同濟大學混凝土實驗——適筋梁設計方案

1、適筋梁受彎性能試驗方案小組成員：姓名： 學號： 姓名： 學號： 指導老師： 任課教師： 日 期： 適筋梁受彎破壞試驗設計方案一、適筋梁受彎破壞過程：當梁中縱向受力鋼筋的配筋率適中時，梁正截面受彎破壞過程表現(xiàn)為典型的三個階段。第一階段彈性階段（I階段）：當荷載較小時，混凝土梁如同兩種彈性材料組成的組合梁，梁截面的應力呈線性分布，卸載后幾乎無殘余變形。當梁受拉區(qū)混凝土的最大拉應力達到混凝土的抗拉強度，且最大的混凝土拉應變超過混凝土的極限受拉應變時，在純彎段某一薄弱截面出現(xiàn)首條垂直裂縫。梁開裂標志著第一階段的結束。此時，梁純彎段截面承擔的彎矩Mcr稱為開裂彎矩。第二階段帶裂縫工作階段（II階段）：梁

2、開裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋應力激增，且通過粘結力向未開裂的混凝土傳遞拉應力，使得梁中繼續(xù)出現(xiàn)拉裂縫。壓區(qū)混凝土中壓應力也由線性分布轉(zhuǎn)化為非線性分布。當受拉鋼筋屈服時標志著第二階段的結束。此時梁純彎段截面承擔的彎矩My稱為屈服彎矩。第三階段破壞階段（III階段）：鋼筋屈服后，在很小的荷載增量下，梁會產(chǎn)生很大的變形。裂縫的高度和寬度進一步發(fā)展，中和軸不斷上移，壓區(qū)混凝土應力分布曲線漸趨豐滿。當受壓區(qū)混凝土的最大壓應變達到混凝土的極限壓應變時，壓區(qū)混凝土壓碎，梁正截面受彎破壞。此時，梁承擔的彎矩Mu稱為極限彎矩。適筋梁的破壞始于縱筋屈服，終于混凝土壓碎。整個過程要經(jīng)歷相當大的變形，破壞前有明

3、顯的預兆。這種破壞稱為適筋破壞，屬于延性破壞。二、 實驗目的：（1） 通過實踐掌握試件的設計、實驗結果整理的方法。（2） 加深對混凝土基本構建受力性能的理解。（3） 更直觀的了解適筋梁受彎破壞形態(tài)及裂縫發(fā)展情況。（4） 驗證適筋梁破壞過程中的平截面假定。（5） 對比實驗值與計算理論值，從而更好地掌握設計的原理。三、 實驗裝置：圖1為本方案進行梁受彎性能試驗采用的加載裝置，加載設備為千斤頂。采用兩點集中力加載，以便于在跨中形成純彎段。并且由千斤頂及反力梁施加壓力，分配梁分配荷載，壓力傳感器測定荷載值。梁受彎性能試驗中，采用三分點加載方案，取，。圖2.a為加載簡圖，此時千斤頂加力為，經(jīng)過分配梁后，

4、可視為兩個大小為的集中荷載分別作用于圖示位置。圖2.b為荷載作用下的彎矩圖。由此圖可知，純彎段的彎矩最大，.圖2.c為荷載作用下的剪力圖。1試驗梁；2滾動鉸支座；3固定鉸支座；4支墩；5分配梁滾動鉸支座；6分配梁滾動鉸支座；7集中力下的墊板；8分配梁；9反力梁及龍門架；10千斤頂；圖1 梁受彎試驗裝置圖（a）加載簡圖（）（b）彎矩圖（）（c）剪力圖（）圖2 梁受彎試驗加載和內(nèi)力簡圖四、 加載方式：（1）單調(diào)分級加載機制：梁受彎試驗采取單調(diào)分級加載，每次加載時間間隔為15分鐘。在正式加載前，為檢查儀器儀表讀數(shù)是否正常，需要預加載，預加載所用的荷載是分級荷載的前兩級。具體加載過程為： 在加載到開裂

5、荷載計算值的90%以前，每級荷載不宜大于開裂荷載計算值得20% 達到開裂荷載計算值的90%以后，每級荷載不宜大于其荷載值的5%； 當試件開裂后，每級荷載值取10%的承載力試驗荷載計算值的級距； 當加載達到縱向受拉鋼筋屈服后，按跨中位移控制加載，加載的級距為鋼筋屈服工況對應的跨中位移； 加載到臨近破壞前，拆除所有儀表，然后加載至破壞。（2）開裂荷載實測值確定方法：對于本次試驗，采用放大鏡觀測法確定開裂荷載實測值。具體過程：用放大倍率不低于四倍的放大鏡觀察裂縫的出現(xiàn)；當加載過程中第一次出現(xiàn)裂縫時，應取前一級荷載作為開裂荷載實測值；當在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內(nèi)第一次出現(xiàn)裂縫時，應取本級荷載值與前一級荷載

6、的平均值作為開裂荷載實測值；當在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結束后第一次出現(xiàn)裂縫時，應取本次荷載值作為開裂荷載實測值。（3）承載力極限狀態(tài)確定方法：對梁試件進行受彎承載力試驗時，在加載或持載過程中出現(xiàn)下列標記即可認為該結構構件已經(jīng)達到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載： 受拉主鋼筋拉斷； 受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5mm； 撓度達到跨度的1/30； 受壓區(qū)混凝土壓壞。五、 試件設計：（1）試件設計的依據(jù)根據(jù)梁正截面受壓區(qū)相對高度和界限受壓區(qū)相對高度的比較可以判斷出受彎構件的類型：當時，為適筋梁；當時，為超筋梁。界限受壓區(qū)相對高度可按下式計算：在設計時，如果考慮配筋率，則需要確保 其中在進行受彎

7、試件梁設計時，、分別取混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定的鋼筋受拉強度標準值和彈性模量；進行受彎試件梁加載設計時，、分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模量。同時，為了防止出現(xiàn)少筋破壞，需要控制梁受拉鋼筋配筋率大于適筋構件的最小配筋率，其中可按下式計算：（2）試件的主要參數(shù) 試件尺寸（矩形截面）：b×h×l180×250×2200mm；混凝土強度等級：C35；縱向受拉鋼筋的種類：HRB400；箍筋的種類：HPB300（純彎段無箍筋）；縱向鋼筋混凝土保護層厚度：25mm；（3）配筋計算： 由所選材料性能可知: =0.523所以，當所配縱筋為314時，鋼筋

8、面積As=462mm2;此時所以該梁為適筋梁綜上所述，試件的配筋情況見圖3和表1：圖3 梁受彎實驗試件配筋表試件編號試件特征配筋情況預估荷載P (kN)PcrPyPuMLA適筋梁314210850(2)27.56693.063103.403說明：預估荷載按照混凝土結構設計規(guī)范給定的材料強度標準值計算，未計試件梁和分配梁的自重。（4）試件加載估算1. 開裂彎矩估算2. 屈服彎矩估算作為估算，可以假定鋼筋屈服時，壓區(qū)混凝土的應力為線性分布，因此有：3. 極限彎矩估算4. 抗剪驗算梁中箍筋采用上述配置，及，此時梁的抗剪能力如下： 此時 因為 ，所以該梁出現(xiàn)正截面破壞，符合要求。六、 量測內(nèi)容：（1）

9、 混凝土平均應變在梁跨中一側(cè)面布置5個位移計，位移計間距50mm，標距為150mm，以量測梁側(cè)表面混凝土沿截面高度的平均應變分布規(guī)律，測點布置見圖4。圖4梁受彎試驗混凝土平均應變測點布置（2）縱向鋼筋應變在試件縱向受拉鋼筋中部粘貼電阻應變片，以量測加載過程中鋼筋的應力變化，測點布置見圖5。圖5 縱筋應變片布置（3）撓度對受彎構件的撓度測點應布置在構件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，如圖6所示。在試驗加載前，應在沒有外荷載的條件下測讀儀表的初始讀數(shù)。試驗時在每級荷載下，應在規(guī)定的荷載持續(xù)試件結束時量測構件的變形。結構構件各部位測點的測度程序在整個試驗過程中宜保持一致，各測點間讀數(shù)時間間隔不宜過長。圖6 梁受彎試驗撓度測點布置（4）裂縫試驗前將梁兩側(cè)面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗時借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構件開裂后立