《混凝土結構基本原理》試驗課程作業
混凝土受彎構件適筋梁破壞試驗方案
1. 試驗目的
通過觀察混凝土適筋梁受彎破壞的全過程，認識混凝土適筋梁的受彎效能；理解和掌握鋼筋混凝土適筋梁受彎構件的試驗方法和實驗結果，通過實踐掌握試件的設計、實驗結果整理的方法。
通過試驗加深對混凝土機構基本構件的受力效能的理解。
2. 試件設計
2.1 材料和試件尺寸
試件尺寸：bhl=1001501400；
混凝土強度等級：c25 =11.9mpa； =1.27mpa；
縱向受拉鋼筋種類：hrb335；
箍筋的種類：hpb235（純彎段無箍筋）；
縱向鋼筋混凝土保護層厚度：15mm；
2.2 試件設計
2.2.1試件設計的基本原理及依據
根據梁正截面受壓區相對高度ε和界限受壓區相對高度εb的比較可以判斷出受彎構件的型別，當ε≤εb時，為適筋梁；當ε≥εb時為超筋梁。界限受壓區相對高度εb按下式計算：
其中在進行受彎試件梁設計的時候，fy、es分別取《混凝土結構設計規範》規定的鋼筋受拉強度標準值和彈性模量；進行受彎試件梁載入設計時，fy、es分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模量。
為滿足發生適筋破壞，應有以下配筋率的要求：
其中，，。
同時，為保證承剪段不發生受剪破壞，有受剪承載力要求：
按《混凝土結構基本原理（第二版）》第五章第七節相關知識，有以下正截面承載力相關公式：
2.2.2試件的主要引數
配筋圖如下
圖1 適筋梁構造配筋圖
表1 少筋梁受彎試件的配筋
2.3 試件的製作
將試件按照設計方案及標準方法製作好，並按照規定的養護情況養護至規定齡期。試件製成後，在試驗前應將試件表面刷白，並分格畫線，分格大小按。在刷白前應對試件進行檢查，包括收集試件的原始設計資料、設計圖紙和計算書，施工和製作記錄，原材料的物理力學效能試驗報告等檔案資料；對結構構件的跨度、截面、鋼筋的位置、保護層厚度等實際尺寸及初始撓度、變形、原始裂縫等作出書面記錄，繪製詳圖。
對鋼筋位置、實際規格、尺寸和保護層厚度也可在實驗結束後進行量測。
3. 載入裝置和載入方式
3.1 載入裝置
圖2為進行梁受彎效能試驗採用的載入裝置，載入裝置為千斤頂。採用兩點集中力載入，在跨中形成純彎段，由千斤頂及反力梁施加壓力，分配梁分配荷載，壓力感測器測定荷載值。梁受彎效能試驗，取l=1400mm，a=100mm，b=400mm，c=400mm。
1—試驗梁；2—滾動鉸支座；3—固定鉸支座；4—支墩；5—分配梁滾動鉸支座；6—分配梁滾動鉸支座；7—集中力下的墊板；8—分配梁；9—反力梁及龍門架；10—千斤頂；
圖2 梁受彎試驗裝置圖
載入簡圖、彎矩剪力圖如圖3所示：
圖3 載入簡圖、彎矩剪力圖
3.2 載入制度
採用單調分級載入機制，載入分級情況為：①在載入到開裂試驗荷載計算值的90%之前，每級荷載不宜大於開裂荷載計算值的20%；②達到開裂試驗荷載計算值的90%之後，每級荷載值不宜大於其荷載值的5%；③當試件開裂後，每級荷載取10%的承載力試驗荷載計算值（pu）的級距；④載入到臨近破壞前，拆除所有儀表，然後載入至破壞，記錄破壞荷載。
承載力極限狀態確定方法：①受拉主鋼筋拉斷；②受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5mm；③受壓區混凝土壓壞；④撓度達到跨度的1/30。
3.3 材料試驗
3.3.1 混凝土材料試驗
按國家標準《普通混凝土力學效能試驗方法》（gb/t 50081-2002）規定，用邊長為150mm的立方體作為標準試件，將標準試件在的溫度和相對濕度90%以上的潮濕空氣中養護28d，按照標準試驗方法測得破壞荷載，由所得的抗壓強度作為混凝土的立方體抗壓強度，單位為。同時由計算混凝土抗拉強度；由荷載—應變曲線計算混凝土的彈性模量。
3.3.1 鋼筋單調載入拉伸試驗
鋼筋試樣採用不經切削加工的原截面鋼筋。根據各類鋼筋標準規定的伸長率標準和試驗機的上下夾頭的最小距離，夾頭高度等因素決定試件長度。載入前在載入段取長度l並標記，載入時，在彈性範圍內保持載入速率3~30mpa/s的範圍內，直至獲得屈服點和上屈服點。
解除安裝後，量取標記之間距離，並計算鋼筋彈性模量，並參考標準值做修正。
4. 量測與觀測
4.1 荷載
荷載測量採用在加荷處放置壓力感測器，由壓力感測器直接顯示於試驗機終端上。
4.2 鋼筋應變
試件製作時，在縱向鋼筋上預埋貼上電阻應變片，貼於鋼筋外側，以量測載入過程中鋼筋的應力變化。具體測點布置見圖4。
圖4 縱筋應變片布置
4.3 混凝土應變
在梁跨中一側面布置4個位移計，位移計間距40mm，標距為150mm，以量測樑側表面混凝土沿截面高度的平均應變分布規律，測點布置見圖5。
圖5 試件混凝土平均應變測點布置
4.4 撓度
對受彎構件的撓度測點應布置在構件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，如圖6所示。在試驗載入前，應在沒有外荷載的條件下測讀儀表的初始讀數。試驗時在每級荷載下，應在規定的荷載持續試件結束時量測構件的變形。
結構構件各部位測點的測度程式在整個試驗過程中宜保持一致，各測點間讀數時間間隔不宜過長。
4.5 裂縫
試驗前將梁兩側麵用石灰漿刷白，並繪製50mm×50mm的網格。試驗時借助放大鏡用肉眼查詢裂縫。構件開裂後立即對裂縫的發生發展情況進行詳細觀測，用讀數放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載(0.
4pu~0.7pu)作用下的裂縫寬度、長度及裂縫間距，並採用數位相機拍攝後手工繪製裂縫展開圖，裂縫寬度的測量位置為構件的側面相應於受拉主筋高度處。最大裂縫寬度應在使用狀態短期試驗荷載值持續15min結束時進行量測。
5. 試驗結果**
5.1 開裂荷載、極限荷載
由《混凝土結構基本原理（第二版）》第五章相關知識，有：
， 開裂彎矩
開裂荷載
極限彎矩和極限荷載
代入相關資料，有。
5.2第一階段——彈性階段
階段，混凝土和鋼筋公共工作，測量專案：撓度，縱筋應變和混凝土應變度均與荷載成線性關係，梁截面應力呈線性分布，平截面假定基本符合。時，純彎段某一薄弱截面出現第一條垂直裂縫，此時梁承擔的彎矩稱為開裂彎矩。
5.3第二階段——帶裂縫工作階段
階段，梁開裂後，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應力激增，且通過粘結力向未開裂的混凝土傳遞拉應力，使得樑中繼續出現拉裂縫。測量專案：縱筋應變仍保持與荷載的線性關係，而混凝土的應力由線性轉入非線性狀態，受此影響，撓度同時也轉為非線性變化。
5.4第三階段——破壞階段
時，縱筋屈服，在很小的荷載增量下，梁產生很大的變形。裂縫高度和寬度進一步發展，中和軸不斷上移，壓區混凝土應力分布曲線漸趨豐滿。量測專案：
縱筋應變進入屈服階段，混凝土應變保持非線性增長，並可能會由於開裂導致應變片破壞使資料失效。撓度急劇增加。當時，壓區混凝土的最大壓應變達到混凝土的極限受壓應變，壓區混凝土壓碎，或縱筋拉斷，梁正截面破壞。
5.5裂縫特性**
開裂後，拉區裂縫隨荷載增加不斷增加，出現的第一條裂縫為最大裂縫。極限荷載時，壓區混凝土被壓碎，出現壓區細小而密集的裂縫。在整個破壞過程中，要歷經相當大的變形，破壞前有明顯徵兆，屬於延性破壞。
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