同济大学短柱小偏心受压试验报告

－1－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊《混凝土结构基本原理》试验课程作业COLLEGEOFCIVILENGINEERING短柱小偏心受压试验报告试验名称××××××××××××××××××试验课教师××××××××××××××××××姓名××××××××××××××××××学号××××××××××××××××××手机号××××××××××××××××××理论课教师××××××××××××××××××日期2012年11月11日《混凝土结构基本原理》试验课程作业－1－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING1.试验目的（1）参加并完成规定的实验项目内容，理解和掌握短柱小偏压实验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；（2）写出实验报告。在此过程中，加深对混凝土配筋短柱小偏压性能的理解。2.试件设计2.1材料选取混凝土强度等级：C20钢筋屈服强度：380MPa2.2试件设计（1）试件设计的依据为减小“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制0/5lh。通过调整轴向力的作用位置，即偏心距0e，使试件的破坏状态为大偏心或小偏心破坏。（2）试件的主要参数见下表：表1小偏心受压柱试件主要参数试件尺寸（矩形截面）b×h×l＝150×150×650mm混凝土强度等级C24纵向钢筋（对称配筋）414箍筋6@100(2)纵向钢筋混凝土保护层厚度15mm配筋图图1偏心距e030mm《混凝土结构基本原理》试验课程作业－2－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING15030015075755050400650300300221136@5036@1004φ1436@501503001501506φ14/6@504φ14/6@1001501501-12-2图1小偏心受压柱配筋图（3）试件加载估算采用《混凝土结构基本原理（第二版）》（顾祥林主编）介绍的偏心受压构件的承载力方法计算如下：0s0.5eehac1c0ysssNfbhfAA2c1c0ys0s(10.5)()NefbhfAhasyb0.80.8f代入试验测量数据有：=0.827，366.23cNkN2.3试件制作1、检查试模尺寸及角度，在试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。2、取样拌制的混凝土，至少用铁锨再来回拌合三次至均匀；3、现场平板振动现浇混凝土，将拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。刮除试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀抹平；4、将试件小心平稳移入温度20℃、±0.5℃的房间进行标准养护；5、28天后，将试件小心脱模，待用，完成试件制作。3.材性试验通过钢筋的静力拉伸试验来获得钢筋的屈服强度，通过标准混凝土试块的抗压试验来获得混凝土的强度，具体数据如下表：《混凝土结构基本原理》试验课程作业－3－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING表2混凝土强度实测结果试件尺寸100mm×100mm×300mm试件轴心抗压强度/MPa平均轴心抗压强度/MPa评定轴心抗压强度/MPa推定立方体抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定轴心抗拉强度/GPa19.219.318.324.11.9728.3719.818.8表3钢筋强度实测结果公称直径/mm屈服荷载/kN极限荷载/kN屈服强度平均值/MPa极限强度平均值/MPa试件平均试件平均14带肋59.5559.4588.8289.363865814.试验过程4.1加载装置本试验加载装置实物图如图2所示。e0Pe0P图2试件小偏心受压试验加载装置主要包括以下部分：1、自平衡加载反力架。包括：底部主梁、加载框架、具有分别固定在底部主梁相应位置上的加载立柱以及两端分别与加载立柱固定相连的加载横梁、支座框架等。作为加载主体，实现内力自平衡，便捷实用；2、千斤顶。作为试验的加载装置，通过一端固定于反力架，对试件施加可调控荷载；《混凝土结构基本原理》试验课程作业－4－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING3、液压传感器。使用时并接在油泵与加载器（千斤顶）组成的油路中，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、……4.2加载制度本试验中采用力控制的加载控制方式，采用单调分级加载制度。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10kN。正式加载的分级情况为：0→50kN→100kN→150kN→200kN→250kN→300kN→350kN→400kN→450kN→500kN→……在加载过程中，控制每次加载持续时间间隔15分钟左右，来保证试件受力平衡，裂缝的充分发展。当达到预计的受压破坏荷载的80％以后，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。4.3量测与观测内容（1）混凝土平均应变由布置在柱内部纵筋表面和柱表面混凝土上的应变计量测，混凝土应变测点布置见图3。（2）纵筋应变由布置在柱内部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置见图4。（3）侧向挠度柱长度范围内布置3个位移计以测量柱侧向挠度，侧向挠度测点布置见图5。300250250150650应变片共计8片331501503-3应变片共计8片300250250150650应变片共计8片331501503-3应变片共计8片图3小偏心受压柱试验混凝土应变测点布置图4小偏心受压柱试验纵向钢筋应变测点布置46_246_146_346_447_4(3)47_1(2)47_8(7)47_5(6)《混凝土结构基本原理》试验课程作业－5－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING图5小偏心受压柱试验侧向挠度测点布置4.4裂缝发展及破坏形态在加载初期至荷载值达到200kN，试件整体完好，未出现可观察的裂缝情况。随着轴向荷载的进一步增大，在试件的中部开始出现微细横向裂缝，逐渐横向裂缝缝隙不断增大，贯通全截面。试件内侧中部的混凝土保护层开始脱落，并且越来越严重，试件整体发生上下两部分试件的相对转角，内侧暴露出内部纵筋和箍筋。最终，试件内侧混凝土大面积剥落，纵筋被压屈服，试件达到极限承载力状态，无法承受进一步加大的荷载值，试件破坏。此时试件外侧中部混凝土开裂，但缝隙较小，该区纵筋未屈服，试件呈现小偏压的破坏特征。图6试件斜裂缝以及侧面裂缝5.试验数据处理与分析在总体试验数据中，先剔除其中的异常数据记录，再在每一级的荷载水平下选取2—3条试验数据记录，整理成下表原始数据汇集表：46_646_846_7《混凝土结构基本原理》试验课程作业－6－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING各测量量与外加荷载值的关系曲线图如下：图7中点侧向水平挠度—荷载图试件中点侧向水平挠度=46_7水平位移－（46_6水平位移+46_8水平位移）/2。在中点的挠度值中扣除试件整体的平动位移值，得到试件中点的真正水平挠度值，使试验结果精确。从上图可以看出：随着外加轴向荷载的不断增加，试件中点的水平挠度整体不断增加，在荷载值约为500kN时，达到最大挠度值，此时，轴压试件达到极限承载的状态，随后试件破坏，位移计从试件上脱落。图8试件侧向位移—荷载图46_1位移计受拉（规定位移计受拉读数为正值），46_2、46_3、46_4位移计受压，同时，三个位移计所受压力作用依次增大，46_4位移计处的混凝土压应变最大，压应力也最大。以上现象说明了：该试件截面中心轴位于46_1、46_2位移计之间，截面受压区高度大，可以进一步推断出b，验证了该试件属于小偏心受轴压作用。从图中可知，试件的极限承载力约为460kN。《混凝土结构基本原理》试验课程作业－7－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING图9试件纵筋（受压区）应变—荷载图图10试件纵筋（受拉区）应变—荷载图图9、图10中的四条曲线分别反映了试件受压区、受拉区纵筋的应变情况。在图9中，47_1、47_2位移计和47_3、47_4位移计曲线较为完美的重合，说明试验正常。在荷载值达到450kN左右，各位移计的位移读数发生突变，说明此时达到试件的极限承载状态。在试件破坏前，各个应变片的应变值与外加荷载呈线性关系，相比于受拉区的纵筋，在N250kN时，各应变片的应变值几乎为零，这就充分说明了该试件属于小偏心情况：受压区混凝土充分受压至被压坏，同时受拉区混凝土的拉应变很小，纵筋为能屈服。此外，在图10中，47_3、47_4位移计重合度较差，同时47_3（4）位移计和47_7（8）位移计的应变值相差较大，说明试件47_3（4）区域存在材性缺陷或该处应变片存在问题等。6结论通过实验前对试件的设计分析、实验中仔细观察出现的现象并适当记录，实验后细心分析试件在各个加载阶段表现（现象）的原因，基本理解和掌握短柱小偏压实验的实验方法，加深对混凝土配筋短柱小偏压性能的理解。通过对混凝土试件实测数据，得出本试件的实际承载力450cNkN，相比于理论值《混凝土结构基本原理》试验课程作业－8－┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊COLLEGEOFCIVILENGINEERING366.23cNkN偏大22.9％，分析原因如下：①理论计算模型本身估算承载力是相对偏于保守和安全的，考虑到安全系数；②实验材料性质具有不确定性，可能导致实际承载力偏高；③试件几何性质具有不确定性；④试件的截面尺寸可能偏小，导致尺寸效应明显，承载力提高。本实验是成功的，在试件加载过程中，短柱试件由于压区混凝土破坏、压区纵筋屈服失去承载力而整体破坏。直至试件破坏，受拉区的纵筋未能屈服，受拉区混凝土发生横向开裂，但裂缝宽度不大。小偏压短柱的破坏时脆性的，破坏前没有预兆，这在工程中是很不利的。