實驗4--簡支鋼筋混凝土梁的破壞實驗

1、試驗四 簡支鋼筋混凝土梁的破壞實驗（綜合設(shè)計型實驗）一、實驗?zāi)康模簩σ粋€已知的待檢測構(gòu)件一鋼筋混凝土簡支梁進行分析計算，根據(jù)其計 算結(jié)果設(shè)計實驗方案并組織整個實驗，然后整理出完整的實驗結(jié)果，將實際 結(jié)果與理論計算值進行比較，判斷該梁是否達到設(shè)計要求。通過本試驗，達 到了解并掌握一個完整結(jié)構(gòu)實驗過程的目的。二、試件:本實驗共設(shè)計了四種不同配筋率的普通鋼筋混凝土簡支梁，梁的尺寸均 為1400 X 245 X 150mm，具體鋼筋配置情況見圖1。圖1鋼筋配置情況三、試驗方案：為研究鋼筋混凝土梁的工作性能，主要測定其強度安全度、抗裂度及各 級荷載下的撓度和裂縫開展情況，另外就是測量控制區(qū)段的應(yīng)變大小和

2、變化 情況。實驗的具體要求如下：根據(jù)實測材料強度所對應(yīng)的標準強度進行理論分析計算（根據(jù)圖1所 示的加載圖式進行計算）：梁的開裂荷載、極限荷載；梁在開裂時刻的混凝土的跨中最大拉應(yīng)變；梁在開裂及極限荷載下的鋼筋的跨中最大拉應(yīng)變;梁在極限荷載下的跨中撓度；梁的破壞過程及破壞形態(tài)。根據(jù)計算的開裂荷載和破壞荷載，確定加載程序；布置應(yīng)變測點，具體測試內(nèi)容如下：測定鋼筋混凝土梁在純彎段的應(yīng)力最大截面的應(yīng)變分布情況；測定彎剪共同作用段的平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力大小及方向；測定 受拉鋼筋應(yīng)變；測定梁的實際開裂荷載，觀測并記錄裂縫的擴展情況（在各級荷載下 的裂縫長度和寬度）；測定梁的破壞荷載，并觀察梁的破壞過程和特

3、征。P就探人人l；C400112001圖2加載模式四、應(yīng)變及撓度測點布置原則：測點按照混凝土結(jié)構(gòu)實驗方法標準GB50152-92的規(guī)范要求進行布應(yīng)變測點布置：對于梁的正截面，其彎曲應(yīng)變測量是實驗的主要內(nèi)容之一，特別是 正負彎矩最大或有突變的截面。為測得截面上應(yīng)力分布規(guī)律和確定中和軸位 置，一般沿截面高度連續(xù)布點，測點數(shù)不宜少于5個。測點布置可以等距， 也可以不等距。不等距主要是外密里疏，以便測出較大的應(yīng)變，具有較好的 精度，如圖3所示；對于梁的斜截面，其主應(yīng)力和剪應(yīng)力的大小和方向未知，要測量主 應(yīng)力大小和方向及剪應(yīng)力時，應(yīng)布置45?；?0。的平面三向應(yīng)變測點，如圖4 所示；梁兩面布置的測點要相

4、互對應(yīng)。撓度測點布置：梁的寬度小于600mm,長度小于6m,應(yīng)沿構(gòu)件中軸線上布置不少 于3個位移測點；梁的寬度大于600mm，長度大于6m，應(yīng)在長度方向適當增加測點， 并構(gòu)件中軸線上布置不少于3個位移測點；梁上表醐變牖置支座處應(yīng)布置位移測點，用于測量支座下沉量。梁側(cè)而應(yīng)娜布置（麗）i國.圖3應(yīng)變片和位移計的布置1/45。/N圖4三向應(yīng)變量測測點布置圖五、實驗加載程序的確定：根據(jù)理論計算的開裂及破壞荷載，并按照混凝土結(jié)構(gòu)實驗方法標準 GB50152-92的規(guī)范要求確定加載程序：預(yù)載：取開裂荷載的70%進行加載，循環(huán)三次，消除結(jié)構(gòu)間的間隙， 并在加載的同時觀察各測試儀器是否正常工作，如發(fā)現(xiàn)異常情況

5、，及時排除 故障，以保證測試數(shù)據(jù)的準確。采用分級加載，取1kN作為零荷載，然后以破壞荷載的20%為一級 進行加載，加至開裂荷載的90%以后，按開裂荷載的10%為一級加載，測定 梁的開裂荷載；開裂后按破壞荷載的20%加載，加至90%的破壞荷載之后， 按破壞荷載的10%加載，測定梁的破壞荷載；或可以緩慢加載直至結(jié)構(gòu)破壞， 當壓力機指示荷載不再增加時即為其破壞荷載。注：實驗開始階段的加載值一般取10的倍數(shù)（如10kN、20kN.等）， 以便于加載操作，荷載值接近開裂荷載和破壞荷載時可取得較細，使檢測的開裂荷載和破壞荷載值更精確！wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww

6、wwwwwwwwwwwwwwww每加一級荷載，穩(wěn)載10分鐘。六、鋼筋混凝土構(gòu)件破壞的判定：根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)實驗方法標準GB50152-92的規(guī)范要求，在檢測過 程中，若觀測到下述標志之一，可判定結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，達到或超過了承載力 極限狀態(tài)。在荷載不再增加的情況下，由設(shè)置在構(gòu)件受拉主筋處的應(yīng)變測點測 出連續(xù)變化的應(yīng)變，或受拉主筋的拉應(yīng)變達到10000M；跨中撓度達到跨度的1/50；受拉主筋處的垂直裂縫寬度達到1.5mm；受剪斜裂縫寬度達到1.5mm，或斜裂縫末段受壓區(qū)混凝土剪壓破壞， 或沿斜截面混凝土斜壓破壞；受拉主筋在端部滑脫達0.2mm，或其它錨固破壞；受拉主筋拉斷；受壓區(qū)混凝土被壓壞。七、鋼筋

7、混凝土梁實際開裂荷載及極限荷載的確定：在加載過程中出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標志之一時，取前一級荷載值 作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載或極限荷載的實測值；在規(guī)定的荷載持續(xù)時間內(nèi)出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標志之一時，取前 一級荷載值與本級荷載的平均值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載或極限荷載的實 測值；在規(guī)定的荷載持續(xù)時間結(jié)束后出現(xiàn)第一條裂縫或破壞標志之一時， 取本級荷載值作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載或極限荷載的實測值；八、加載設(shè)備與測試儀器：荷載設(shè)備為100kN單作用千斤頂，用分載梁將千斤頂?shù)囊粋€集中荷 載分成兩個集中荷載，然后作用到梁上。測試設(shè)備根據(jù)實驗計算結(jié)果及設(shè)計方案來選用，選用原則如下：測試設(shè)備的型號、量程及精度根據(jù)計算

8、數(shù)據(jù)的范圍來選用，選用時 應(yīng)注意計算數(shù)據(jù)的最大值要小于設(shè)備滿量程的70%；測試設(shè)備的數(shù)量根據(jù)測點的多少確定?？蛇x用的設(shè)備：DH3815N靜態(tài)電阻應(yīng)變儀；鋼筋混凝土大變形引伸式測量系統(tǒng)（用于觀測混凝土開裂后受拉區(qū)的 平均應(yīng)變）；機械百分表、大行程百分表及機電百分表：量程：010mm030mm050mm；裂縫觀測儀（讀數(shù)顯微鏡）；應(yīng)變片（膠基、紙基）。九、正式實驗：根據(jù)制訂的實驗方案進行實驗。在實驗過程中，每加一級荷載之后，穩(wěn)載10min,當控制斷面儀表（應(yīng) 變儀及百分表）的讀數(shù)基本不變化之后，立即讀取所有實驗數(shù)據(jù)。要將實測數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)進行比較，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，及時分析原 因，進行復(fù)測，保證實驗

9、的準確性。特別是在接近開裂荷載及破壞荷載計算 值時，要根據(jù)控制斷面的實測數(shù)據(jù)及時調(diào)整加載程序，以便準確觀測到結(jié)構(gòu) 實際的開裂荷載及破壞荷載。接近開裂荷載計算值時，主要觀測受拉區(qū)混凝土的應(yīng)變是否接近開裂應(yīng) 變，受拉鋼筋應(yīng)變是否突然增大。接近破壞荷載計算值時，主要觀測受拉鋼 筋應(yīng)變以及受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變是否接近極限狀態(tài)。裂縫觀測：在達到開裂荷載的90%以后，每加一級荷載仔細觀察梁 是否有裂縫出現(xiàn)，記錄出現(xiàn)第一根裂縫時的荷載值，并用鉛筆在裂縫的旁邊 畫出裂縫形狀在裂縫的末端作一個小標記，注明此時的荷載值，并測量裂縫 寬度；隨著荷載的增加，尋找新的裂縫，按上述方法畫出裂縫形狀并注明荷 載值，并選取三條

10、較大裂縫寬度，在受拉主筋的位置 處用讀數(shù)顯微鏡讀取裂 縫寬度，并在記錄荷載值位置的旁邊記錄下當前的裂縫寬度。每加一級荷載 均要讀取裂縫，每次要求觀測同一裂縫的同一位置。取三條裂縫寬度中的最 大值為最大裂縫寬度。當荷載值達到破壞荷載計算值的90%后，注意觀察受拉主筋的應(yīng)變 變化情況及梁的裂縫擴展情況，記錄梁的破壞形式。注意：加載至破壞荷載計算值的90%后，一定要拆除位移傳感器，以免 損壞儀表。卸載后，將試件上的裂縫情況繪制下來，包括每條裂縫的形狀、裂 縫上標注的荷載值、寬度。十、實驗現(xiàn)象和分析現(xiàn)象：加載中，首先在跨中出現(xiàn)一條直裂縫（純彎段），隨著荷載增加， 裂縫延伸，分載梁下兩端也相繼出現(xiàn)直裂縫

11、，裂縫逐漸加深加寬，當下部鋼 筋屈服后，荷載增加很慢，但裂縫發(fā)展很快，直至上部混凝土被壓碎，梁喪 失承載力而破壞。分析：由前述理論計算可知，該梁屬于適筋梁，其破壞特征是受力鋼筋先屈 服隨后受壓區(qū)混凝土被壓碎，實驗現(xiàn)象與其特征基本一致，但由于梁天氣溫 度影響無法保證，僅出現(xiàn)直裂縫，并未在彎剪區(qū)出現(xiàn)斜裂縫。十一、思考題從各級荷載下的正截面應(yīng)變分布圖中可以看出哪些特征？剛開始加載時，截面上的應(yīng)變沿高度為直線變化，應(yīng)變圖為三角形。隨著荷載增加，加載至開裂荷載時，受拉區(qū)邊緣纖維應(yīng)變值達到混凝土的極 限拉應(yīng)變，處于即將開裂狀態(tài)。當受拉區(qū)混凝土開裂后，其應(yīng)變?yōu)榱?，拉?yīng)力由鋼筋提供，鋼筋應(yīng)變突然增 加。荷載再增加，應(yīng)變不斷增大，受壓區(qū)混凝土應(yīng)變呈曲線變化。下部鋼筋應(yīng)變達到極限拉應(yīng)變后，受壓區(qū)混凝土應(yīng)變變化速度加快，直至達 到極限壓應(yīng)變而破壞在混凝土梁破壞時出現(xiàn)了哪些破壞特征？受拉區(qū)鋼筋，受壓區(qū)鋼筋都達到極