混凝土实验报告

混凝土试验报告
L ENGINEERING
试验名称 混凝土试验 试验课教师 黄庆华 姓名 杜正磊 学
号
******* 理论课教师 熊学玉 日
期
2013年12月25日
一．实验目的和内容
1.1 实验目的
本实验课程是笔者学习专业基础课《混凝土结构基本原理》，必须同时学习的必修课。

本课程教学目的是使学生通过实验，认识混凝土结构构件的受力全过程、加深对混凝土结构基本构件受力性能的理解和掌握，了解、掌握混凝土受弯和受压构件基本性能的试验方法。

实验课程要求参加并完成规定的实验项目内容，理解和掌握钢筋混凝土构件的实验方法，能对实验结果进行分析和判断，通过实践掌握试件设计、实验实施、实验结果整理和实验报告撰写。

1.2 实验内容
本次实验课程有10 个不同的实验项目：适筋梁受弯破坏，少筋梁受弯破坏，超筋梁受弯破坏，梁受剪斜压破坏，梁受剪剪压破坏，梁受剪斜拉破坏，梁受扭超筋破坏，梁受扭适筋破坏，柱小偏心受压破坏，柱大偏心受压破坏。

要求每一个学生完成上述项目中两个实验项目，笔者完成了梁受剪剪压破坏和超筋梁受扭破坏实验。

二．试验方法
2.1 梁受剪剪压破坏
2.1.1 试件设计
受剪剪压梁QC 设计图纸及说明见图1。

图1 受剪剪压梁QC 设计
抗剪承载力验算：
混凝土轴心抗压强度f c=11.9MPa，轴心抗拉强度f t=1.27MPa，箍筋抗拉强度f yv=456MPa，纵筋抗拉强度f y=473.24MPa。

剪跨比：λ=a
h0最小配箍率
ρsv,min=0.24f t
f yv
=6.68×10−4
试件配箍率
ρsv=nA sv1
bs
=4.15×10−3>ρsv,min
由h0
b
=1.15<4得
V u,ax=0.25βc f c bℎ0=34.21kN 抗剪承载力
V u=1.75
λ+1
f t bh0+1.25f yv
A sv
s
h0=34.84kN>V u,max⁡
V u=34.21kN⁡
对应于抗剪承载力的荷载为
P u=2V u=68.42kN 跨中正截面抗弯承载力：
试件A s=307.9mm2，A s′=100.5mm2，则
A s2=A s′f y′
f y
=91.02mm2,A s1=A s−A s2=216.9mm2 M u′=f y′A s′(ℎ0−a s′)=3.8kN∙m
2a s′=58mm，取ξb=0.55得
ξbℎ0=48.95mm 试件为超筋梁，则
ξ=
0.8
1+α1f c bh0
f y A s1(0.8−ξb)
=0.596 x=ξℎ0=70.34mm
σs1=f y ξ−0.8
ξb−0.8
=437.27MPa
M u1=σs1A s1(h0−x
2
)=7.86kN∙m
M u=M u1+M u′=11.69kN∙m
对应于抗弯承载力的荷载为
P u=73.06kN
对应于抗弯承载力的荷载应大于对应于抗剪承载力的荷载。

2.1.2 加载方法
受剪剪压破坏加载方式见图2。

加载所用的设备包括，加载千斤顶、分配梁、铰支座和反力架、台座等。

用荷载传感器测量所作用在试件（分配梁）上荷载P的大小。

图2 受剪剪压破坏加载图示
2.1.3 测试内容和方法
受剪剪压破坏的测量内容为，跨中挠度，纵向受拉钢筋应变，受剪箍筋应变，裂缝。

应变片布置见下图：
1）跨中挠度
梁的跨中挠度是试件的整体反应。

荷载与挠度的关系（曲线）可以反应试件的
受力状态和特点，挠度值的大小可以代表某个状态的指标，如屈服、破坏等。

本次实验，用三个位移计测量一个跨中和两个支座的位移，由这些位移测量结果计算挠度，计算方法见图3。

图3 梁跨中挠度计算
2）纵向受拉钢筋应变
通过测量纵向受拉钢筋的应变（局部反应），可以由此得到纵向受拉钢筋的应力，了解该钢筋是否达到屈服等。

本次实验，在纵向受拉钢筋的跨中位置，粘贴应变片，以测量跨中截面处钢筋的应变。

3）裂缝
裂缝（局部反应）的产生表示该部位的应变超过材料的极限应变、或者受拉应力超过材料的抗拉强度。

第一条规定受力裂缝的发生，标志着试件的开裂，对应的荷载即为开裂荷载。

试件的裂缝发展，即已有裂缝的长度增长、宽度加大，伴随着试件内力的增加、变形的增加及破坏的发生和发展，标志着试件的受力状态。

裂缝的测量包括，裂缝的发生、位置和走向，测量裂缝宽度，记录裂缝发展过程。

实验前，将梁外表面刷白，并绘制50mm×50mm的网格。

实验时，借助放大镜用肉眼查找裂缝。

构件开裂后立即对裂缝的发展情况进行详细观察，用裂缝观测仪、读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载作用下的裂缝宽度、长度，并绘制裂缝开展图。

对应于正常使用极限状态的最大裂缝宽度，可在梁侧面相应于纵向受拉钢筋中心的高度处测量。

4）受剪箍筋应变
通过测量受剪箍筋的应变，可以由此得到箍筋的应力。

本次实验，在剪切区域的箍筋上，粘贴应变片。

2.2 超筋梁受扭破坏
2.2.1试件设计
超配筋受扭梁钢筋上应变测点布置及对应编号如下：
倾角仪(度)：
28-1
(28-7)
28-2
(28-8
28-3
(28-9
28-4
(28-10)
28-5
(42-1
28-6
(42-2)
42-3
(42-9)
42-4
(42-10)
42-5
(34-1)
42-6
(34-2)
42-7
(34-3)
42-8
(34-4)
34-5
(33-5)
34-1
(33-6
33-1
(33-7)
33-2
(33-8)
33-3
(33-9)
33-4
(33-10) 40-640-740-840-9
187244183
承载力理论计算 混凝土抗压强度MPa f c
22.20= MPa f f cu t 14.2395.055
.0==
受扭箍筋直径为10mm 间距为50mm mm
s s mm A MPa
f st y 5054.784
10336max 22
1
v ===⨯==π
受扭纵筋 MPa fy 382= 222
75.6154
1424
142mm A stl =⨯
⨯+⨯
⨯=π
π
截面受扭塑性抵抗矩 362t 10125.16
)
3(mm b h b W ⨯=-=
保护层厚度为 mm c 15= mm b cor
120=则 mm h cor 120=
mm Ucor 480= 2
mm 14400=Acor
928
.00048.085.001274.00018.028.00209.01==
=>==>=cor
st yv stl y y t stl y t st
u A f s A f f f
bh A f f bs A ζ
抗扭承载力为
m kN s
A A f W f T cor
st yv t t ⋅=+=63.92.135.01u ζ
2.2.2加载方式
受扭破坏梁（适筋构件、超筋构件）的加载图式采用在梁的两端各施加一个方向相反的力矩，其加载示意图和相应的扭矩图见下图。

所用的设备包括，加载千斤顶、刚臂和固定支座、铰支座等。

用荷载传感器测量所作用在刚臂端部的荷载P 的大小。

梁受扭加载装置三维示意图
2.2.3 测试内容和方法
受扭破坏梁（适筋构件，超筋构件）的测量内容为，扭转角，纵向受拉钢筋应变，受扭箍筋应变，裂缝。

其中，纵向受拉钢筋应变、受剪箍筋应变和裂缝的意义和测量与受剪破坏梁相同。

应变片布置见附件二。

1）扭转角
梁的扭转角是试件的整体反应。

扭矩与扭转角的关系（曲线）可以反应试件的受力状态和特点，扭转角的大小和扭矩与扭转角的关系可以代表某个状态的指标，如屈服、破坏等。

本次实验，用位移计测量指定截面的转角位移，由这些转角位移测量结果计算扭转角。

三．准备工作
3.1 试件制作
试件制作包括：1）材料准备，钢筋下料、制作，其它材料；2）应变测点布置，应变片粘贴、保护等；3）钢筋绑扎，支模板，浇捣混凝土；4）养护。

3.2 试件安装
试件安装包括：1）对试件作详细检查，检查截面实际尺寸和初始变形、原始裂缝等缺陷，做出书面记录；2）将试件表面刷白，并分格画线；3）试件划线放样，确定加载、支座、测点等的位置；4）试件就位；5）安全措施。

3.3 仪器设备准备
仪器设备准备包括：1）仪器选择和标定，单件标定和系统标定；2）测点仪器的连线；3）仪器设备系统调试。

3.4 试件材料力学性能试验
钢筋强度实测结果：
混凝土强度实测结果
四．试验过程
4.1梁受剪剪压破坏
实验时间：2013年11月22日。

实验过程描述：
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。

试件破坏照片见图5：
图5受剪剪压试件破坏图
4.2超筋梁受扭破坏
实验时间：2013年12月20日。

实验过程描述：
在加载初期，由于荷载值较小，构件整体还处于弹性状态，构件表面无裂缝出现。

随着外加荷载的进一步增加，在构件表面中心线处开始出现微小裂缝。

之后，构件表面出现裂缝现象明显，主要表现为存在一条主裂缝和许多额外裂缝，同时主裂缝相互贯通，在构件表面形成一条螺旋线型裂缝，局部混凝土发生脱落现象，构件扭转明显，各个表面发生不同程度地翘曲现象。

最终梁构件受扭破坏，整体延性较差。

图6 超筋梁受扭试件破坏图
五．试验结果
5.1 受剪剪压破坏
5.2 超筋梁受扭破坏
在总体试验数据中，先剔除其中的异常数据记录：
荷载（扭矩）与箍筋应变
荷载与转角关系图
六．分析比较
6.1 梁受剪剪压破坏
剪压破坏试验最终的破坏荷载大于计算出的抗剪承载力，达到了抗剪承载力的要求。

试件最终破坏形态为剪压破坏，最终出现一条宽长的主裂缝。

从实验曲线中看出，试件的纵筋没有屈服，试件其中一个箍筋达到屈服。

6.2 超筋梁受扭破坏
理论极限荷载 m kN s
A A f W f T cor
st yv t t ⋅=+=63.92.135.01u ζ
理论开裂荷载 m kN f W T t
t ⋅=⨯⨯⨯==69.111.21083.57.07.05cr
实验极限荷载 7.94 试验值与理论值相对误差为较大，用理论值计算出来的数值要明显大于试验值。

试验值偏小的原因可能是因为试验构件在制作过程中产生差异。

设计要求构件发生超筋破坏，然而用实测数据计算，构件应发生适筋破坏，通过试验曲线，构件也是发生了适筋破坏。

m kN
⋅
七．结论
本次实验进行了两个项目：梁受剪减压破坏和超筋梁受扭扭转破坏。

通过实验数据分别计算了试件的承载力，得到了荷载-纵筋应变关系曲线、荷载-箍筋应变关系曲线、荷载-挠度曲线和荷载-扭转角关系曲线等。

通过实验认识了两种破坏的特性，达到了实验目的。