混凝土结构实验指导书及实验报告(学生用)

土木工程学院
《混凝土结构设计基本原理》实验指导书
及实验报告
适用专业：土木工程周淼
编
班级：姓名：
学号：
河南理工大学
2018 年9 月
实验一钢筋混凝土梁受弯性能试验
一、实验目的
1.了解适筋梁的受力过程和破坏特征；
2.验证钢筋混凝土受弯构件正截面强度理论和计算公式；
3.掌握钢筋混凝土受弯构件的实验方法及荷载、应变、挠度、裂缝宽度等数据的测试技术
和有关仪器的使用方法；
4.培养学生对钢筋混凝土基本构件的初步实验分析能力。

二、基本原理当梁中纵向受力钢筋的配筋率适中时，梁正截面受弯破坏过程表现为典型的三个阶段：第一阶段——弹性阶段（I阶段）：当荷载较小时，混凝土梁如同两种弹性材料组成的组合梁，梁截面的应力呈线性分布，卸载后几乎无残余变形。

当梁受拉区混凝土的最大拉应力达到混凝土的抗拉强度，且最大的混凝土拉应变超过混凝土的极限受拉应变时，在纯弯段某一薄弱截面出现首条垂直裂缝。

梁开裂标志着第一阶段的结束。

此时，梁纯弯段截面承担的弯矩M cr称为开裂弯矩。

第二阶段——带裂缝工作阶段（II阶段）：梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力急增，且通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝。

压区混凝土中压应力也由线性分布转化为非线性分布。

当受拉钢筋屈服时标志着第二阶段的结束。

此时梁纯弯段截面承担的弯矩M y称为屈服弯矩。

第三阶段——破坏阶段（III阶段）：钢筋屈服后，在很小的荷载增量下，梁会产生很大的变形。

裂缝的
高度和宽度进一步发展，中和轴不断上移，压区混凝土应力分布曲线渐趋丰满。

当受压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限压应变时，压区混凝土压碎，梁正截面受弯破坏。

此时，梁承担的弯矩M u 称为极限弯矩。

适筋梁的破坏始于纵筋屈服，终于混凝土压碎。

整个过程要经历相当大的变形，破坏前有明显的预兆。

这种破坏称为适筋破坏，属于延性破坏。

三、试验装置
6—分配梁固定铰支座；7—集中力下的垫板；8—分配梁；9—反力横梁；10—千斤顶； 图
1 钢筋混凝土梁受弯试验装置图
0.25P
（b ）弯矩图（kN·m）
P /2 P /2
100 100
5 00
5 00 5 00
17 00
（ a ）加载简图（ kN ， mm ）
（ c ）剪力图（ kN ）
P /2
图 2 梁受弯试验加载和内力简图
图 1 为本课程进行梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。

采用两点集中力加载， 在跨中形成纯弯段，由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载，压力传感器测定荷载值。

梁受弯性能试验，取 L =1700mm ，a =100mm ，b =500mm 。

四、实验仪器和器材
1. 反力架
2. 20t 手动千斤顶 1 台、传感器 1 个
3. 应变—静态电阻应变仪 1 台
4. 位移计—百分表 3 个（1 个 30mm ，2 个 10mm ）
5. 裂缝—3 放大镜（观测裂缝）、1 个裂缝测宽仪（测量宽度）
6. 其它—电烙铁、万用表、卷尺、毛笔、墨等 五、试件设计
1、试件的主要参数
① 试件尺寸（矩形截面）：b ×h ×l ＝80×160×1700mm； ② 混凝土强度等级：C30； ③ 纵向受拉钢筋的种类：HRB335；
④ 箍筋的种类：HPB300； ⑤ 纵向钢筋混凝土保护层厚度：25mm ； 试件的配筋情况见图 3。

2、试件加载估算
①开裂弯矩估算
M cr = 0.292(1 2.5αA )+f tk bh 2 (2)
其中αA =2αbh E A s ，αE =EE sc 。

②屈服弯矩估算
M y = f y A s (h 0 −x n /3) 0.9≈ M u (3)
图
3 梁截面尺寸及配筋图
6
@ 100 φ
@
100 100
5 00 5 00 5 00
100
1 60 25 25
110
1700
③极限弯矩估算
M u =α1f c bh 02ξb (1− 0.5ξb ) (4)
六、量测内容
1、混凝土平均应变 在梁跨中一侧面布置 4 个应变片，应变片间距 30mm ，标距为 150mm ，
以量测梁侧表面混凝土
沿截面高度的平均应变分布规律，测点布置见图 4。

2、纵向受力钢筋应变
在试件纵向受拉钢筋中部粘贴电阻应变片，以量测加载过程中钢筋的应力变化，测点布置见图 5。

图 5 纵筋应变片布置 3、挠度
对受弯构件的挠度测点应布置在构件跨中或挠度最大的部位截面的中轴线上，如图 6 所示。

在试
验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。

试验时在每级荷载下，应在规定的荷载持续试件结束时量测构件的变形。

结构构件各部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一致，各测点间读数时间间隔不宜过长。

850
850
160
应变片 1 应变片 2
应变片 3
应变片 4
图 4 梁受弯试验混凝土平均应变测点布置
钢筋应变片
2
钢筋应变片 1 850
850
80 16
图6 梁受弯试验挠度测点布置4、裂缝试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制40mm×50mm 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，用裂缝测宽仪及钢直尺等工具量测各级荷载作用下的裂缝宽度、长度，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 结束时进行量测。

七、实验步骤
1、沿梁长度方向标尺寸，贴混凝土应变片；
2、按照试验装置图放置实验加载设备，连接应变仪、百分表、裂缝测宽仪；
3、预加载试验；
4、确认仪表等均正常后，试验开始，读应变和百分表初值；
5、利用千斤顶进行分级加载，每级加载后，立即测读并记录静态电阻应变仪、百分表读数：① 0→2kN→4kN→6kN→…加至梁纯弯区出现第一条（批）裂缝，记录开裂荷载值，测量裂缝宽度和长度；②当试件开裂后，每级荷载值取 4kN 累计加载；③当加载达到纵向受拉钢筋屈服（纵筋应变到
2000µε左右）后，每级荷载值取3kN 累计加载至破坏，记录荷载读数及破坏时梁的裂缝分布情况；
下列情况任意出现一种时，即视为构件破坏：① 受拉主筋应变达到10000µε；②受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到 1.5mm；③受压区混凝土压坏；④千斤顶加载力值达到最大值。

6、卸载，记录试验梁破坏时裂缝的分布情况；
7、试验完成后，整理试验现场，交还所借仪器设备，打扫卫生。

八、实验数据记录及处理
1、量测实际试件的几何尺寸，根据实测材性计算出梁的开裂荷载和破坏荷载；
（1）试件尺寸
f c = E c = f y =
E s =
（3）根据试件的原始资料，做理论计算
（4
2、根据试验数据，整理绘制荷载P 与最大挠度点f 的关系曲线
点εc 的关系曲线；
应变片测点
各级荷载下应变片应变值（µε）
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15
钢筋ε1ε2
平均值εS
混凝土受压
εC
3、根据试验数据，整理绘制荷载与受拉钢筋应变点
s
ε的关系曲线、荷载与受压区砼最大应变P
4、将实测值与理论计算值进行比较，并分析其产生差异的原因。

开裂荷载P cr （kN ） 破坏荷载P u
（kN ） 最大挠度 f （mm ） 实测值 理论值 实测/理论
5、 描述梁的破坏特征，并对受弯梁的工作性能作出评定。

P
荷载与受拉钢筋应变及受压混凝土应变关系曲线。