《混凝土结构基本原理》试验课程作业
混凝土受弯构件适筋梁破坏试验方案
试验名称 混凝土受弯构件适筋梁破坏试验 试验课教师 姓名 学号
手
机
号
任课教师 日
期
L ENGINEERING
1. 试验目的
通过观察混凝土适筋梁受弯破坏的全过程，认识混凝土适筋梁的受弯性能；理解和掌握钢筋混凝土适筋梁受弯构件的试验方法和实验结果，通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。
通过试验加深对混凝土机构基本构件的受力性能的理解。
2. 试件设计
2.1 材料和试件尺寸
试件尺寸：b ×h ×l=100×150×1400；
混凝土强度等级：C25 f c =11.9MPa ；f t =1.27MPa ； 纵向受拉钢筋种类：HRB335；
箍筋的种类：HPB235（纯弯段无箍筋）； 纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm ；
2.2 试件设计
2.2.1试件设计的基本原理及依据
根据梁正截面受压区相对高度ε和界限受压区相对高度εb 的比较可以判断出受弯构件的类型，当ε≤εb 时，为适筋梁；当ε≥εb 时为超筋梁。
界限受压区相对高度εb 按下式计算：
Es
f y
0033.018
.0b +
=
ε
其中在进行受弯试件梁设计的时候，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。
为满足发生适筋破坏，应有以下配筋率的要求：
min b ρρρ<<
其中，min 0.45
t y f f ρ=，1t b b y
f f αρε=。
同时，为保证承剪段不发生受剪破坏，有受剪承载力要求：
max 001.75
1sv u cs t yv A V V V f bh f h s
λ≤==
++ 按《混凝土结构基本原理（第二版）》第五章第七节相关知识，有以下正截面承载力相关公式：
1100(h
)(h )22
c y s u c y s f bx f A x x M M f bx f A αα=⎧⎪⎨==-=-⎪⎩ 2.2.2试件的主要参数
配筋图如下
图1 适筋梁构造配筋图 表1 少筋梁受弯试件的配筋
试件编号
截面尺寸
配筋情况
LA —1
100150mm mm ⨯
①
② ③
212φ 28φ 6@50(2)φ
2.3 试件的制作
将试件按照设计方案及标准方法制作好，并按照规定的养护情况养护至规定龄期。
试件制成后，在试验前应将试件表面刷白，并分格画线，分格大小按5050mm mm ⨯。
在刷白前应对试件进行检查，包括收集试件的原始设计资料、设计图纸和计算书，施工和制作记录，原材料的物理力学性能试验报告等文件资料；对结构构件的跨度、截面、钢筋的位置、保护层厚度等实际尺寸及初始挠度、变形、原始裂缝等作出书面记录，绘制详图。
对钢筋位置、实际规格、尺寸和保护层厚度也可在实验结束后进行量测。
3. 加载装置和加载方式
3.1 加载装置
图2为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 =1400mm ，a =100mm ，b=400mm ，c=400mm 。
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—分配梁滚动铰支座；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2 梁受弯试验装置图
加载简图、弯矩剪力图如图3所示：
图3 加载简图、弯矩剪力图
3.2 加载制度
采用单调分级加载机制，加载分级情况为：①在加载到开裂试验荷载计算值的90%之前，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%之后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5%；③当试件开裂后，每级荷载取10%的承载力试验荷载计算值（Pu ）的级距；④加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏，记录破坏荷载。
承载力极限状态确定方法：①受拉主钢筋拉断；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挠度达到跨度的1/30。
3.3 材料试验
3.3.1 混凝土材料试验
按国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081-2002）规定，用边长为150mm 的立方体作为标准试件，将标准试件在203C ±的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d ，按照标准试验方法测得破坏荷载，由cc F
f A
=
所得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为2/(MPa)N mm 。
同时由0.55
0.395t cu f f =计算混凝土抗拉强度t f ；由
荷载—应变曲线计算混凝土的弹性模量s E 。
3.3.1 钢筋单调加载拉伸试验
钢筋试样采用不经切削加工的原截面钢筋。
根据各类钢筋标准规定的伸长率标准和试验机的上下夹头的最小距离，夹头高度等因素决定试件长度。
加载前在加载段取长度L 并标
记，加载时，在弹性范围内保持加载速率3~30MPa/s 的范围内，直至获得屈服点和上屈服点。
卸载后，量取标记之间距离'L ，并计算钢筋弹性模量
s
E ，并参考标准值做修正。
4. 量测与观测
4.1 荷载
荷载测量采用在加荷处放置压力传感器，由压力传感器直接显示于试验机终端上。
4.2 钢筋应变
试件制作时，在纵向钢筋上预埋粘贴电阻应变片，贴于钢筋外侧，以量测加载过程中钢筋的应力变化。
具体测点布置见图4。
图4 纵筋应变片布置
4.3 混凝土应变
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5。
图5 试件混凝土平均应变测点布置
4.4 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。
4.5 裂缝
试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm ×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，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu~0.7Pu)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。
5. 试验结果预测
5.1 开裂荷载、极限荷载
由《混凝土结构基本原理（第二版）》第五章相关知识，有：
s E c E E α=
，E 2s
A A bh αα=
开裂弯矩： 2
0.292(1 2.5)cr A t M f bh α=+ 开裂荷载： 6cr
cr M P L =
极限弯矩和极限荷载： 10(h )26y s
c u y s u u
f A x f b x
M f A M P L α⎧=
⎪⎪⎪=-⎨⎪
⎪=⎪⎩
代入相关数据，有 6.64,24.26cr u P kN P kN ==。
5.2第一阶段——弹性阶段
6.64
cr P P kN ≤=阶段，混凝土和钢筋公共工作，测量项目：挠度，纵筋应变和混凝土
应变度均与荷载成线性关系，梁截面应力呈线性分布，平截面假定基本符合。
cr P P =时，纯弯段某一薄弱截面出现第一条垂直裂缝，此时梁承担的弯矩称为开裂弯矩。
5.3第二阶段——带裂缝工作阶段
cr u P P P <<阶段，梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力激增，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。
测量项目：纵筋应变仍保持与荷载的线性关系，而混凝土的应力由线性转入非线性状态，受此影响，挠度同时也转为非线性变化。
5.4第三阶段——破坏阶段
24.26u P P kN =接近于时，纵筋屈服，在很小的荷载增量下，梁产生很大的变形。
裂
缝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。
量测项目：纵筋应变进入屈服阶段，混凝土应变保持非线性增长，并可能会由于开裂导致应变片破坏使数据失效。
挠度急剧增加。
当=u P P 时，压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限受压应变，压区混凝土压碎，或纵筋拉断，梁正截面破坏。
5.5裂缝特性预测
开裂后，拉区裂缝随荷载增加不断增加，出现的第一条裂缝为最大裂缝。
极限荷载时，压区混凝土被压碎，出现压区细小而密集的裂缝。
在整个破坏过程中，要历经相当大的变形，破坏前有明显征兆，属于延性破坏。
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