综合性实践环节答案

郑州大学现代远程教育《综合性实践环节》课程考核说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为WORD 2003格式的文档，登陆学习平台提交，并检查和确认提交成功（能够下载，并且内容无误即为提交成功）。

一．作业要求

1.要求提交设计试验构件详细的设计过程、构件尺寸和配筋；

2.要求拟定具体的试验步骤；

3.要求预估试验发生的破坏形态；

4.构件尺寸、配筋、试验步骤以及破坏形态可参考《综合性实践环节试验指导》或相关教材（例如，混凝土原理），也可自拟。二．作业内容

1.正截面受弯构件——适筋梁的受弯破坏试验设计。（35分）

2.斜截面受剪构件——无腹筋梁斜拉受剪破坏试验设计。（35分）

3.钢筋混凝土柱——大偏心受压构件破坏试验设计。（30分）

答案

1．正截面受弯构件——适筋梁的受弯破坏试验设计。

适筋破坏-配筋截面 加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy 时的荷载值、破坏荷载值）

加载：KN F 9.7cr = KN F 3.52y = KN

F 56u =

（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。 理论计算：

位移计

360

360

150

870

15

1324

3030

3015

通过分析对比，实验数据跟理论数据存在着误差，主要原因： 1实验时没有考虑梁的自重，而计算理论值时会把自重考虑进去；

2.计算的阶段值都是现象发生前一刻的荷载，但是实验给出的却是现象发生后一刻的荷载；

3.破坏荷载与屈服荷载的大小相差很小，1.5倍不能准确的计算破坏荷载；

4.整个计算过程都假设中和轴在受弯截面的中间。

（2）绘出试验梁p-f 变形曲线。（计算挠度）

位移计360

360

150

870

15

1324

3030

30

15

当构件开裂时，

位移计

360

360

150

870

15

1324

30

30

30

15

以此类推，在不同的荷载下，可以得到相关的数据：

F(kN) 0.3466 16.33 32.65 51.38 56.45

M k (KN·m) 0.8491 40 80 125.875

138.3 (N/mm 2) 2.044 96.3 192.6 303.1 333 ψ

0.2

0.43 0.76 0.8855 0.9

5.519

4.199 3.13 2.85 2.82 f (mm)

0.52

32.16

86.30

149.1

166

实验得出的荷载-挠度曲线:

（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）

位移计

360

360

150

870

15

1324

3030

30

15

（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。

①当荷载在0.4KN内，梁属于弹性阶段，没有达到屈服更没有受到破坏。

②当荷载在0.4KN的基础上分级加载，受拉区混凝土进入塑性阶段，手拉应变曲线开始呈现较明显的曲线性，并且曲线的切线斜率不断减小，表现为在受压区压应变增大的过程中，合拉力的增长不断减小，而此时受压区混凝土和受拉钢筋仍工作在弹性范围，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证斜截面内力平衡。当内力增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度和极限拉应变，截面处于开裂前的临界状态。

③接着荷载只要增加少许，受拉区混凝土拉应变超过极限抗拉应变，部分薄弱地方的混凝土开始出现裂缝，此时荷载为7.9KN。在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，是钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。此时钢筋的应力应变突然增加很多，曲率急剧增大，受压区高度急剧下降，在挠度-荷载曲线上表现为有一个表示挠度突然增大的转折。内力重新分布完成后，荷载继续增加时，钢筋承担了绝大部分拉应力，应变增量与荷载增量成一定的线性关系，表现为梁的抗弯刚度与开裂一瞬间相比又有所上升，挠度与荷载曲线成一定的线性关系。随着荷载的增加，刚进的应力应变不断增大，直至最后达到屈服前的临界状态。

④钢筋屈服至受压区混凝土达到峰值应力阶段。此阶段初内力只要增加一点儿，钢筋便即屈服。此时荷载为52.3KN。一旦屈服，理论上可看作钢筋应力不再增大（钢筋的应力增量急剧衰减），截面承载力已接近破坏荷载，在梁内钢筋屈服的部位开始形成塑性铰，但混凝土受压区边缘应力还未达到峰值应力。随着荷载的少许增加，裂缝继续向上开展，混凝土受压区高度降低，中和轴上移，内力臂增大，使得承载力会有所增大，但增大非常有限，而由于裂缝的急剧开展和混凝土压应变的迅速增加，梁的抗弯刚度急剧降低，裂缝截面的曲率和梁的挠度迅速增大。

（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。

配筋率越高，受弯构件正截面承载力越大，最大裂缝宽度值越小，但配筋率的提高对减小挠度的效果不明显

2. 斜截面受剪构件——无腹筋梁斜拉受剪破坏试验设计。

大量试验结果表明：无腹筋梁斜截面受剪破坏的形态取决于剪跨比λ的大小，大致有斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏三种主要破坏形态。图1画出了两个对称荷载作用下，λ=2、1、

时的主拉应力迹线（虚线）和主压应力迹线（实线）。由图可见，当λ=

2

1

时，在集中荷载与支座反力间形成比较陡的主压应力迹线，又由于这时主压应力值比较大，所以破坏主要是由于主压应力产生，称为斜压破坏。当λ=1～2时，主压应力迹线与梁纵轴线的交角接近或小于45°，并且主压应力值与主拉应力值两者相差不很大，因此，破坏形态也就不同。试验研究表明，无腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要有以下三种：

1、斜拉破坏：当剪跨比λ>3时，发生斜拉破坏，其破坏特征是：斜裂缝一旦出现就迅速延伸到集中荷载作用点处，使梁沿斜向拉裂成两部分而突然破坏，破坏面整齐、无压碎痕迹，破坏荷载等于或略高于出现斜裂缝时的荷载。斜拉破坏时由于拉应变达到混凝土极限拉应变而产生的，破坏很突然，属于脆性破坏类型。

2、剪压破坏：当剪跨比1≤λ≤3时，发生剪压破坏，其破坏特征是；弯剪斜裂缝出现后，荷载仍可以有较大的增长。随荷载的增大，陆续出现其它弯剪斜裂缝，其中将形成一条主要的些裂缝，称为临界斜裂缝。随着荷载的继续增加，临界斜裂缝上端剩余截面逐渐缩小，最后临界斜裂缝上端集中于荷载作用点附近，混凝土被压碎而造成破坏。剪压破坏主要是由于剩余截面上的混凝土在剪应力、水平压应力以及集中荷载作用点处竖向局部压应力的共同