同济大学混凝土试验梁剪压破坏实验报告.

《混凝土结构基本原理》试验课程作业COLLEGEOFCIVILENGINEERING梁受剪试验（剪压破坏）试验报告试验名称梁受剪试验（剪压破坏）试验课教师林峰姓名学号手机号任课教师日期2014年11月25日1.试验目的通过试验学习认识混凝土梁的受剪性能（剪压破坏），掌握混凝土梁的受剪性能试验的测试方法，巩固课堂知识，加深对于斜截面破坏的理解。2.试件设计2.1材料和试件尺寸试件尺寸（矩形截面）：b×h×l＝120×200×1800mm；混凝土强度等级：C20；纵向受拉钢筋的种类：HRB335；箍筋的种类：HPB235；2.2试件设计（1）试件设计依据根据剪跨比l和弯剪区箍筋配筋量的调整，可将试件设计为剪压、斜压和斜拉破坏，剪压破坏的l满足1≤l≤3。进行试件设计时，应保证梁受弯极限荷载的预估值比剪极限荷载预估值大。（2）试件参数如表1表1试件参数试件尺寸（矩形截面）120×200×1800mm下部纵筋②218上部纵筋③210箍筋①6@150(2)纵向钢筋混凝土保护层厚度15mm配筋图见图1加载位置距离支座400mm123图1试件配筋图（3）试件加载估算①受弯极限荷载)(/0212ssyusssyyssahAfMAAAffAAMuuP2.0MuMP=105.25kN②受剪极限承载力svutk0yk01.751AVfbhfhsl=++uQu2PV=其中，当1.5l时，取1.5l=，当3l时，取3l=。uQP=65.98kN可以发现uQPuMP，所以试件会先发生受剪破坏。具体计算过程见附录一。2.3试件的制作根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002规定，成型前，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。取样或拌制好的混凝土拌合物，至少用铁锨再来回拌合三次。将混凝土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。采用标准养护的试件，应在温度为20±5℃的环境中静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模。拆模后应立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护，或在温度为20±2℃的不流动的氢氧化钙饱和溶液中养护。标准养护龄期为28d（从搅拌加水开始计时）。3.材性试验3.1混凝土材性试验凝土强度实测结果试块留设时间：2014年9月25日试块试验时间：2014年12月8日试块养护条件：与试件同条件养护12011101)5.01(uuucusycMMMbhfMAfbhf试件尺寸150mm×150mm×150mm实测立方体抗压强度/MPa平均立方体抗压强度/MPa推定轴心抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定弹性模量/GPa23.422.517.11.8926.7522.022.2注：轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010推定。3.2钢筋材性试验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6光圆11.611.316.015.740055611.215.611.215.610带肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9318带肋1541451621645706451521641281653.试验过程3.1加载装置图2为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，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。试验取L=1800mm，a=100mm，b=400mm，c=800mm。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梁受弯试验装置图3.2加载制度单调分级加载机制：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1级。正式分级加载/kN：0→5→10→15→20→25→30→40→50→60→70→破坏，在加载到70kN时，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。但是本实验为了更加直观的观测混凝土的应变，而且由于先发生剪压破坏，所以可以不用拆掉仪表。3.3量测与观测内容3.3.1荷载荷载由压力传感器直接测定，选取数据如表2，极限荷载为139.392kN。表2荷载取值表时间荷载(kN)时间荷载（kN）2014/11/2513:4902014/11/2514:5290.7822014/11/2513:595.1992014/11/2514:5297.4672014/11/2514:069.3262014/11/2514:52100.0252014/11/2514:1214.5252014/11/2514:52105.392014/11/2514:1419.5592014/11/2514:52110.4242014/11/2514:2225.8322014/11/2514:52115.3762014/11/2514:3730.2882014/11/2514:52119.2552014/11/2514:4040.2742014/11/2514:52125.282014/11/2514:4249.3532014/11/2514:53131.0572014/11/2514:4658.8442014/11/2514:53135.1832014/11/2514:5068.6652014/11/2514:53137.4942014/11/2514:5275.1842014/11/2514:53138.3192014/11/2514:5280.1362014/11/2514:53139.3922014/11/2514:5285.9963.3.2钢筋应变（1）纵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3。图3纵筋应变片布置由于试验前准备不充分，不能够分清应变片，只能通过平均应变来观测钢筋在实验中的变化情况。（2）箍筋应变箍筋的钢筋应变片布置见图4,应变片与通道对应关系如表3。图4箍筋应变片布置表3箍筋应变片测点编号78910111243-843-943-1029-1（坏）19-229-33.3.3混凝土应变混凝土应变由布置混凝土表面上的4个位移计量测，位移计间距40mm，标距为150mm，混凝土应变测点布置如图5，位移计与通道对应关系见表4。图5混凝土应变计布置表4混凝土应变计测点编号123446-946-246-346-43.3.4挠度挠度由梁跨度范围内布置3个位移计量测。短期跨中挠度实测值可以按照公式0g765M21bbfMffff直接得出。侧向扰度测点布置见图6，位移计对应通道见表5。图6挠度测点布置表5挠度位移计测点编号56746-846-646-73.3.5裂缝实验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm的网格。试验时借助手电筒用肉眼查找裂缝并且用铅笔标记出裂缝的位置、标号。之后对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜测量各级荷载作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并用相机拍摄后手动绘制裂缝展开图。3.4裂缝发展及破坏形态（1）实验前构件初始状态经过观察构件初始状态良好，肉眼观测没有初始裂缝。（2）各级荷载作用下构件裂缝发展情况（0→20kN）当荷载较小时，很难用肉眼观测到裂缝。（20kN→70kN）梁的下表面首先出现垂直裂缝，数量较少而且裂缝很短、宽度也比较小。随着荷载的增加，裂缝的条数在逐渐增加而且不断的向受压区发展，并且梁的支座附近出现多条斜裂缝。（70kN→130kN）两个支座附近的斜裂缝继续向受力点延伸，宽度不断加大，条数增多，在接近130kN时一侧形成一条宽度长度最大的临界裂缝贯通整个梁，剪压区被压碎，继续加荷载但是压力传感器数值不增反降，此时混凝土梁已经破坏。（3）破坏情况如图7，裂缝展开图见附录三。正面背面图7构件破坏情况图4.试验数据处理与分析原始数据整理见附录二，实验数据处理如下：4.1荷载-挠度关系图8荷载-挠度曲线图4.2荷载-曲率关系图9荷载-曲率曲线图猜测是由于位移计在安装时带有一定的位移量造成曲率的初始值为负值，分析时可以不考虑0kN和5kN时的情况。4.3荷载-纵筋平均应变关系图10荷载-纵筋平均应变曲线图4.4荷载-箍筋应变关系图11荷载-箍筋应变曲线图从图中可以看出，在荷载较小的时候斜裂缝还没有发展，箍筋基本没有应变，但是随着斜裂缝的发展，斜裂缝穿过的箍筋应变迅速增大，也就意味着其所受应力在加大，限制斜裂缝的发展。但是同时，位于斜裂缝端点的箍筋却几乎不怎么受力。4.5承载力分析正截面承载力计算：kNMPmkNMMmkNbhfMAbhffmmxhAfbxfEfmkNahAfMmmAAAmmffAAmmammammAmmAmmdchhuuMuuucuscbybsycsybssyusssyyssssss6.1862.0/32.378.1252.24M52.24)48.05.01(48.01811201.171)5.01(48.0,8.08.059.102mm83.7743.01020033.057018.00033.018.08.12)20181(157506)(31.36937.13968.50837.139570506157/202/1015,242/1815157514.3268.508914.3218121815205211220111s01s011502212222220按照超筋计算斜截面承载力计算：kNPVPhsAfbhfVmmAuQuuQsvytusv54.982kN27.4918115052.5640018112089.1127.275.1175.152.56314.32327.21764005.10022实测极限抗剪承载力为139.392kN,比理论值高出40%左右，推测造成差距的原因为：（1）无论是计算抗弯承载力还是抗剪承载力的计算模式都偏于安全的，而且在接近70kN的时候裂缝已经变得很明显，此时的梁可能考虑到已经不能满足使用要求了。（2）混凝土材料的性质不稳定，养护时间超过28天都可能造成混凝土的强度变大，致使其承载能力提高。（3）由于现场没有实际测量构件的尺寸，可能在试件的制作过程中试件的尺寸大于原来设计的尺寸，使其承载能力提高。5结论本次试验向我们展示了适筋梁剪压破坏的全过程，从破坏形态上来看这次试验时比较成功的。我们了解到了剪压破坏的特点。剪压破坏的斜裂缝会不断向集中荷载作用点延伸，且宽度不断增大，形成一条宽度和长度最大的临界裂缝指向荷载作用点，最终剪压区混凝土被压碎，梁发生斜截面破坏。同时通过对箍筋的观察，可以看到箍筋只有在斜裂缝产生的时候才能发挥作用，限制斜裂缝的继续发展。而且只有斜裂缝穿过的箍筋才能发挥限制作用，这对我关于斜截面计算截面的选取有了更加深刻的理解。附录一试件设计承载力估算kNMPmkNMMMmkNmmhmmxmmaxhbxfMAfbxfEfmkNahfAMmmAAAmmffAAmmammammAmmAmmdchhuuMuuuubscusycsybsysusssyyssssss25.1052.0/05.2135.77.137.13)58.915.0176(58.911206.91M8.9658.91402)5.0(55.01020033.030018.00033.018.035.7)20176(157300)(68.35115768.508157300300157/202/1015,242/1815157514.3268.5