大偏压柱实验报告.docx

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大偏压柱实验报告

大偏压柱实验报告

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《混凝土结构基本原理》试验课程作业

混凝土构件试验报告

试验名称

柱大偏压破坏试验

试验日期

2015-12-３

试件编号

ZB2

姓名

王鸣宇

学号

手机号

试验课教师

赵勇

基本原理课教师

谢强

１.试验目的

通过试验和观察，认识混凝土结构构件中大偏心受力构件受力直至破坏的全过程，以便更好地掌握混凝土偏心受力构件受力性能，进而更为深刻地理解研究混凝土偏心受力构件基本性能的试验方法。

通过参加并完成此次大偏心受压短柱试验,理解和掌握钢筋混凝土构件的试验方法和试验结果,通过实践掌握试件的设计、试验结果整理的方法。

通过写出试验报告加深对混凝土结构基本构件受力性能的理解。

2.试件设计

2.１材料和试件尺寸

图1材料和试件尺寸

2.2试件设计

　“二阶效应”的影响,将试件设计为短柱,即控制ｌ０/h≤5.通过调整轴向力的作用位置，即偏心距e０使试件的破坏状态为大偏心或小偏心破坏。

2.3试件的制作和试验前预处理

按照计算的设计进行配筋,制作模板，绑扎钢筋，浇灌混凝土,在20度左右的温度和相对湿度９0%以上的潮湿空气中养护28d。

3.材性试验

３．1　混凝土材性试验

混凝土抗压强度试验 

国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50０１０－２002）规定：

混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准确定;立方体抗压强度标准值系指标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件,在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。

因此立方体抗压强度标准值是《混凝土结构设计规范》中混凝土各种力学指标的基本代表值，根据混凝土强度等级,可以查阅《混凝土结构设计规范》的有关表格，以确定混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度标准值和设计值以及混凝土的弹性模量等。

国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50０８1-2０02）规定：

以边长为150mm的立方体为标准试件,将标准立方体试件在2０3℃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的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度,单位为N/mm２（MPa）。

混凝土立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行：

（１）试件从养护地点取出后应及时进行试验,将试件表面与上下承压板面擦干净; 

（2）将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。

试件的中心应与试验机下压板中心对准,开动试验机,当上压板与试件接近时,调整球座,使接触均衡; 

（３）在试验过程中应连续均匀地加荷,混凝土强度等级＜C30时,加荷速度取每秒０.３～0．5ＭＰa；混凝土强度等级C30且＜C60时，取每秒0．5～0.8MPａ;混凝土强度等级C60时,取每秒0.８～1.0ＭPa; 

（4）当试件接近破坏开始急剧变形时,应停止调整试验机油门，直至破坏。

然后记录破坏荷载。

混凝土立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行：

（1）混凝土立方体抗压强度应按下式计算：

式中ｆcｃ为混凝土立方体试件抗压强度（ＭPa）；F为试件破坏荷载（Ｎ）；A为试件承压面积（ｍm２）。

（2）强度值的确定应符合下列规定:

①以三个试件为一组,每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取样； ②三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值（计算应精确至0．1MPa）; 

③三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的１5%时,则把最大及最小值一并舍除,取中间值作为该组试件的抗压强度值; 

④如最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。

 ⑤混凝土强度等级

当混凝土强度等级≧C6０，宜采用标准试件。

混凝土轴心抗压强度试验

国家标准《混凝土结构设计规范》（GB５0010-200２）规定：

边长为1５０ｍm×１50mm×３00mm的棱柱体试件是轴心抗压强度和静力受压弹性模量试验的标准试件。

轴心抗压强度和抗压强度的试验方法相同。

而对于非标准试件的数据处理有如下规定:

混凝土强度等级＜C６０时,用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对２0０mm×200mm×40０ｍｍ试件为1．05;对１０0mm×100mm×30０mm试件为0．9５。

当混凝土强度等级≥C6０，宜采用标准试件。

3.2钢筋材性试验

本次试验为钢筋单调加载拉伸试验。

试件尺寸 

钢筋试样采用不经切削加工原截面钢筋。

根据各类钢筋标准所规定的伸长率标准和试验机上、下夹头的最小距离,夹头高度等因素决定其试件长度，基本长度L=L0+2h,其中Ｌ0为5 ｄ0（ｄ０为钢筋直径）；ｈ为夹头长度,通常取100mm左右。

对于圆形截面钢筋的直径应在标距Ｌ０的两端和中间测量，应在每处的两个相互垂直的方向上各测一次,取其算术平均值，选用三处中的最小直径计算横截面面积。

对于热轧带肋钢筋,按其公称直径计算横截面面积。

 试验条件 

钢筋试样在弹性范围内,试验机的加载速率应在３～3０MPa/s范围内,并保持试验机控制器固定于这一速率位置上，直至获得屈服点和上屈服点；测定下屈服点时，应变速率在0.０0０２5～０.0025/s范围内,并保持恒定。

屈服段过后，试验机两夹头在力作用下的分离速率不超过０.５Ｌc／min（Lc为两夹头的钢筋试样净长）。

试件尺寸

150mm×150mm×300mｍ

实测轴心

抗压荷载

/kN

平均轴心

抗压强度

/MPａ

推定立方体

抗压强度

/MPa

推定轴心

抗拉强度

/MPa

推定

弹性模量

／GPa

557.9

25.5

３3．６

２.7

30.9

55２.3

548.５

５83.5

575.６

５84.4

注：

轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量根据国家标准《混凝土结构设计规范》ＧＢ　5００10-20１0推定。

公称直径

/ｍm

屈服荷载

/kN

极限荷载

/kN

屈服强度

平均值/MPa

极限强度

平均值/ＭPａ

试件

平均

试件

平均

6

光圆

11.６

１1.３

16．0

15.7

400

556

１1.2

１5.6

１１．2

15.6

8

光圆

19.0

１8.５

23.2

22.９

368

456

1８.4

22．4

1８．0

23.2

10

光圆

２８

27

40

37

３44

476

２5

３2

2８

40

1０

带肋

39．９９

39.7８

５０.０6

4９.９0

506

６35

３9.４9

49.７1

39.87

4９.９3

12

带肋

6

４6

６3

7４

62

73

14

带肋

６8

69

91

92

448

59８

7４

94

６６

9０

18

带肋

1５4

0

645

152

１６4

1２8

165

22

带肋

1６2

16

26

1５8

200

16０

2０0

4．　试验过程

４．1加载装置和试件安装就位

偏心受压试验的加载装置如图2所示。

采用千斤顶加载，支座一端为固定铰支座，另一端为滚动铰支座。

铰支座垫板应有足够的刚度，避免垫板处混凝土局压破坏。

图２加载装置

4.2加载制度

单调分级加载机制 

在正式加载前,为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前１级。

正式加载的分级情况为：

①在达到预计的受压破坏荷载的80%之前，根据预计的受剪破坏荷载分级进行加载，每级荷载约为破坏荷载的2０％，每次加载时间间隔为15分钟；②当达到预计的受压破坏荷载的80％以后，拆除所有仪表,然后加载至破坏,并记录破坏时的极限荷载。

 承载力极限状态确定方法 

对柱试件进行偏压承载力试验时,在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载：

①受压区混凝土的压碎破坏; 

②对有明显物理流限的热轧钢筋,其受拉主筋的受拉应变达到0.０1； ③受拉主钢筋拉断； 

④受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到１.５mm。

4.３量测与观测内容

本次试验进行了大量的数据测量和试验现象的观测，内容包括混凝土平均应变、纵向钢筋应变、挠度以及裂缝,下面分别叙述。

测点编号与对应应变片编号如下表

测点编号与相关测量量的对应关系

千斤顶

钢筋应变

位移

1

２

3

4

5

６

1

2

３

４

5

6

7

9-１

22-1

22-2

22－3

２2－4

22－5

22-6

9-3

9-4

9-５

９-7

９－8

9－9

9-１0

7

8

２2-7

22－8

纵筋应变 

由布置在柱内部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置见图3。

图3钢筋应变测点布置

混凝土平均应变 

由布置在柱内部纵筋表面和柱表面混凝土上的应变计量测,混凝土应变测点布置见图4。

图4混凝土应变测点布置

侧向挠度 

柱长度范围内布置5个位移计以测量柱侧向挠度，侧向挠度测点布置见图5。

图5侧向挠度测点布置

裂缝 

试验前将柱四面用石灰浆刷白，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。

4.4　裂缝发展及破坏形态

试验前构件尺寸为ｂ×h×ｌ＝120×120×8７0mm，未有肉眼可见裂缝。

试验前构件如图6所示。

当荷载较小时，构件处于弹性阶段，受压区及受拉区混凝土和钢筋的应力都较小,构件中部的水平挠度随荷载线性增长。

随着荷载的不断增大,受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退出工作,远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多,并向压区延伸,受压区高度逐渐减小，受压区混凝土应力增大。

当远离轴向力一侧钢筋应变达到屈服应变时,钢筋屈服,截面处形成一主裂缝。

当受压一侧的混凝土压应变达到其极限抗压应变时，受压区较薄弱处的某处出现纵向裂缝，混凝土被压碎而使构件破坏。

此时,靠近轴向力一侧的钢筋也达到抗压屈服强度，混凝土压碎区大致层三角形。

试验后的破坏形态如图７所示。

图6试验前构件　　　　　图７试验后的破坏形态

５.试验数据处理与分析

5.1 关系曲线绘制 

5.1.1 荷载―侧向挠度关系曲线 

荷载-侧向挠度数据选择图表2所示

荷载

柱顶位移

柱中位移

柱低位移

挠度

0

0

-0.0６

0

－0．06

-5.１1

-1.4

-0.04

0．０6

0.63

-9．６２

－1.54

0.55

0.１

１.27

-14．81

-1.6３

０．6７

0.１3

１.4２

-１9.47

-1.73

0.1５

0.51

0．76

-２9．61

-１.５5

1.02

1.09

１.2５

-3９．６8

-1.０5

２.26

2．3

1．63５

-44.８７

-1.1５

2.58

－3.79

5.05

-49.83

-1．05

２.98

-3.62

５．315

－59.7５

－３.48

３．67

-3.22

7.0２

-64．0４

-3.14

4.01

－2.９2

7.0４

-68.５6

-13．１９

4.43

-3．５8

１２．8１5

-73．67

－13.13

４．８

－3.42

13.０75

-75.52

-11.58

５．1

-3.3

１2.54

-７9.8１

-１1.５7

5.53

-3.11

１２．87

－83.29

-11.53

5.98

-2.9２

13.2０５

-８6.7７

-１１．67

6.5

-2.６7

13.６7

-8９.4４

-1１．71

７.４6

-2.２2

1４.4２５

-９1.５8

-11．61

８.３９

-１.７3

15．0６

-78．92

-1１．46

10．７２

－0.５7

16.7３5

-７8.48

-11.38

1０.9

-０.49

１６.83５

-７3.０７

-11.1８

１２．55

０.32

17.98

-63.52

-１0．85

15.95

2.0７

2０.34

－58．78

－10.79

1８.54

3.６２

2２.12５

绘制荷载-侧向挠度关系曲线如图８所示。

荷载较小时处于弹性变形阶段，挠度线性增长;随着荷载不断增大，受拉区混凝土先出现横裂纹退出工作,远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；随着裂缝不断增多，向受压区延伸,受压区高度减小,混凝土受力增大；当远离轴向力一侧钢筋屈服时,形成主裂缝；随后混凝土压坏试件破坏。

5.１.2 沿构件截面高度混凝土平均应变分布

由以上公式计算1、2、３、4位移计的应变,选取数据:

荷载

1位移计

2位移计

３位移计

4位移计

－0.1５０0

0

－0．0２

-０.07

0.0５

－0.2200

－0.０1

－0.02

-0.０8

0.０4

-5．1100

－0．0１

-0.０2

-0．53

０.07

-9．８50０　

0

－0.02

-0.48

0.０7

-1４．9600

－0.01

－０.02

－０.56

0.０９

－１9.69０0

-0．02

－0.0２

-0.6

０.０8

-29.6900　

-0.０４

-０.０1

-0.57

0．２5

－39．７６0０

-0．06

－0.01

－0.6７

0.25

-44.8700

-0.08

0

－0.９３

0.25

-49.7５00　

-０.09

－０.０1

-0.9１

0.28

-59．５2０0

-０.12

-0.01

-０.92

０．3７

-64.19０0

-0.14

0

-0.86

０．51

-６3.150０

－0.１4

0

-1．02

0.45

-6６.7100　

-0.３７

-0.1４

-0.５6

0.24

－70.０400

－0.３7

-0.14

-０.21

０.57

-79.6600

-0.3６

－0.14

－０．2１

0.５9

－8２.2500

－０.3６

－0.13

－0.１８

0.6

-8５．96００

-0.3７

-0.1４

-0.18

０．6

－89．5100　

-０.36

-0.13

-0.１8

0.6

-9１.２10０

-０.37

－０.14

-0.16

0.６

-88.1００0

－０.3７

-０.1３

-0.13

０.62

-８3.8100

-０.３7

-0.1４

－０.１1

０．6１

-７８.9２00

-0.３７

-0.1３

-0.0８

0.62

-74．３３０0

－0.36

-0．１3

－0．０6

0.62

-7０．0４00

-0.３7

-0.14

-0.05

０.61

－６9．0000

-0.３7

-０．14

-０.04

0．６１

-67.30０0　

－0．37

-０.１4

-0.0４

0.61

-6１．8２00　

－0.３７

-0.１3

-0.02

0．６

-５7.1６00

-0.３７

-0.1３

０

0．６

－5８．７80０

-０.3７

-0．１3

-0.01

0.6

处理数据：

1位移计应变

2位移计应变

３位移计应变

4位移计应变

荷载

0．0000

-１3.3３３３

-46.66６7

33.3333

-0.1500

－6.6６6７　

-１３．3３3３

-５３．3333

2６.6667

-0．２２０0

-6.6667　

－13.333３　

-353.3３33

４6．6667

－５.1１00

0.0０00

-13.3３33

-320．000０

46．66６７

-9．8500　

-６.666７

－1３．3３3３

-３73.33３３

60.000０

－14.9600

-１3.3333

-１３.３333

-4０0.0０00

5３.3３３3

-19.6９０0

－２6.６667　

-６.66６7　

-３８0.0000

166.６667

-29.６90０

-40.0０00

－6．６667

－4４６.6６６7

166.6667

-３９.76０0

－5３.333３　

０．000０

-62０.0０00

１６６．6667

-44．8７０0

-60.000０　

-6.6６67

－6０6.6667

186.6６67

-49．7500

-8０.0０00　

-6.666７

－61３.３3３3

246．6667

-５9.5200

-９３.3333

0.０00０

-573.3３33　

3４0.0000

-６４．1900

-９３.333３

0.0００0

-６８0．0０0０

3０0.00０0

-６3.1５０0

-246.66６7　

-93.3３３3

-373.3333

１60.０0０0

-66．７１０0

-2４6.6６6７　

-93.33３3

-140．0000　

38０．0０00

-70．0４0０

-24０.０000

-93.３333

-1４0.0000

39３.3333　

-７９.６600

-240.0000　

－86.66６7　

-１20．00０0

400.000０　

-82．2５00　

－２46.6６６7

-93.３333

-120．0000

４00.０000　

-85.9６00　

-２40.０000

-８６．6６67

－120.00０0

４00.０000

-89.５100

-246.6667

-9３.3３3３　

-106.666７

400.０0０0

－9１.2100

-２46．６667　

-86．６６67

－8６.666７

4１３.3333

－８8.100０　

-２46.6667

-９3.３333

－7３.3333

40６.6667

-83．8100

-２46.６667

-86.6667

-５3．３333

4１３.33３3

-78.９２０0

-２40．0000

-86．66６７

-4０.0000

413．3３33

-74.33００

-2４6.６66７

-93．３333

-３3.33３3　

４０６.666７

-7０.０400

-246.6６67　

-９３.3333

-26.666７　

４０6.666７　

-69.00００　

-246.6667

-９3.3333　

－26.6667

40６.6６67　

-67.3000

-246．６667　

－86.６６６7　

-13．３３33

４00.00００

-6１．8200　

-２46.66６７

-８6.6６6７　

０．0000

４0０.0000

-5７.１6０0

－246.６６67

－86.666７

－6．6667　

40０.0００0

-58．７8０0　

曲线：

图９混凝土荷载-应变关系

初始阶段混凝土应变与荷载大致呈线性关系，基本符合平截面假定。

而后构件进入塑性变形状态,对应于不大的荷载增量,混凝土应变有着较大的变化,理论与较符合实践。

５.1.3 弯矩―曲率关系曲线 

构件弯矩和曲率分别由下两式计算得出：

数据:

Ｎ

Ｍ

1位移计应变

2位移计应变

曲率

-0.1500

-15

0.0０00

-13.3333

０.44４４

-0．2２00　

-２２

-6.6６67

-13.333３

0.222２

-5.1100

-５11

-6．6667

-13.3３33

0.２222

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-985

0.00０0　

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-13.３333

0.2222　

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-13．３333　

0.0０00

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-6.6667

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0.０000　

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