混凝土基本理论试验指导书.docx

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混凝土基本理论试验指导书

《工程结构设计原理》实验指导书

南京航空航天大学土木工程系

2004.9

试验一、钢筋混凝土受弯构件正截面破坏试验

一、试验目的

　1．了解受弯构件正截面的承载力大小、挠度变化及裂缝出现和发展过程；

　2．观察了解受弯构件受力和变形过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征；

　3．测定受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证正截面承载力计算方法。

二、试件、试验仪器设备

　1．试件特征

（1）根据试验要求，试验梁的混凝土强度等级为C20，纵向受力钢筋强度等级Ｉ级。

（2）试件尺寸及配筋如图1-1所示，纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为15mm。

图1-1试件尺寸及配筋图

（3）梁的中间500mm区段内无腹筋，其余区域配有6@60的箍筋，以保证不发生斜截面破坏。

　　（4）梁的受压区配有两根架立筋，通过箍筋与受力筋绑扎在一起，形成骨架，保证受力钢筋处在正确的位置。

　2．试验仪器设备

（1）静力试验台座、反力架、支座及支墩

（2）20T手动式液压千斤顶

（3）20T荷重传感器

（4）YD-21型动态电阻应变仪

（5）X-Y函数记录仪

（6）YJ-26型静态电阻应变仪及平衡箱

（7）读数显微镜及放大镜

　　（8）位移计（百分表）及磁性表座

　　（9）电阻应变片、导线等

三、试验装置及测点布置

　1．试验装置见图1-2

图1-2正截面试验装置图

（1）在加荷架中，用千斤顶通过传力梁进行两点对称加载，使简支梁跨中形成长500mm的纯弯曲段（忽略梁的自重）。

（2）构件两端支座构造应保证试件端部转动及其中一端水平位移不受约束，基本符合铰支承的要求。

　2．测点布置

（1）在纵向受力钢筋中部予埋电阻应变片，用导线引出，并做好防水处理，设

、

为跨中受拉主筋应变测点。

（2）纯弯区段内选一控制截面，在该截面处梁的受压区边缘布一应变测点

，侧面沿截面高度布置四个应变测点

~

，用来测量控制截面的应变分布。

　　（3）梁的跨中及两个对称加载点各布置一位移计f3～f5，量测量梁的整体变形，考虑在加载的过程中，两个支座受力下沉，支座上部分别布置位移测点f1和f2，以消除由于支座下沉对挠度测试结果的影响。

四．试验步骤

　1．加载方法

（1）采用分级加载，开裂前每级加载量取5%～10%的破坏荷载，开裂后每级加载量增为15%的破坏荷载。

（2）试验准备就绪后，首先预加一级荷载，观察所有仪器是否工作正常。

　　（3）每次加载后持荷时间为不少于10分钟，使试件变形趋于稳定后，再仔细测读仪表读数，待校核无误，方可进行下一级加荷。

加荷时间间隔控制为15分钟，直至加到破坏为止。

　2．测试内容

（1）试件就位后，按照试验装置要求安装好所有仪器仪表，正式试验之前，应变仪各测点依次调平衡，并记录位移计初值，然后进行正式加载。

（2）测定每级荷载下纯弯区段控制截面混凝土和受拉主筋的应变值

和

，以及混凝土开裂时的极限拉应变

与破坏时的极限压应变

，将应变读数分别记录入表1-1。

（3）测定每级荷载下试验梁的支座下沉挠度、跨中挠度及对称加载点的挠度，并记录表1-2。

　　（4）用放大镜仔细观察裂缝的出现部位，并在裂缝旁边用铅笔绘出裂缝的延伸高度，在顶端划一水平线注明相应的荷载级别。

用读数显微镜测试１～３条受拉主筋处的裂缝宽度，取其中最大值。

试件破坏后，绘出裂缝分布图。

（5）测定简支梁开裂荷载、正截面极限承载力，详细记录试件的破坏特征。

（6）用X-Y函数记录仪绘出试验梁p-f变形曲线。

试验二、钢筋混凝土受弯构件斜截面破坏试验

一、试验目的

　1．了解无腹筋受弯构件裂缝的出现及发展过程；

　2．观察斜截面“剪压破坏”和“斜压破坏”的破坏过程及破坏特征；

　3．观察了解控制截面主应力的分布状态；

　4．测定斜截面极限承载力，验证无腹筋受弯构件斜截面承载力计算方法。

二、试验用仪器设备

　1．静力试验台座及反力架

　2．荷重传感器及显示仪器

　3．YJ-26型静态电阻应变仪及电阻应变片

　4．读数显微镜及放大镜

　5．传力梁、支座及支墩

　6．导线、钢板尺等其它仪器

三、试件及试验方法

　1．试件

　　采用钢筋混凝土简支梁，混凝土强度等级C20，纵向受力钢筋强度等级Ⅱ级，混凝土净保护层厚度为25mm，梁的上部配有28的架力筋，端部各配26的箍筋，与受力筋形成骨架，来保证受力主筋的位置，试件尺寸及配筋如图2-1所示。

图2-1试件尺寸及配筋

　2．试验装置

　　根据试验要求，我们用同一根简支梁分别进行剪压破坏和斜压破坏试验，并将两种破坏形式对照比较。

（1）剪压破坏

　　利用手动液压千斤顶通过传力梁对试验梁进行两点不对称加载，加载装置如图2-2所示，千斤顶的位置居梁的跨中，梁的一端剪跨比设计为大于1.0而小于3.0，将出现剪压破坏；而另一端的剪跨比设计为小于1.0，它的斜截面承载力相对于另一端较大，不会发生破坏。

图2-2剪压破坏试验装置

　　在剪跨比较大的一端选一控制截面AA′,在该截面与梁的纵轴线交汇处布置一个45℃直角应变花，用来测定主拉应力（弹性阶段）以其主应力的作用方向。

　　由材料力学原理可知，应变花的主应力、主应力方向计算公式为：

　　　　　　　　　＝

　　　　　　　　　x＝

式中：

——测点的最大主应力；

　　　　　　Ｅ——被测材料的弹性模量；

——泊桑比；

　　　　　　　　　　Ａ＝

　　　Ｂ＝

　　　Ｃ＝

式中：

Ａ、Ｂ、Ｃ——应变花型式参数

（2）斜压破坏

剪压破坏结束后，在同一根梁的另一端作斜压破坏试验，将破坏端的支座内移500mm，千斤顶位于两支座的中央；通过传力梁对试验梁进行两点不对称加载，加载装置如图2-3所示，试验梁一端剪跨比约为0.95，将出现斜压破坏；而另一端剪跨比较小，其承载力相对较大，而不会发生破坏。

图2-3斜压破坏加载试验装置

　3．加载方法

（1）先进行梁的斜截面剪压破坏加载试验，然后再利用梁的另一端做斜压破坏加载试验；

（2）两种试验均采用分级加载，每级加载量约取15%破坏荷载；

　　（3）每级加载后，持荷时间不少于10分钟，在持荷的过程中，对梁进行认真观察，记录有关测量数据。

四、测试内容

　1．剪压破坏

　　在弯剪区段截面的下边缘，主拉应力处于水平方向，首先出现较短的垂直裂缝，在梁的腹部，主拉应力的方向是倾斜的，垂直裂缝就会延伸成斜裂缝。

随着荷载的增大，剪压区的混凝土在压应力和剪应力的共同作用下，达到了复合受力时的极限强度，造成梁剪压破坏。

（1）测定每级荷载下应变花测点的应变值；

（2）用放大镜仔细观察裂缝出现的部位，在试件的裂缝旁描绘出其延伸长度，标出荷载级别；

　　（3）用读数显微镜测定主要斜裂缝扩展宽度，并注于裂缝的顶端；

（4）记录斜裂缝的开裂荷载及斜截面的极限承载力；

（5）详细记录试件的破坏特征。

　2．斜压破坏

　　斜压破坏斜裂缝首先在梁腹部出现，有若干根且相互平行，这种裂缝称腹剪裂缝。

破坏时混凝土被斜裂缝分割成若干个斜向短柱而压坏。

（1）用放大镜仔细观察斜裂缝出现的部位，在其旁边描绘出其延伸长度，标注加载级别；

（2）用读数显微镜测定主要斜裂缝扩展宽度，并注于裂缝的顶端；

（3）测定斜裂缝的开裂荷载及斜截面的极限承载力；

（4）详细记录试件的破坏特征。

　　　　　　试验三、钢筋混凝土受压构件破坏试验

一、试验目的

　1．通过试验观察钢筋混凝土短柱偏心受压承载过程及破坏特征；

　2．了解偏心受压短柱中央截面应力分布状态、侧向弯曲及裂缝分布和开展过程；

　3．测定偏心受压短柱极限承载力，并验证钢筋混凝土短柱偏心受压承载力计算方法；

　4．初步掌握偏心受压柱静载试验的一般过程和测试方法。

二、试验仪器设备

　1．2000KN长柱试验机

　2．YJ-26型静态电阻应变仪

　3．位移计、磁性表架

　4．电阻应变片及导线

　5．读数显微镜、放大镜等其它工具

三、试件及试验装置

　1．试件

（1）试件尺寸及配筋如图3-1所示。

图3-1试件尺寸及配筋

（2）混凝土强度等级C20，受力钢筋强度等级Ｉ级。

　　（3）在浇注试件之前，预先粘贴好设在受力钢筋上的电阻应变片，并作好防水处理。

　　（4）混凝土净保护层厚度20mm。

　2．试验装置

　　试验装置及测点布置如图3-2所示。

（1）在柱子的中央截面混凝土受拉面及受压面各布置两个应变测点。

（2）纵向受力钢筋各布置一个应变测点。

　　（3）在柱子的中央侧面安装一个位移计，中央截面距柱端的二分之一处侧面各安装一个位移计,用来测量短柱的侧向位移。

　　（4）偏心距e0＝25mm。

图3-2试验装置及测点布置

四、试验步骤

　1．试件就位

（1）试件就位之前，将混凝土应变测点表面清理干净，粘贴好应变片并用导线引出。

（2）试件就位及几何对中后，再进行力学对中，然后将加载点移至偏心距处，加适量的初载，固定好试件，并安装好位移计。

　　（3）各测量仪器调零或读取初读值。

　2．加载方法

（1）采用分级加载，每级加荷载10~15%破坏荷载。

（2）每加一级荷载，持荷５分钟后，开始测读各测点的读数。

　3．测试内容

（1）测定每级荷载下中央截面混凝土和钢筋的应变值。

（2）测定每级荷载下试验柱的侧向位移值。

（3）用放大镜仔细观察纵向裂缝的出现，并标记裂缝出现的部位及延伸长度。

用读数显微镜测定主要裂缝的宽度，并作详细记录。

（4）测定柱的开裂荷载及极限承载力。

（5）试件破坏后，绘制偏心受压短柱的破坏形态图。