法，标准荷载计算，加载分级）；④观测方案设计（测试项目为最大弯矩截面挠度和应变，钢筋应变，以及裂缝，绘制测点布置图以及测点编号，仪器选择及标定，设计原始记录表）。2.2构件设计梁长1.5米，横截面100mm×200mm，混凝土等级C20，梁纵筋为二级Q335钢筋，直径16mm两根，架立筋直径8mm两根，箍筋ф6@150mm。2.3荷载装置与加载程序构件配筋图：见图1；加载图式：见图2；加载装置：见图3；兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏试件千斤顶荷载架分配梁两点对称加载试验装置加载程序（荷载谱）：见图4；15030060030015015001211212Φ82Φ82Φ162Φ16Φ6@200Φ6@1501-12-2图1构件配筋图PP150300600300150图2加载图示兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏图3加载装置荷载值时间至破坏荷载图4加载程序（荷载谱）2.4观测点布置与编号钢筋应变片粘贴布置图及编号：见图5；混凝土应变片粘贴布置图及编号：见图6；位移传感器布置图及编号：见图7123456789101112图5钢筋应变片布置及编号图兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏ABCDEF图6混凝土应变片布置及编号15015037537575075015432图7位移计布置图兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏3试验准备3.1构件制作与养护于2012年12月在学院实验车间浇筑养护成型。按照《钢筋混凝土简支梁静力加载试验大纲（少筋破坏）》进行钢筋绑扎、钢筋应变片布置及粘贴，以及混凝土浇筑和养护。并预留混凝土强度及材性常数的测定的标准试件。兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏3.2辅助试验混凝土强度取C20计算。实验使用组件表表1组件名称质量数量编号支座圆棒滚轴2.5Kg2a滚轴槽9.0Kg2b千斤顶11.5Kg2c传感器1.5Kg1d分配梁20Kg1e本组试验设计到的加载组件有：a圆棒滚轴、b滚轴槽、c千斤顶、d传感器、e分配梁，总质量为67.5Kg，总重量为0.662kN。混凝土梁尺寸1500×100×200mm，自重取25kN/m3，计算得梁自重为0.75kN，折算为线荷载则q＝0.5kN/m，在荷载计算时第一级荷载应取自重与加载组件的总和。3.3仪器准备与标定（荷载传感器标定位移传感器标定）本组选用荷载（或力）传感器量程为20t，该传感器为应变电测式传感器，即将力通过弹性元件转化为应变电阻输出，结合静态应变议进行测试，输出量为应变，使用时应标定力与应变对应曲线，以便准确测试。荷载传感器标定表表2兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏力值应变值力值应变值力值应变值0060116212023281019670135613025302039180154514027283059290173915029334077210019421603120509651102145位移传感器标定：其中3号和5号的灵敏度系数为400，即400微应变对应1个毫米；1号、2号和4号的灵敏度系数为200，即200微应变对应1个毫米。3.4构件就位画线、支座定位、千斤顶定位（实际尺寸）3.5混凝土应变片粘贴应变片粘贴位置、编号、与静态应变仪器通道对应情况绘制测点布置图并编号、绘制与静态应变仪器通道对应表表3通道号测点号通道号测点号通道号测点号通道号测点号通道号测点号1×13×25×37G0849×2×14×26×38G0950×3×15×27×39G1151V4×16×28×40G1252V5×17×29×41HA53V6×18×30×42HB54V7×19×31G0143HC55V8×20×32G0244HD56×9×21×33G0345HE57×10×22×34G0446HF58×11×23×35G0547×59×12×24×36GO648×60×注：H指混凝土，G指钢筋，V指位移计，×指未布置测点。3.6挠度测点布置挠度测点布置图：见图7，位移计的布置。4试验实施4.1原始记录及异常情况处理兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏①测点编号变更:实验中无测点变更情况；②测点损坏情况：钢筋上的测点7号和11号损坏；③断电情况：整个实验过程中无断电情况；④位移计晃动:5号位移计在加载过程中出现了轻微的晃动；⑤意外情况发生：由于实验加载装置在加载前准备不够全面，所以在正式加载到达第三级时出现了无法继续加载的情况，之后在实验老师的指导及处理下解决了问题。4.2裂缝描绘确定第一批裂缝所对应的位置、荷载、时间，绘制裂缝展开图裂缝发展图：见图8裂缝展开图：见图9PPPP图8裂缝发展图兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏图9裂缝展开图5试验分析与结果5.1开裂荷载、承载能力确定开裂弯矩crM极限弯矩为uM①自重作用下的弯矩计算：混凝土梁尺寸1500×100×200mm，自重取25kN/m3，计算得梁自重为0.75kN，折算为线荷载则q＝0.5kN/m，在荷载计算时第一级荷载应取自重与加载组件的总和。计算q、P1和P2作用下各个观测截面在各级荷载作用下的弯矩值。兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏q=0.5kN/m32001501200200图10自重作用梁计算简图1500150300P1=0.331kN150300600P1=0.331kN图11附加荷载计算简图②开裂荷载的确定=0.76兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏开裂弯矩:③极限荷载的确定取b=100mm，h0=175mm由斜截面抗剪计算公式：其中：λ=④梁自重与组件自重引起的弯矩作为第一级荷载，所产生的响应（内力、应力应变、挠度）线性反算给结构上。预加载阶段钢筋应变与荷载关系表表4应变值G02G05G05G11G123.59KN23-170-3-17.18KN61-25-10-1预加载阶段混凝土应变与荷载关系表表5应变值HAHBHCHDHEHF3.59KN267-2651010-117.18KN3816-14992318-12预加载阶段混凝土梁截面挠度与荷载关系表表6挠度值（mm）V1V2V3V4V53.59KN-31-648-16687兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏7.18KN-41-76115671275.2各截面应力应变分析正式加载阶段钢筋应力应变与荷载关系表表7应力应变值G02G05G06G11G12应变应力(Mpa)应变应力(Mpa)应变应力(Mpa)应变应力(Mpa)应变应力(Mpa)13.49KN44190.846122.47229660.97615932.754581119.68626.98KN45293.112-5-1.0332466.9514229.252673138.63840.47KN522107.532183.70840282.81217836.668990203.9453.96KN631129.9866613.596525108.1539380.9581314270.68467.45KN745153.47016133.166645132.87185141.111635336.81正式加载阶段混凝土应变与荷载关系表表8应变值HAHBHCHDHEHF13.49KN3191507/-97391-3226.98KN3251784-12867-116448-4340.47KN2393172-11678-176589-1753.96KN778/-7348-3801091-5267.45KN///-6172451-109注:表中“/”表示数据溢出。正式加载阶段混凝土梁截面挠度与荷载关系表表9挠度值（mm）位移计1位移计2位移计3位移计4位移计513.49KN-0.435-0.210.5954.5550.24526.98KN-0.225-0.2550.637.6550.6640.47KN-2.8-0.280.6686.425-0.83853.96KN-2.785-0.3751.1852.2750.36567.45KN-1.84-0.471.8932.951.818兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏分析：随着荷载的增加混凝土的应变逐渐增大，测点E处的应变值也增大，但当荷载达到13.49KN时，混凝土应变随荷载的变化较为显著。可以得出当荷载达到开裂荷载以后混凝土形变十分迅速，这也是混凝土退出工作，全部应力由钢筋承担的主要体现。分析：随荷载的逐渐增大，混凝土的应变也增大，当荷载值达到53.96KN时，混凝土应变变化迅速。由此可见，该测点处混凝土较测点E处的混凝土裂缝出现的晚，这也可以说明主裂缝一般是最先出现并且迅速发展的。兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏绘制钢筋应变（应力）变化曲线分析：由图可以明显看出，当荷载加到13.49KN时，钢筋应力明显增加，由此可以说明开裂荷载为Pcr=13.49KN。当荷载达到开裂荷载后，混凝土全部退出工作，全部荷载由钢筋承担，所以钢筋的应变会迅速增加，出现了图中钢筋应变急剧增长的现象。5.3挠度曲线及发展过程最大挠度随各级荷载增长的关系曲线各级荷载下挠曲线回归方程（自重及组件自重下的挠度按测试结果线性反算累加在测试值上）兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏上图所示为跨中挠度随荷载变化的曲线。兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏分析：由可明显看出1#和2#位移计所在梁的两端有下沉，其中1#位移计所在的这端下沉比较明显，跨中的挠度最大，并且挠度最大时达到了12mm。5.4裂缝描绘与发展过程①裂缝发展图与展开图绘制兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏PPPP图12图13兰州理工大学土木学院创新课程第五组斜截面剪压破坏实验裂缝发展照片②总结各类破坏形态梁的裂缝特点我组做的是斜截面剪压的实验，其裂缝发展的主要特征是：在荷载作用下，首先在剪跨区出现数条短的晚剪斜裂缝，但是两端剪跨区裂缝出现的时间及裂缝的宽度是有很大区别的。主要表现在梁南端剪跨区裂缝出现较早，并且裂缝宽度较另一侧宽。究其原因主要有以下两点：原因一，由于混凝土在浇筑过程中两端的密实度有所差异；原因二，由于加载装置安装不够精确，两点加载的装置使得分配在梁两加载点的荷载大小不同。随着荷载的增加，出现了一条延伸最长，开展最宽的裂缝，称其为主裂缝。逐渐的主裂缝开始贯通，随着其它裂缝也逐渐开展。梁的下边缘也出现许多短而细的裂缝，这些裂缝的长度和宽度大致基本相同，且裂缝分布很规律，裂缝间的宽度基本接近。5.5钢筋混凝土简支梁破坏类型判别钢筋屈服，剪压区混凝土被压碎，为钢筋混凝土梁斜截面的剪压破坏。6理论与实测分析比较6.1开裂荷载比较通过计算得开裂荷载：实测的开裂荷载：3.49KN通过比较可得：通过理论计算得到的开裂荷载与实验实际测得的开裂荷载较为相