大偏压实验报告概要.docx

1、大偏压实验报告概要混凝土结构基本原理试验课程作业大偏心受压短柱试验报告试验名称大偏心受压短柱试验试验课教师姓名 学号 手机号 任课教师日期1. 试验目的通过试验和观察，认识混凝土结构构件中大偏心受力构件受力直至破坏的全过程，以便更好地掌握混凝土偏心受力构件受力性能，进而更为深刻地理解研究混凝土偏心受力构件基本性能的试验方法。通过参加并完成此次大偏心受压短柱试验，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、试验结果整理的方法。通过写出试验报告加深对混凝土结构基本构件受力性能的理解。2. 试件设计2.1 材料和试件尺寸本试验选取的混凝土强度等级为C20，纵向钢筋选用4B1

2、2，箍筋选用,6100(2)。试件的主要参数如表1所示。表1 大偏心受压柱试件主要参数试件尺寸（矩形截面）混凝土强度等级C20纵向钢筋（对称配筋）4B12箍筋,6100(2)纵向钢筋混凝土保护层厚度15mm配筋图见图1偏心距e0100mm 图 1 大偏心受压柱配筋图2.2 试件设计2.2.1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。通过调整轴向力的作用位置，即偏心距，使试件的破坏状态为大偏心或小偏心破坏。2.2.2试件加载估算实测试件参数如表所示。表2 实测试件参数实际试件尺寸实测混凝土强度,实测纵向受拉钢筋屈服强度实测箍筋屈服强度保护层厚度25mm对于对称配筋的大偏心

3、受压短柱有： 而由式解得：不妨令：， 从而有： 代入数据，可得：故即经计算得预估极限荷载为87.09kN。2.3 试件的制作按照计算的设计进行配筋，制作模板，绑扎钢筋，浇灌混凝土，在20度左右的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d。3. 材性试验3.1 混凝土材性试验3.1.1 混凝土抗压强度试验国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-2002）规定：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准确定；立方体抗压强度标准值系指标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度。因此立方体抗压强度标准值是混凝土结构设计规范中混凝土各种力学

4、指标的基本代表值，根据混凝土强度等级，可以查阅混凝土结构设计规范的有关表格，以确定混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度标准值和设计值以及混凝土的弹性模量等。国家标准普通混凝土力学性能试验方法（GB/T 50081-2002）规定：以边长为150mm的立方体为标准试件，将标准立方体试件在的温度和相对湿度90以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为N/mm2（MPa）。混凝土立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行：（1）试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净；（2）将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的

5、顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡；（3）在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级C30时，加荷速度取每秒0.30.5MPa；混凝土强度等级C30且C60时，取每秒0.50.8MPa；混凝土强度等级C60时，取每秒0.81.0MPa；（4）当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载。混凝土立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行：（1）混凝土立方体抗压强度应按下式计算：式中，为混凝土立方体试件抗压强度（MPa）；F为试件破坏荷载（N）；A为试件承压面积（mm2）。（2）强度值的确定应

6、符合下列规定：以三个试件为一组，每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取样；三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值（计算应精确至0.1MPa）；三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；如最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15，则该组试件的试验结果无效。混凝土强度等级C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mm200mm200mm试件为1.05；对100mm100mm100mm试件为0.95。当混凝土强度等级C60，宜采用标准试件。3.1.2 混凝土

7、轴心抗压强度试验国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-2002）规定：边长为150mm150mm300mm的棱柱体试件是轴心抗压强度和静力受压弹性模量试验的标准试件。轴心抗压强度和抗压强度的试验方法相同。而对于非标准试件的数据处理有如下规定：混凝土强度等级C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mm200mm400mm试件为1.05；对100mm100mm300mm试件为0.95。当混凝土强度等级C60，宜采用标准试件。3.2 钢筋材性试验本次试验为钢筋单调加载拉伸试验。3.2.1 试件尺寸钢筋试样采用不经切削加工原截面钢筋。根据各类钢筋标准所规定的伸长率标

8、准和试验机上、下夹头的最小距离，夹头高度等因素决定其试件长度，基本长度，其中L0为5 d0（d0为钢筋直径）；h为夹头长度，通常取100mm左右。对于圆形截面钢筋的直径应在标距L0的两端和中间测量，应在每处的两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值，选用三处中的最小直径计算横截面面积。对于热轧带肋钢筋，按其公称直径计算横截面面积。3.2.2 试验条件钢筋试样在弹性范围内，试验机的加载速率应在330MPa/s范围内，并保持试验机控制器固定于这一速率位置上，直至获得屈服点和上屈服点；测定下屈服点时，应变速率在0.000250.0025/s范围内，并保持恒定。屈服段过后，试验机两夹头在力作用下的

9、分离速率不超过0.5Lc/min（Lc为两夹头的钢筋试样净长）。3.3 本次试验材性试验数据试块留设时间：2013年09月 30日试验时间： 2013年11月 21日试块养护条件：室内与试件同条件养护混凝土试件轴心抗压强度实测结果及混凝土实测立方体抗压强度实测结果如表3和表4所示，钢筋强度实测结果如表5所示。表3 混凝土试件轴心抗压强度实测结果试件尺寸100mm100mm300mm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/MPa20.7121.2820.2220.1422.99注：轴心抗压强度根据国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002评定；

10、立方体抗压强度、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GB 50010-2010推定。表4 混凝土实测立方体抗压强度实测结果试件尺寸150mm150mm150mm实测立方体抗压强度/MPa平均立方体抗压强度/MPa推定轴心抗拉强度/MPa推定弹性模量/GPa26.3527.082.1428.8327.7027.20表5 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4光圆4.114.155.155.173304114.185.244.165.136光圆12.8112.9616.8316.9945860113.

11、0017.1613.0816.998光圆22.6723.5426.3326.5446852824.3626.5923.5826.6910光圆26.3726.3736.0436.4733646326.7336.9826.3136.4010带肋39.9939.7850.0649.9050663539.4949.7139.8749.9312带肋43.8943.7665.1164.8838757443.6864.7643.7664.7814带肋58.5958.7787.4687.2738256758.5987.0658.1287.2818带肋98.6798.78153.47153.6038860498

12、.69153.4898.97153.8522带肋135.51135.35209.29209.10356550134.63208.44135.91209.574. 试验过程4.1 加载装置偏心受压试验的加载装置如图2所示。采用千斤顶加载，支座一端为固定铰支座，另一端为滚动铰支座。铰支座垫板应有足够的刚度，避免垫板处混凝土局压破坏。 图2 偏心受压试验的加载装置4.2 加载制度4.2.1 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

13、破坏荷载的20，每次加载时间间隔为15分钟；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。4.2.2 承载力极限状态确定方法对柱试件进行偏压承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载：受压区混凝土的压碎破坏；对有明显物理流限的热轧钢筋，其受拉主筋的受拉应变达到0.01；受拉主钢筋拉断；受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm。4.3 量测与观测内容4.3.1 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3。 图3 钢筋应变测点布置4.3.2 混凝土平均应变由布置在柱内

14、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4。 图4 混凝土应变测点布置4.3.3 侧向挠度柱长度范围内布置5个位移计以测量柱侧向挠度，侧向挠度测点布置见图5。 图5 侧向挠度测点布置4.3.4 裂缝试验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mm50mm的网格。试验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。构件开裂后立即对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍摄后手工绘制裂缝展开图，裂缝宽度的测量位置为构件的侧面相应于受拉主筋高度处。最大裂缝宽度应在使用状态短期试验荷载值持续15min结

15、束时进行量测。4.4 裂缝发展及破坏形态试验前构件尺寸为bhl120120870mm，未有肉眼可见裂缝。试验前构件如图6所示。当荷载较小时，构件处于弹性阶段，受压区及受拉区混凝土和钢筋的应力都较小，构件中部的水平挠度随荷载线性增长。随着荷载的不断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多，并向压区延伸，受压区高度逐渐减小，受压区混凝土应力增大。当远离轴向力一侧钢筋应变达到屈服应变时，钢筋屈服，截面处形成一主裂缝。当受压一侧的混凝土压应变达到其极限抗压应变时，受压区较薄弱处的某处出现纵向裂缝，混凝土被压碎而使构件破坏。此时，靠

16、近轴向力一侧的钢筋也达到抗压屈服强度，混凝土压碎区大致层三角形。试验后的破坏形态如图7所示。图6试验前的构件 图7 试验后的构件5. 试验数据处理与分析5.1 关系曲线绘制5.1.1 荷载侧向挠度关系曲线绘制荷载-侧向挠度关系曲线如图8所示。图8 荷载-侧向挠度关系5.1.2 沿构件截面高度混凝土平均应变分布混凝土平均应变标距如表6所示。表6 混凝土平均应变标距126145140140通过位移计1、2、3、4测得的位移数据，由计算混凝土的应变，得到的混凝土荷载-应变关系曲线如图9所示。图9 混凝土荷载-应变关系分析图9知，初始阶段混凝土应变与荷载大致呈线性关系，基本符合平截面假定。而后构件进入

17、塑性变形状态，对应于不大的荷载增量，混凝土应变有着较大的变化，理论与较符合实践。5.1.3 弯矩曲率关系曲线构件弯矩和曲率分别由下两式计算得出：弯矩： 曲率： 、分别为试件右侧、左侧两点的实测混凝土平均应变（以拉应变为正），为对应两点沿梁截面高度方向的实测距离。由于试验中位移计1没有粘牢，本次计算不妨采用位移计3和位移计4的数据。得到的弯矩-曲率关系曲线如图10所示。图10 弯矩-曲率关系5.1.4 纵筋应变-荷载关系曲线钢筋应变可由应变片28-1到28-8直接得出（其中应变片28-3损坏，不取）。得到的荷载-纵筋应变关系曲线如图11。图11 荷载-纵筋应变由图可知，钢筋应变与混凝土应变类似，

18、初始阶段与荷载大致呈线性关系，基本符合平截面假定。而后构件进入塑性变形状态，荷载变化不大时，钢筋应变有着较大的变化，理论与实验符合得较好。5.2 试验结果分析5.2.1 承载力分析构件承载力理论计算值为87.08kN，试验得出的极限承载力为92.03kN，与理论计算值误差为5.67%，两者比较接近，但实际承载力大于计算承载力。可能原因如下：1. 理论计算对应的相关系数的取值较为保守，该误差为系统误差；2. 材性试验误差导致混凝土强度值小于实际值，该误差为偶然误差；3. 加载条件下有其他外界物体帮助混凝土柱抵抗偏心力，该误差为偶然误差。6 结论本实验为大偏心短柱受压破坏实验，通过在柱上布置应变片

19、和位移计，得到钢筋和混凝土的应变及柱在受压过程中的挠度。我们在试验过程中可以近距离地观察受压短柱产生的裂缝形态并测量裂缝宽度。当荷载较小时，构件处于弹性阶段，构件中部的水平挠度随荷载线性增长。随着荷载的不断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多，并向压区延伸，受压区高度逐渐减小，受压区混凝土应力增大。当远离轴向力一侧钢筋应变达到屈服应变时，钢筋屈服，截面处形成一主裂缝。当受压一侧的混凝土压应变达到其极限抗压应变时，受压区较薄弱处的某处出现纵向裂缝，混凝土被压碎而使构件破坏。本次试验现象符合大偏心受压短柱的理论分析结果。其次，从理论承载力与实际承载力的接近程度看，本次试验较为成功。