混凝土结构实验指导书(打印)

钢筋应变片（贴于钢筋下侧）
1000
1000
钢筋应变片 1 100 钢筋应变片 2
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
5
200
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。
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3、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） 实测值 理论值 实测/理论 破坏荷载P u（kN） 最大挠度 f（mm）
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4. 描述梁的破坏特征，并对受弯梁的工作性能作出评定。
10
实验二
一、实验目的
钢筋混凝土梁受剪性能试验
②屈服弯矩估算 作为估算，可以假定钢筋屈服时，压区混凝土的应力为线性分布，因此有：
M y f y As (h0 xn / 3) 0.9 M u
③极限弯矩估算
(3)
M u 1 f cbh02b 1 0.5b
(4)
按现行规范计算试验梁的极限承载力， 并选定加荷级数 （一般选用 10 级） 及每级加载的荷载量。 第一级应考虑梁自重、分配梁和千斤顶自重等荷载，临近开裂和破坏时，可半级或 1/4 级加载。
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。
2、开裂荷载实测值确定方法
对于正截面出现裂缝的试验构件，可采用下列方法确定开裂荷载实测值： ① 放大镜观察法 用放大倍率不低于四倍的放大镜观察裂缝的出现； 当加载过程中第一次出
现裂缝时，应取前一级荷载作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间内第一次出现裂缝时， 应取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间结束后第一 次出现裂缝时，应取本次荷载值作为开裂荷载实测值。 ② 荷载－挠度曲线判别法 测定试件的最大挠度， 取其荷载－挠度曲线上斜率首次发生突变
b
1
0.8 fy 0.0033Es
(1)
其中在进行受弯试件梁设计时， f y 、 Es 分别取《混凝土结构设计规范》规定的钢筋受拉强度标准值 和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时， f y 、 Es 分别取钢筋试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准 值和弹性模量。
2、试件的主要参数
① 试件尺寸（矩形截面） ：b×h×l＝100×200×2000mm； ② 混凝土强度等级：C25； 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。
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 100mm×100mm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，用读数放大镜及钢直尺等工具量测 各级荷载(0.4P u ~0.7P u )作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，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。
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 2014 年 9 月
目
录
实验一 钢筋混凝土梁受弯性能试验…………………………………….……1 实验一 钢筋混凝土梁受弯性能试验实验报告…………………………….…7 实验二 钢筋混凝土梁受剪性能试验………………………………………...11 实验二 钢筋混凝土梁受剪性能试验实验报告……………………………...15
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（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。
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实验一
钢筋混凝土梁受弯性能试验实验报告
1、实际量测试件的几何尺寸，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
几何尺寸 b×h×l (mm) 砼强度 等级 纵向 受力筋 箍筋 架立筋 保护层厚度 （mm）
8 @100
25 200 25 150
2 8
8 @100
100
212
100
600
600
600
100
图 3 梁截面尺寸及配筋图
3、试件加载估算
①开裂弯矩估算
M cr 0.292(1 2.5 A ) f tk bh2
4
(2)
其中 A
E 2 E As ， E s 。 Ec bh
1
三、试验装置
b
1—试验梁；2—滚动铰支座；3—固定铰支座；4—支墩；5—分配梁滚动铰支座； 6—分配梁固定铰支座；7—集中力下的垫板；8—分配梁；9—反力梁及龙门架；10—千斤顶；
图 1 钢筋混凝土梁受弯试验装置图 P/2 P/2
100
600
600 2000 （a） 加载简图 （kN， mm）
600
时的荷载值作为开裂荷载的实测值； ③ 连续布置应变计法 在截面受拉区最外层表面， 沿受力主筋方向在拉应力最大区段的全长
范围内连续搭接布置应变计监测应变值的发展，取任一应变计的应变增量有突变时的荷载值作为开 裂荷载实测值。
3、承载力极限状态确定方法
对梁试件进行受弯承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已经 达到或超过承载力极限状态，即可停止加载： ① 对有明显物理流限的热轧钢筋，其受拉主筋的受拉应变达到 0.01； ② 受拉主钢筋拉断； ③ 受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到 1.5mm； ④ 挠度达到跨度的 1/30； ⑤ 受压区混凝土压坏。
3
实验一
一、实验目的
钢筋混凝土梁受弯性能试验
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。
七、实验步骤
试验前学生应仔细阅读实验指导书，了解试验过程，粘贴电阻应变片（程序为构件表面磨平处 理、表面清洗、粘贴应变计、导线焊接等） ，要求位置准确，粘贴牢固，无气泡。根据试验梁的截面 尺寸、配筋数量、材料强度等估算试验梁的开裂荷载值和破坏荷载值。试验时，由学生自己提出具 体实施方案，经指导教师同意后，分组自行操作试验。教师给出试验所需的仪器设备并进行实时指 导。具体试验步骤如下： （1）检查试验装置，并按照预定试验方案进行试件安装，布置测试仪表； （2）测量梁的实际跨度、截面尺寸、加载点位置及混凝土应变计位置等； （3）预加载试验（按破坏荷载的 20%考虑） ，按 1~3 级预加载（0→2kN→3kN→4kN） ，测读数 据，观察试件、装置和仪表工作是否正常并及时排除故障，预载值必须小于构件的开裂荷载值，然 后卸载至 0； （4）确认仪表等均正常后，试验开始，读初值； （5）按预定加载方案进行加载，在试验梁上发现第一条裂缝后，对试验梁表面裂缝进行标记， 确定开裂荷载读数； 试验中应认真观察试验梁上原有裂缝的发展和新裂缝的出现等情况并进行标记， 读取裂缝宽度，量取裂缝间距并记录试验数据；
100
0.3P （b）弯矩图（kN·m） P/2
（c）剪力图（kN） 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=2000mm，a=100mm，b=600mm。
（2）砼及钢筋的基本性能参数
fc = fy =
Ec = Es =
（3）根据试件的原始资料，做理论计算 开裂荷载P cr （kN） 屈服荷载P y （kN） 极限荷载P u （kN）
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、荷载与受拉钢筋应变点 s 的关 系曲线、荷载与受压区砼最大应变点 c 的关系曲线；
学生实验守则
一、学生必须按照教学计划规定的时间到实验室上实验课，不得无故迟到、早退。 二、实验前必须认真预习实验讲义或实验指导书，明确实验目的和基本要求，掌握实验原理、方法、 步骤，了解有关仪器的性能配置，熟悉其操作规程及安全注意事项。 三、进入实验室必须遵守实验室的一切规章制度，在实验室内服从教师指导，在指定地点进行实验； 保持室内清洁、安静，不许吸烟、随地吐痰、乱扔纸屑及其它杂物。 四、实验前应核对自己所用的仪器、工具等，如有问题向指导教师报告，未经许可不准动用与本实 验无关的仪器设备。 五、实验中听从指导教师和实验技术人员的指导，提倡独立思考、科学操作、细致观察、如实记录， 自觉培养严谨、求实的科学作风和生动活泼、勇于探索创新的学风。 六、实验时要注意安全，防止发生意外。若发生事故，应及时向实验指导人员报告，并采取相应的 措施，减少事故的损失。 七、实验完毕后，须整理好使用的仪器设备，清理实验场地，经指导教师同意后，方可离开实验室。
七、量测内容
1、混凝土平均应变
在梁跨中一侧面布置 4 个位移计，位移计间距 40mm，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。
图 4 梁受弯试验混凝土平均应变测点布置
2、纵向钢筋应变
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。
五、测试方法及试验中所用的仪器、仪表
1. 测试方法—正位实验、机测法、电测法结合 2. 加载设备—加荷架、手动千斤顶 3. 测试设备—静态电阻应变仪
3
4. 位移计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ百分表 5. 裂缝—读数显微镜（或裂缝测宽仪） 6. 其它—卷尺、毛笔、墨、放大镜等
六、试件设计 1、试件设计的依据
根据梁正截面受压区相对高度 和界限受压区相对高度 b 的比较可以判断出受弯构件的类型： 当 b 时，为适筋梁；当 b 时，为超筋梁。界限受压区相对高度 b 可按下式计算：
四、加载方式 1、单调分级加载机制
试件的加载简图和相应的弯矩、剪力图见图 2 所示。梁受弯试验采用单调分级加载，每次加载 时间间隔为 15 分钟。在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷
2
载是分级荷载的前 2 级。 对于适筋梁，①在加载到开裂试验荷载计算值的 90％以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值 的 20％；②达到开裂试验荷载计算值的 90％以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的 5％；③当试件 开裂后，每级荷载值取 10％的承载力试验荷载计算值（P u ）的级距；④当加载达到纵向受拉钢筋屈 服后， 按跨中位移控制加载， 加载的级距为钢筋屈服工况对应的跨中位移 y ； ⑤加载到临近破坏前， 拆除所有仪表，然后加载至破坏。