《建筑结构试验》+答案
发布时间:2019-09-30 16:23:52
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《建筑结构试验》实践环节
(课程编号:2448)
钢筋混凝土受弯梁试验报告
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时间:2 0 年 月 日
钢筋混凝土受弯梁试验报告
一、试验目的
1、掌握制订混凝土结构构件试验方案的原则,设计钢筋混凝土简支梁的制作方案、受弯破坏的加荷方案和测试方案。
2、熟悉常用钢筋混凝土构件制作及测试系统的组成,能根据试验设计量程和精度要求准确选择试验设备和测量仪器。
3、初步掌握试验量测数据的整理和分析技术,正确撰写试验报告。
4、深化所学知识,培养动手能力和创新能力,提高科研兴趣。
二、试件设计和制作
1、步骤
(1)设计钢筋混凝土梁截面尺寸及配筋,在结构实验室按设计图纸要求进行钢筋下料。设计钢筋混凝土梁如图1,梁长1500mm,计算跨径为1350mm,截面尺寸为125235mm。采用C20混凝土,纵筋为HRB335,箍筋级别为HPB235。
图1 钢筋混凝土梁截面尺寸
(2)按设计绑扎钢筋,形成骨架,转运到工程训练中心。
(3)按混凝土梁截面尺寸选择好模板,支好模板,将模板内表面涂一薄层脱模剂以备脱模方便;将制作完的钢筋笼按设计要求放入模板内,模板内事先放有设计好的保护层垫块。
(4)将拌合均匀的混凝土装入模板内,填充饱满,振捣密实,并制作立方体试件。
(5)在自然条件下养护28天,几天后拆除模板,注意浇水。
(6)将混凝土梁和试件运至实验室,按照预定方案进行承载力试验,观测裂缝的产生与开展情况,记录试件受力各个过程的现象,直至试件破坏,并与预测结果比较,完成试验报告。
2、试件检查
在养护28天后,进行试验。
试件实际尺寸:钢筋混凝土梁长1.5m,高235mm,宽125mm;
混凝土立方体试件尺寸:150150150mm。
试件外观特征:钢筋混凝土梁底面、侧面平滑,顶面略显粗糙,混凝土颜色基本一致,少部分区域略有颜色不均现象,呈黑色状,无钢筋裸露现象,无流浆现象,底部存在个别蜂窝。
三、测试方案
试验全过程要测读荷载施加力值、挠度和应变的数据。
1、试验设备
表1 试验设备一览表
2、测点布置
采取在梁跨中施加一集中力作用,跨中位置较为薄弱,且挠度最大,应力较大,故将测点布置在跨中位置,分别测定跨中位置挠度、受拉区边缘应变、受压区边缘应变及中间区域应变。
测点布置如图2所示。
图2 钢筋混凝土梁测点布置图
应变片测点编号如图3。
图3 混凝土应变测点位置及编号
3、受弯破坏的加载方案
1)加载图式
图4 钢筋混凝土梁加载图式
2)加载方式
(1)预加载:将混凝土梁的自重和梁上跨中位置处垫板、千斤顶等设备重作为预加载值。
(2)正常使用荷载试验和破坏试验加载
荷载分级原则:在正常使用荷载以内,每级取其荷载值的20%,一般分五级加至标准荷载;超过正常使用荷载后,每级取其荷载值的10%,当荷载加至承载力试验荷载计算值的90%以后,每级取正常使用荷载的5%,直至破坏。
3)卸载:当试件破坏后卸载,清理实验室,整理资料。
四、混凝土立方体试件抗压强度试验
1、将试件从养护地点取出后及时进行试验,先将试件表面和上下承压面擦干净。
2、将试件安放在试验机的下压板上,立方体的中心与试验机下压板中心对准,落上压板,当上压板与试件接近时,调整试件与试验机,使接触均衡。
3、连续均匀加荷。
4、当试件接近破坏并开始急剧变形时,停止加压,直至试件破坏,记录破坏荷载。清理破坏的试件。
5、根据破坏荷载,计算混凝土抗压强度,实测混凝土强度为27.3MPa。
五、试验荷载计算
根据混凝土抗压强度,计算梁开裂荷载和破坏荷载。
六、梁受弯加载试验
1、试验步骤
(1)安装试件,标好测点位置,用砂纸打磨后涂AB胶,4个小时后打磨,用丙酮清洗干净。
(2)安装仪器仪表,在跨中位置下方安放百分表,在应变片测点位置贴应变片,并焊接线路,联线调试。
(3)试验准备就绪后,首先预加一级荷载,观察所有仪器是否工作正常。加载前读百分表和应变仪,检查有无初始裂缝并记录。
(4)按加载方案加载,每级加载后等试件变形趋于稳定后,再仔细测读仪表读数,待校核无误,方可进行下一级加荷,直至加到破坏为止。加载过程中注意观察梁有无裂缝等。
(5)构件裂缝较大时拆除记录挠度的百分表,继续加载至完全破坏时,记下破坏荷载值。
(6)整理分析试验结果。
2、试验记录
表2 梁受弯试验计录表
3、试验结果整理分析
(1)在下图上画出梁的裂缝开展和破坏形态图。
(2)在下图中画出梁的荷载—变形曲线图。
(3)对表2实测数据进行判别,选择有效测点数据,画出梁跨中截面在各级荷载作用下的截面应变分布图,并验证平截面假定。
由图3所示各测点位置及平截面假定可知,测点3应为中和轴附近,即应变较小;而测点1应变应较测点2大,且为压应变;测点4可能为压应变,亦可能为拉应变,但从表中数据看,其测值不合理,判定为失效测点;故有效测点为测点2、测点3和测点5。
上图中给出了各级荷载下跨中截面各测点应变情况图,从图中可以看出,跨中截面从加载至破坏各阶段,基本呈一条直线,即同一截面在受荷前后基本保持一平面,符合平截面假定。
(4)试述试验现象,并判定试验梁的破坏属于延性破坏,还是脆性破坏?是适筋梁,还是超筋梁?
①荷载为28KN时,裂缝开始出现但数量较少,裂纹细微长度较短,集中在纯弯段,裂缝的宽度为0.03mm左右;
②荷载为38KN时,裂缝数量逐渐增加,裂纹逐渐变长,支座端开始出现裂纹,裂缝的宽度为0.05mm左右;
③荷载为48KN时,裂缝数量继续增加,裂纹继续变长,分枝状裂缝开始出现,裂缝的宽度为0.08mm左右;
④荷载为68KN 时,裂缝数量持续增加,裂纹持续变长,裂缝的宽度为0.1mm;
⑤荷载为78KN时,裂缝的宽度为0.2mm。随着荷载的增加,裂缝越多越大;
⑥在荷载为98KN时,构件破坏。
从上述试验现象可知,试件从屈服至破坏过程中,荷载增幅较小,但跨中挠度有较大增幅,且受力钢筋达到屈服后,受压区混凝土被压碎破坏,属于典型的适筋梁破坏特征,具有较好的延性。
(5)试件受力情况分析
答:试验构件受到混凝土梁的自重和梁上跨中位置处垫板、千斤顶等设备重力作用,方向向下,两端支座处的受到支座反力,方向向上,试验过程中,通过千斤顶施加的集中荷载,方向向下。在集中荷载加载过程中的受力情况,梁两端三分之一段内截面所受剪力比较大,跨中三分之一则只受弯矩作用,即处于纯弯曲状态。跨中横截面上下部受拉,上部受压,随着外力的增加。通过理论分析如下:
正截面承载力分析
已知构件混凝土为C20,则fc=9.6MPa,b=125mm,ξb=0.55,c=20mm,纵筋为HRB335,则fy=300MPa,As=760mm2
由
则由理论计算可知该试验构件梁为超筋梁,试验结果可以看出有明显的三个阶段属于适筋梁。理论和实验结果有离散差别。
则取可计算得出
则Fu=66.38kN
由上述理论计算可知,构件承载力取Fu=66.38kN,理论结果比试验结果偏小。
(6)梁受弯试验挠度观测方案是否合理?如何改善?并图示
不合理,应在支座处设置位移观测点(参考点),跨中挠度值应为:中间测点减去两支座测点平均值。
(7)分析探讨影响试验定量分析的误差的产生原因,并根据梁受力特点和实测数据,指出哪些测点的数据误差大,不可信?
答:1)实验操作过程误差。
2)仪器误差。
3)记录误差。
4)钢筋在加载停止时,可能出现回缩。
由图3所示各测点位置及平截面假定可知,测点3应为中和轴附近,即应变较小;而测点1应变应较测点2大,且为压应变;测点4可能为压应变,亦可能为拉应变,但从表中数据看,其测值不合理,判定为失效测点。故其对应的数据是不可信的。
七、试验心得体会。