混凝土設(shè)計原理

1、混凝土設(shè)計原理實驗指導(dǎo)書（土木工程專業(yè)用）南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院目 錄實驗一：單筋矩形截面梁破壞1實驗二：受彎構(gòu)件斜截面破壞4實驗三：偏心受壓柱破壞10試驗一 單筋矩形截面梁破壞學(xué) 時：2學(xué)時實驗性質(zhì)：綜合性實驗?zāi)康囊螅和ㄟ^對適筋梁、超筋梁和少筋梁的試驗，加強對鋼筋混凝土梁正截面受彎破壞過程的認(rèn)識，了解正截面科學(xué)研究的基本方法，驗證受彎構(gòu)件正截面承載力計算方式。實驗內(nèi)容：1、觀測適筋梁、超筋梁的裂縫出現(xiàn)和開展過程、撓度變化以及破壞特征，并記下開裂荷載實測值（Pcr）和破壞荷載實測值（Pu）。2、 量測適筋梁在各級荷載下的跨中撓度值，繪制梁跨中的荷載（內(nèi)力）一撓度曲線（M-f曲線）。3、 量

2、測適筋梁在純彎區(qū)段沿截面高度的平均應(yīng)變，繪出沿梁高度的應(yīng)變分布圖形，驗證平截面假定。4、 通過在主筋上測定的應(yīng)變，驗證鋼筋屈服與梁破壞之間的關(guān)系。5、 觀察和描繪試件破壞情況和特征，比較適筋梁與超筋梁的破壞形態(tài)及破壞荷載。6、 根據(jù)規(guī)范方法計算試件破壞承載力理論值并與試驗值比較。試件設(shè)計與制作：1、 試件設(shè)計為確保梁正截面強度破壞，在剪彎區(qū)段所配箍筋需加強，縱筋端部錨固足夠可靠。圖1-1和表1-1給出了L-1(適筋梁)、L-2（超筋梁）L-3（少筋梁）的配筋詳圖及截面參數(shù)，混凝土采用C15，縱向受力筋采用HPB235鋼筋（帶彎鉤）和HRB335鋼筋（不帶彎鉤）。表1-1 項目梁號截面尺寸bh(

3、mm2)號筋號筋號筋L1(mm)L2(mm)保護層厚C(mm)L-112018021228610095070015L-212018022028610095070015L-31503002628610095070015圖1-1試件尺寸和配筋圖圖1-2測點布置圖2、 試件制表試件采用干硬性混凝土、平板振搗器振搗、蒸汽養(yǎng)護或自然養(yǎng)護28天，制作試件同時預(yù)留混凝土立方體試塊（150150150mm）和縱向受力鋼筋試件以測得混凝土和鋼筋的實際強度，填入表1-2用于計算構(gòu)件的實際承載力。表1-2 項目強度（N/mm2）混凝土立方體150150150HRB3356HRB33512HRB33520試驗方法1、

4、加荷裝置方案一：采用千斤頂和反力架進行兩點加荷。方案二：在四柱壓力機上進行兩點加荷。2、觀測方案（1）用百分表量測梁的跨中撓度，其值按下式計算：跨中位移（2）用手持式應(yīng)變儀量測沿截面高度的平均應(yīng)變測點布置見圖1-2。（3）裂縫觀測：用放大鏡觀測裂縫出現(xiàn)，用讀數(shù)顯微鏡測讀裂縫寬，用鋼直尺量取純彎段裂縫間距。（4）試驗完畢，打碎保護層、測定實際保護層厚度。3、安全措施1、試驗梁下設(shè)安全墊塊，以防梁破壞時傷害操作人員和破壞儀表。2、儀表安裝時系安全繩，試件破壞前必須撤除儀表。3、加荷系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠。試驗步驟1、試驗前，先進行材料試驗，并按實測材料強度指標(biāo)計算開裂荷載和構(gòu)件承載力。2、加荷載前，用放

5、大鏡及讀數(shù)顯微鏡檢查有無初始干縮裂縫、讀取百分表和手持式應(yīng)變儀的初始讀數(shù)。3、按荷載短期效應(yīng)組合值的20%分級加荷，構(gòu)件自重及加載設(shè)備重量計入第一級。每級荷載的持續(xù)時間為10分鐘，持續(xù)時間結(jié)束后方可測讀儀表。4、接近估算開裂荷載時，荷載分級降為5%，直至裂縫出現(xiàn)，記下荷載值Pcrs，開裂后荷載分級恢復(fù)為20%。5、構(gòu)件達到正常使用極限狀態(tài)，即荷載達到其短期組合值。持荷時間增加5分鐘。持續(xù)時間結(jié)束后，測讀各儀表，同時用讀數(shù)顯微鏡量測純彎段所有裂縫寬度、量測平均裂縫間距。6、構(gòu)件進入破壞階段、荷載分級調(diào)整為10%，接近承載力極限狀態(tài)時，降為5%，并撤除百分表，持續(xù)時間仍取10分鐘，直至構(gòu)件破壞，記

6、下荷載值Pus。注意事項（1）試驗前必須明確試驗?zāi)康?，仔細閱讀指導(dǎo)書，要求熟悉試驗步驟及有關(guān)注意事項，如有不清楚的地方可進行研究，討論或詢問指導(dǎo)教師，對與本次無關(guān)的儀器設(shè)備不可隨便亂動。（2） 試驗時，一定要聽從指導(dǎo)教師的指導(dǎo)，遵守試驗室規(guī)章制度，特別要注意試件破壞時的安全。（3）試驗結(jié)束后，按要求完成試驗報告。試驗二 受彎構(gòu)件斜截面強度實驗學(xué) 時：2學(xué)時試驗性質(zhì)：綜合性實驗?zāi)康囊螅?、 驗證斜截面強度計算方法，加深認(rèn)識剪壓破壞、斜壓破壞、斜拉破壞等三種剪切破壞形態(tài)的主要破壞特征，以及產(chǎn)生這三種破壞特征的機理。2、 正確區(qū)分斜裂縫和垂直裂縫，彎剪斜裂縫和腹剪斜裂縫；在此基礎(chǔ)上加深了解這二種裂

7、縫的形成原因和裂縫開展的特點。3、 加深了解箍筋在斜截面抗剪中的作用。實驗內(nèi)容：1、 量測試驗梁的撓度。2、 測斜裂縫出現(xiàn)前后箍筋的應(yīng)變。3、 仔細觀察裂縫的出現(xiàn)和開展過程，特別注意觀察剪跨內(nèi)斜裂縫的出現(xiàn)和開展的全過程。斜裂縫出現(xiàn)后，用鉛筆在裂縫旁邊描裂縫，按出現(xiàn)順序編號，并在裂縫頂端注明相應(yīng)的荷載值，待試驗梁破壞后再繪制裂縫分布圖和破壞形態(tài)圖。4、 記錄斜截面破壞荷載，并驗算斜截面破壞時的(和分別為斜截面破壞時的剪力試驗值和理論值)。5、 在試驗過程中，要根據(jù)試驗?zāi)康摹?nèi)容和要求，認(rèn)真做好記錄，并完成試驗報告。試件設(shè)計與制作：1、 此試驗為斜截面強度試驗，在進行試件截面設(shè)計時，要保證梁不發(fā)生

8、正截面破壞而只發(fā)生斜截面破壞，即正截面破壞強度大于斜截面破壞強度。圖21給出了L1（剪壓試驗梁）、L2（斜拉試驗梁）、L3（斜壓試驗梁）的配筋詳圖及截面參數(shù)，設(shè)計時，砼采用C15，縱向受力筋，I級鋼帶彎鉤，II級鋼不帶彎鉤。2、 試件制表試件采用干硬性混凝土、平板振搗器振搗、蒸汽養(yǎng)護或自然養(yǎng)護28天，制作試件同時預(yù)留混凝土立方體試塊（150×150×150mm）和縱向受力鋼筋試件以測得混凝土和鋼筋的實際強度，填入表1-2用于計算構(gòu)件的實際承載力。圖21試驗梁詳圖表21 項目強度（N/mm2）混凝土立方體150150150HPB2356試驗方法：1、 加載裝置根據(jù)試驗梁最大承

9、載能力，決定加載裝置和加載方式。本次試驗有三種不同規(guī)格的梁，其加載體系均采用反力架、千斤頂加載體系。加載裝置如圖22所示，荷載作用位置如圖23。試驗梁安裝要求本次的試驗梁和支座的連接為簡支。試驗梁兩端擱置在專門設(shè)計的支座上，保證梁在受力后，梁的一端能夠轉(zhuǎn)動而另一端能夠水平移動；試驗梁就位后，應(yīng)保證幾何尺寸位置的準(zhǔn)確。2、 測點布置根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵?，測點布置如圖24所示。圖22加載裝置圖圖23荷載作用位置圖圖24測點布置圖注：、為百分表，量測試驗梁支座沉降，為百分表，量測試驗梁跨中撓度1為電阻片，量測試驗梁箍筋應(yīng)變3、 試驗儀器和加載設(shè)備XJ-5型電阻應(yīng)變儀，用于量測箍筋應(yīng)變百分表，用于量測撓

10、度500kN千斤頂，用于加荷4、 安全措施在試驗過程中，要服從統(tǒng)一指揮。隨時注意觀察加載裝置和登記表運轉(zhuǎn)是否正常，如發(fā)現(xiàn)偏差過大，應(yīng)立即停止試驗，待糾正后再繼續(xù)加載。試件接近破壞時，應(yīng)在試件下面安裝安全支承，避免測試人員及登記表遭受不必要的損失；當(dāng)加載超過80%的破壞荷載后，應(yīng)將易損儀表拆除。5、 人員分工加載2人，讀百分表3人、記錄1人，操作電阻應(yīng)變儀1人、記錄1人，尋找裂縫并量測裂縫寬3人，負責(zé)安全1人，總指揮1人。試驗步驟：1、試驗前，先進行材料試驗，并按實測材料強度指標(biāo)計算開裂荷載和構(gòu)件承載力。2、加荷載前，用放大鏡及讀數(shù)顯微鏡檢查有無初始干縮裂縫、讀取百分表和手持式應(yīng)變儀的初始讀數(shù)。

11、3、 加荷方法采取分級加荷，每級加載值一般取510%的破壞荷載。每次加載后間歇5分鐘，使試件的變形趨于穩(wěn)定后，按試驗內(nèi)容和要求量測數(shù)據(jù)，并認(rèn)真做好記錄；數(shù)據(jù)校核無誤后，方可進行下一級加載。注意事項：1、 復(fù)習(xí)受彎構(gòu)件斜截面的強度計算一章內(nèi)容，仔細閱讀試驗指導(dǎo)書，充分了解本次試驗?zāi)康?、要求、測試等內(nèi)容。2、 根據(jù)所給試驗梁尺寸、配筋，計算試驗梁的破壞荷載，確定加載級數(shù)和每級加載值。3、 進入試驗室后，要服從擔(dān)任本次試驗指導(dǎo)教師的統(tǒng)一指揮，認(rèn)真完成本次試驗所要求的內(nèi)容，注意分工協(xié)作。4、 與本試驗無關(guān)的儀器設(shè)備和其他試驗項目裝置不得隨意亂動。5、 注意安全，尤其是加載階段。實驗三  矩形

12、截面對稱配筋偏心受壓柱正截面強度試驗學(xué) 時：2學(xué)時實驗性質(zhì)：綜合性實驗?zāi)康囊螅?、通過柱側(cè)面的應(yīng)變片和縱向鋼筋上的應(yīng)變片，測定截面不同纖維層的應(yīng)變值，驗證平截面假定，并測定混凝土的極限壓應(yīng)變。2、通過百分表量測柱子的水平撓度，說明縱向彎曲對偏心受壓中長柱的影響。 3、觀察大偏心受壓截面的破壞特性，記錄破壞荷載。4、測定開裂荷載及0.3mm裂縫荷載。實驗內(nèi)容：1、量測縱向鋼筋A(yù)S'，As的應(yīng)變，分析其應(yīng)力情況。2、觀察裂縫出現(xiàn)的荷載及裂縫開展的過程。3、在跨中區(qū)段驗證平截面假定并分析中和軸位置的變化。4、確定破壞荷載值，驗證理論公式，并對理論值和試驗值進行比較。試件設(shè)計與制作：1、此試

13、驗為鋼筋混凝土大偏心受壓中長柱的強度試驗， 試件應(yīng)設(shè)計為大偏心受壓柱。選擇如圖31所示鋼筋混凝土大偏心受壓柱。選擇柱的截面尺寸為（為了防止柱子向另一方向產(chǎn)生側(cè)向彎曲面形成雙向受彎，故柱截面在另一方向設(shè)計成200mm，大于150mm），考慮到試驗用構(gòu)件沒有耐久性要求，且構(gòu)件尺寸較小，這里適當(dāng)減小保護層厚度，取保護層厚度。2、 試件制作試件采用干硬性混凝土、平板振搗器振搗、蒸汽養(yǎng)護或自然養(yǎng)護28天，制作試件同時預(yù)留混凝土立方體試塊（150×150×150mm）和縱向受力鋼筋試件以測得混凝土和鋼筋的實際強度，填入表1-2用于計算構(gòu)件的實際承載力。圖31所示鋼筋混凝土大偏心受壓柱表

14、1-2 項目強度（N/mm2）混凝土立方體150150150HRB33514試驗方法1、加荷裝置如圖（32）所示，整個試驗梁安裝在5000kN液壓壓力試驗機上進行。將壓力試驗機施加的外荷載P作用在鋼筋混凝土大偏心受壓柱上。 2、試驗設(shè)備： (1)加載設(shè)備：長柱試驗機。(2)測量設(shè)備：百分表、混凝土應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變片、讀數(shù)顯微鏡等。(3)數(shù)據(jù)采集設(shè)備：計算機、7v14數(shù)據(jù)采集器。 圖32鋼筋混凝土大偏心受壓柱破壞試驗裝置3、觀測方案（1）由于要觀察鋼筋混凝土大偏心受壓的受力全過程，測定柱中點處不同纖維層的應(yīng)變以及柱中點處的撓度值，所以，沿柱中點處不同纖維層粘貼應(yīng)變片來測應(yīng)變（圖33）。為了測得混凝土極限壓應(yīng)變，在受壓區(qū)邊緣也粘貼應(yīng)變片，同時受拉鋼筋也粘貼應(yīng)變片測鋼筋應(yīng)變。（2）在柱中點處安裝百分表測柱的水平撓度。（3）本試驗用計算機及7V14數(shù)據(jù)采集器組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（4）用讀數(shù)顯微儀測讀裂縫寬度。圖33 截面應(yīng)變片布置試驗步驟1、試驗前，先進行材料試驗，并按實測材料強度指標(biāo)計算開裂荷載和構(gòu)件承載力。2、加荷載前，用放大鏡及讀數(shù)顯微鏡檢查有無初始干縮裂縫、讀取百分表和手持式應(yīng)變儀的初始讀數(shù)。3、采用長柱試驗機分級加載，由于本試驗側(cè)重于觀察和驗證，故每級荷載分為10kN，由試驗機讀數(shù)盤準(zhǔn)確地控制每級荷載大小，在兩次加載的間隔時間內(nèi)(約35分鐘)，