《混凝土结构设计原理》实验报告实验一钢筋混凝土受弯构件正截面试验土木工程专业11 级2班姓名陈静洁学号2二零一三年十月仲恺农业工程学院城市建设学院目录一、实验目的 (2)二、实验设备 (2)2.1 试件特征 (2)2.2 实验仪器设备 (2)2.3 实验装置 (2)三、实验成果与分析 (3)实验简图 (3)1 实验简图 (3)2 少筋破坏-配筋截面图 (3)3 适筋破坏-配筋截面图 (3)4 超筋破坏-配筋截面图 (4)3.1少筋破坏： (4)（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数据对比，分析原因 (4)（2）绘出试验梁p-f变形曲线 (5)（3）绘制裂缝分布形态图 (5)（4）简述裂缝的出现、分布和开展的过程与机理 (6)（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝的影响 (6)3.2适筋破坏： (6)（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数据对比，分析原因 (6)（2）绘出试验梁p-f变形曲线 (7)（3）绘制裂缝分布形态图 (7)（4）简述裂缝的出现、分布和开展的过程与机理 (9)（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝的影响 (10)3.3超筋破坏： (10)（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数据对比，分析原因 (10)（2）绘出试验梁p-f变形曲线 (11)（3）绘制裂缝分布形态图 (12)（4）简述裂缝的出现、分布和开展的过程与机理 (12)（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝的影响 (12)四、实验结果讨论与实验小结 (13)仲恺农业工程学院实验报告纸城市建设学院 （院、系） 土木工程 专业 112 班 1 组 混凝土结构设计原理 课实验一 钢筋混凝土受弯构件正截面试验1. 实验目的：（1） 了解受弯构件正截面的承载力大小、挠度变化及裂缝出现和发展过程； （2） 观察了解受弯构件受力和变形过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征；（3）测定或计算受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证正截面承载力计算方法。

2.实验设备：试件特征（1）根据实验要求，试验梁的混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋强度等级ＨＲＢ４００)/360,/54022(mm fmm fN N ystk==，箍筋与架立筋钢筋强度等级ＨＲＢ３３５)/3002(mm fN yv=。

（2）试件为b ×h=250×600mm 2,纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为20mm 。

少筋、适筋、超筋的箍筋都是12@80，保证不发生斜截面破坏；纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为20mm 。

（3）梁的受压区配有两根 10 的架立筋，通过箍筋与受力筋绑扎在一起，形成骨架，保证受力钢 筋处在正确的位置。

试验仪器设备：（1）静力试验台座、反力架、支座与支墩（2）手动式液压千斤顶 （3）20T 荷重传感器（4）YD -21 型动态电阻应变仪 （5）X -Y 函数记录仪（6）YJ -26 型静态电阻应变仪及平衡箱 （7）读数显微镜及放大镜（8）位移计（百分表）及磁性表座（9）电阻应变片、导线等实验装置：)/0.3,/1.20,/43.1,/01.2,/3.1424222210mm E mm fmm fmm fmm f N N N N N c ckttkc⨯=====（3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。

实验简图少筋破坏-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： F cr=13.586KN F u=12.593KN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：F cr=16.7KN F y=136.3KN F u=140.3KN超筋破坏-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：F cr=34.06KN F u=57.45KN3.1 少筋破坏：（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A S=157mm2 a s=20+12+102=37mmℎ0=ℎ−a s=600−37=563mm由于α1f c bx=A s f tk所以M≤M cr=α1f c bx（ℎ0−x2)=f tk A s（ℎ0−x2)开裂弯矩x cr=A s f tkα1f c b =157×2.011.0×14.3×250=0.088mmM cr=A s f tk(ℎ0−x cr)=2.01×157×[563−0.088]=0.178KN·M开裂荷载F cr=M cr a=0.1782.8=0.064KN 极限弯矩x u=A s f stkα1f ck b =157×5401.0×20.1×250=16.87mmM u=A s f stk(ℎ0−x cr2)=540×157×[563−16.872]=47.02KN·极限荷载 F u=M u a=47.022.8=16.79KN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计算钢筋混凝土开裂时的受压区高度x ，采用了f c 即混凝土轴心强度设计值，实际上在实验的时候那个力并没有这么大；②各阶段的计算值都是开裂、破坏现象出现前的荷载，但是实验给出的荷载是现象发生后的荷载； ③破坏荷载与屈服荷载的大小相差很小；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）注：在很小荷载的作用下，少筋梁即破坏，挠度无法计算（3）绘制裂缝分布形态图。

（计算裂缝）注：少筋梁在裂缝出现到破坏期间时间极短，裂缝难以计算。

（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。

①在荷载为0.8KN时，梁处于弹性阶段。

在此阶段混凝土的受压应力应变曲线和受压应力应变曲线都近似直线，因此基本上可看成混凝土在弹性范围内工作。

而钢筋此时也工作在弹性范围内，所以整根钢筋混凝土梁可近似看成一根匀质弹性梁。

在加载过程中梁的刚度不变，变现为这一阶段梁的挠度—荷载曲线基本为直线。

在受压区混凝土压应变增大过程中，受压钢筋拉应力呈直线增加，受压区压力和受拉区合拉力也基本呈直线增加，由平截面假定可知，此时的受压区高度应近似保持不变。

②受拉混凝土呈现塑性到开裂破坏阶段。

在荷载此阶段荷载只要增加少许，受压区混凝土拉应变超过极限拉应变，部分薄弱地方的混凝土开始出现裂缝。

在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子（理论上）把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，像钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。

此时受压区混凝土也开始便显出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。

此时因为配筋率少于最小配筋率，故一旦原来由混凝土承担的拉力由钢筋承担后，钢筋迅速达到屈服。

受压区高度会迅速降低，以增加内力臂来提高抗弯能力。

在受压区高度降低的同时，荷载也会降低，直到由受压区高度降低所提高的抗弯能力等于降低后的荷载所引起的弯矩时，受压区高度才稳定下来。

在挠度---荷载曲线上就表现为荷载有一个突然的下降。

然后受压区高度进一步下降，钢筋历尽屈服台阶达到硬化阶段，荷载又有一定上升。

此时受压区混凝土仍未被压碎，即梁尚未丧失承载能力。

但这时裂缝开展很大，梁严重下垂，也被视为已达破坏。

（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，最大裂缝值越小，但配筋率的提高对减小挠度的效果不明显。

3.2 适筋破坏：（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：A S=1964mm2a s=20+12+252=44.5mmℎ0=ℎ−a s=600−44.5=555.5mm，取556mm 开裂弯矩=(1964×2.01)/(1.0×14.3×250)=1.1mm x cr=f tk A sα1f c bM cr =f tk A s (ℎ0−x cr 2)=2.01×1964×[556−1.12]=2.19KN ·M开裂荷载 F cr=M cr a=2.19/2.8=0.78KN屈服弯矩X y =f y A s α1f c b=1964×3601.0×14.3×250=197.77mm M y =f y A s (ℎ0−x2)=360×1964×[556−197.772]=323.20KN ·M屈服荷载 F y=M y a=323.20/2.8=115.43KN极限弯矩x u =f stk A s α1f ck b=1964×5401.0×20.1×250=211.06mmM u =540×1964×[556−211.062]=477.75KN ·M极限荷载 F u=M u a=477.22/2.8=170.44KN通过对比数据，分析计算数据与实验数据存在较大的误差，有如下原因： ①在钢筋混凝土开裂阶段， σc 的值不能确定，的值较大，故取计算所得的值偏小；②实验值忽略梁的自重，但通过理论计算的方法已把梁的自重纳入计算；（2）绘出试验梁p -f 变形曲线。

（计算挠度） 理论计算：A S =1964mm 2 ℎ0= 556mm开裂挠度：σsq=M crη×ℎ0×A S = 2.19×1060.87×556×1964=2.305N/mm2ψ=1.1−0.65f tkρte×ρsq =1.1−0.65 2.010.026×2.305=负数，ψ取0.2B s=E s A Sℎ021.15ψ+0.2+6αEρ=2×105×1964×55621.15×0.2+6×0.094=1.222×1014N·mm2B=M cr B sM cr(θ−1)+M cr =B s2=1.222×10142=6.108×1013f=S·M cr l02B =0.106×2.19×106×840026.108×10130.268mm屈服挠度：极限挠度：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）最大裂缝宽度：)08.09.1(max ρσαωψteeq s ssq cr dC E+=（026.0,321220,9.1===+==AA C testes cr ρα）屈服最大裂缝宽度：mm teeq s ssq cr dC E423.0)026.02508.0329.1(234095.09.1)08.09.1(105max =⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=ρσαωψ极限最大裂缝宽度：mm teeq s ssq cr dC E658.0)026.02508.0329.1(289.50295.09.1)08.09.1(105max =⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=ρσαωψ（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。