混凝土柱小偏心受压试验报告(同济)

1、试验目的

通过试验研究认识混凝土结构构件的破坏全过程，掌握测试混凝土小偏心受压构件基本性能的试验方法。

2、试验内容

对小偏心短柱施加轴向荷载直至破坏。观察加载过程中裂缝的开展情况,将得到的极限荷载与计算值相比较。

3．试件设计

3.1 构件设计 （1）试件设计的依据

为减少“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制l 0/h ≤5。通过调整轴向力的作用位置，即偏心距e 0,使试件的破坏状态为小偏心受压破坏。

（2）试件的主要参数

①试件尺寸（矩形截面）：实际测量为150.5×149×652mm ②混凝土强度等级：C20 ③纵向钢筋：对称配筋4 14 ④箍筋：Φ6@100（2）；

⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度；15mm ⑥试件的配筋情况（如下图所示）

7575

5050

400

650

3

150

300

150

6φ14/ 6@50

150

1-12-2

⑦取偏心距e 0=20mm （3）试件承载力估算

按照《混凝土结构设计规范》给定的材料强度标准值及上述的计算公式，对于本次试验构件的极限承载力的预估值为：N cu =229kN 。

4.加载装置和量测内容

4.1.1 加载装置

柱偏心受压试验的加载装置如图所示。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。

4.1.2 加载方式 （1）单调分级加载机制

在正式加载前，为检查仪器仪表读书是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前一级。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，每级荷载约为破坏荷载的20%，每次加载时间间隔为5-10分钟。

实际的加载等级为0-20kN-40kN-60kN-80kN-100kN-120kN-140kN … 4.2量测内容 （1）混凝土平均应变

由布置在柱内部纵筋表面和柱混凝土表面上的应变计测量，混凝土应变测点布置如下图。

位移计

250

250

150650

15

1324

4040

4015

小偏心受压柱试验混凝土应变测点布置

（2）纵筋应变

由布置在柱内部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置如下图。

小偏心受压柱试验纵向钢筋应变测点布置

（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，侧向挠度测点布置如下图。

小偏心受压柱试验侧向挠度测点布

300

250

250

150

650

应变片共计8片

3

3

150

3-3

应变片共计8片

25

25

300

650

位移计支杆5

300

位移计6

位移计7

（4）裂缝

试验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm的网格。试验时借助放大镜查找裂缝。

5、试验结果整理

A、试验原始资料的整理

经过对原始数据的分析，选取各个荷载阶段有代表性的数据，包括纵向钢筋应变、测量混凝土平均应变的四个侧面位移计和测量挠度的三个位移计的数据，并对其进行整理，如下：

B、裂缝发展情况描述及裂缝照片

随着荷载增加，在试件的正反面均出现由加载位置至牛腿脚点倾斜的裂缝。荷载继续增大后，在试件牛腿脚点处、试件加载处均出现表面混凝土脱落现象。在试件侧面、牛腿斜面、试件牛腿一侧侧面出现各种裂缝。当荷载加至330kN左右时，混凝土大量脱落，试件上端主斜裂缝处断裂，与此同时，在试件背侧面出现横向拉裂缝，试验加载结束。

试件侧面裂缝

试件破坏时斜裂缝C、荷载—挠度关系曲线

D、荷载—曲率关系曲线

E、荷载—纵筋应变关系曲线

实际构件极限荷载为337.8kN，比预估值高出38.4%。可能的原因如下：

1、实验时混凝土养护时间已经超过要求的标准的28天，强度有所提高。

2、计算时所采用的安全系数等等都为该构件的抗压性能提供了一定的安全储

备，导致实际的抗压强度高于计算预估的抗压强度。

3、混凝土计算公式本身的不确定性以及材料性质的不确定性导致，如钢筋的强度可能高

于设计强度，因为设计值取的是满足95%保证率的强度值，而实际值很可能比这个偏大。

7、试验结论

小偏心受压构件加载试验情况如下：随着荷载的增大，靠近轴向力一侧的混凝土压应力不断增大，直至达到其抗压强度而破坏。此时该侧的钢筋应力也达到抗压屈服强度，而远离轴向力一侧混凝土及钢筋的应力均较小。构件破坏时受压区段较长，开裂荷载和破坏荷载很接近，破坏前无明显预兆，破坏时，构件因荷载引起的水平挠度比大偏心受压构件小得多。

8、试验建议

小偏心受压构件破坏时的基本特征是破坏直接始于受压区混凝土的压碎，构件破坏时，远离轴向力一侧的钢筋或受拉或受压，但远离轴向力一侧的钢筋不会受拉屈服。当偏心距稍大时，远离轴向力一侧会有受拉区存在，该处的混凝土及钢筋均承受拉应力。如果混凝土的拉应力出过其抗拉强度，就会出现裂缝。如果偏心距很小，截面可能全面受压。但是远离轴向力一侧的混凝土会小一些。可增加一组偏心距不同的对照试验，进行对比，可以更加清晰的直观的了解小偏心受压试验的相关现象和原理。

而且本次试验所得结果比计算结果偏大较多，应在相同条件下制作同样尺寸的混凝土构件，在同样试验环境下进行第二次试验，以得出比较准确的承载力结果。