同济大学混凝土试验 梁剪压破坏实验报告.docx
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同济大学混凝土试验梁剪压破坏实验报告
《混凝土结构基本原理》试验课程作业
梁受剪试验（剪压破坏）试验报告
试验名称
梁受剪试验（剪压破坏）
试验课教师
林峰
姓名
学号
手机号
任课教师
日期
2014年11月25日
1.试验目的
通过试验学习认识混凝土梁的受剪性能（剪压破坏），掌握混凝土梁的受剪性能试验的测试方法，巩固课堂知识，加深对于斜截面破坏的理解。
2.试件设计
2.1材料和试件尺寸
试件尺寸（矩形截面）：
b×h×l＝120×200×1800mm；
混凝土强度等级：
C20；
纵向受拉钢筋的种类：
HRB335；
箍筋的种类：
HPB235；
2.2试件设计
（1）试件设计依据
根据剪跨比
和弯剪区箍筋配筋量的调整，可将试件设计为剪压、斜压和斜拉破坏，剪压破坏的
满足1≤
≤3。
进行试件设计时，应保证梁受弯极限荷载的预估值比剪极限荷载预估值大。
（2）试件参数如表1
表1试件参数
试件尺寸（矩形截面）
120×200×1800mm
下部纵筋
2
18
上部纵筋
2
10
箍筋
6@150
（2）
纵向钢筋混凝土保护层厚度
15mm
配筋图
见图1
加载位置
距离支座400mm
图1试件配筋图
（3）试件加载估算
受弯极限荷载
=105.25kN
受剪极限承载力
其中，当
时，取
，当
时，取
。
=65.98kN
可以发现
<
，所以试件会先发生受剪破坏。
具体计算过程见附录一。
2.3试件的制作
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2002规定，成型前，试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。
取样或拌制好的混凝土拌合物，至少用铁锨再来回拌合三次。
将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。
采用标准养护的试件，应在温度为20±5℃的环境中静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模。
拆模后应立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护，或在温度为20±2℃的不流动的氢氧化钙饱和溶液中养护。
标准养护龄期为28d（从搅拌加水开始计时）。
3.材性试验
3.1混凝土材性试验
凝土强度实测结果
试块留设时间：
2014年9月25日
试块试验时间：
2014年12月8日
试块养护条件：
与试件同条件养护
试件尺寸
150mm×150mm×150mm
实测立方体
抗压强度/MPa
平均立方体
抗压强度
/MPa
推定轴心
抗压强度
/MPa
推定轴心
抗拉强度
/MPa
推定
弹性模量
/GPa
23.4
22.5
17.1
1.89
26.75
22.0
22.2
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》GB50010-2010推定。
3.2钢筋材性试验
钢筋强度实测结果
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
10
带肋
39.99
39.78
50.06
49.90
506
635
39.49
49.71
39.87
49.93
18
带肋
154
145
162
164
570
645
152
164
128
165
3.试验过程
3.1加载装置
图2为梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。
采用两点集中力加载，由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载，压力传感器测定荷载值。
试验取L=1800mm，a=100mm，b=400mm，c=800mm。
1—试验梁；2—滚动铰支座；3—固定铰支座；4—支墩；5—分配梁滚动铰支座；
6—分配梁滚动铰支座；7—集中力下的垫板；8—分配梁；9—反力梁及龙门架；10—千斤顶；
图2梁受弯试验装置图
3.2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。
正式分级加载/kN：
0→5→10→15→20→25→30→40→50→60→70→破坏，在加载到70kN时，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。
但是本实验为了更加直观的观测混凝土的应变，而且由于先发生剪压破坏，所以可以不用拆掉仪表。
3.3量测与观测内容
3.3.1荷载
荷载由压力传感器直接测定，选取数据如表2，极限荷载为139.392kN。
表2荷载取值表
时间
荷载（kN）
时间
荷载（kN）
2014/11/2513:
49
0
2014/11/2514:
52
90.782
2014/11/2513:
59
5.199
2014/11/2514:
52
97.467
2014/11/2514:
06
9.326
2014/11/2514:
52
100.025
2014/11/2514:
12
14.525
2014/11/2514:
52
105.39
2014/11/2514:
14
19.559
2014/11/2514:
52
110.424
2014/11/2514:
22
25.832
2014/11/2514:
52
115.376
2014/11/2514:
37
30.288
2014/11/2514:
52
119.255
2014/11/2514:
40
40.274
2014/11/2514:
52
125.28
2014/11/2514:
42
49.353
2014/11/2514:
53
131.057
2014/11/2514:
46
58.844
2014/11/2514:
53
135.183
2014/11/2514:
50
68.665
2014/11/2514:
53
137.494
2014/11/2514:
52
75.184
2014/11/2514:
53
138.319
2014/11/2514:
52
80.136
2014/11/2514:
53
139.392
2014/11/2514:
52
85.996
3.3.2钢筋应变
（1）纵筋应变
在试件纵向受拉钢筋中部粘贴电阻应变片，以量测加载过程中钢筋的应力变化，测点布置见图3。
图3纵筋应变片布置
由于试验前准备不充分，不能够分清应变片，只能通过平均应变来观测钢筋在实验中的变化情况。
（2）箍筋应变
箍筋的钢筋应变片布置见图4,应变片与通道对应关系如表3。
图4箍筋应变片布置
表3箍筋应变片测点编号
7
8
9
10
11
12
43-8
43-9
43-10
29-1（坏）
19-2
29-3
3.3.3混凝土应变
混凝土应变由布置混凝土表面上的4个位移计量测，位移计间距40mm，标距为150mm，混凝土应变测点布置如图5，位移计与通道对应关系见表4。
图5混凝土应变计布置
表4混凝土应变计测点编号
1
2
3
4
46-9
46-2
46-3
46-4
3.3.4挠度
挠度由梁跨度范围内布置3个位移计量测。
短期跨中挠度实测值可以按照公式
直接得出。
侧向扰度测点布置见图6，位移计对应通道见表5。
图6挠度测点布置
表5挠度位移计测点编号
5
6
7
46-8
46-6
46-7
3.3.5裂缝
实验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm的网格。
试验时借助手电筒用肉眼查找裂缝并且用铅笔标记出裂缝的位置、标号。
之后对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜测量各级荷载作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并用相机拍摄后手动绘制裂缝展开图。
3.4裂缝发展及破坏形态
（1）实验前构件初始状态
经过观察构件初始状态良好，肉眼观测没有初始裂缝。
（2）各级荷载作用下构件裂缝发展情况
（0→20kN）当荷载较小时，很难用肉眼观测到裂缝。
（20kN→70kN）梁的下表面首先出现垂直裂缝，数量较少而且裂缝很短、宽度也比较小。
随着荷载的增加，裂缝的条数在逐渐增加而且不断的向受压区发展，并且梁的支座附近出现多条斜裂缝。
（70kN→130kN）两个支座附近的斜裂缝继续向受力点延伸，宽度不断加大，条数增多，在接近130kN时一侧形成一条宽度长度最大的临界裂缝贯通整个梁，剪压区被压碎，继续加荷载但是压力传感器数值不增反降，此时混凝土梁已经破坏。
（3）破坏情况如图7，裂缝展开图见附录三。
正面
背面
图7构件破坏情况图
4.试验数据处理与分析
原始数据整理见附录二，实验数据处理如下：
4.1荷载-挠度关系
图8荷载-挠度曲线图
4.2荷载-曲率关系
图9荷载-曲率曲线图
猜测是由于位移计在安装时带有一定的位移量造成曲率的初始值为负值，分析时可以不考虑0kN和5kN时的情况。
4.3荷载-纵筋平均应变关系
图10荷载-纵筋平均应变曲线图
4.4荷载-箍筋应变关系
图11荷载-箍筋应变曲线图
从图中可以看出，在荷载较小的时候斜裂缝还没有发展，箍筋基本没有应变，但是随着斜裂缝的发展，斜裂缝穿过的箍筋应变迅速增大，也就意味着其所受应力在加大，限制斜裂缝的发展。
但是同时，位于斜裂缝端点的箍筋却几乎不怎么受力。
4.5承载力分析
正截面承载力计算：
斜截面承载力计算：
实测极限抗剪承载力为139.392kN,比理论值高出40%左右，推测造成差距的原因为：
（1）无论是计算抗弯承载力还是抗剪承载力的计算模式都偏于安全的，而且在接近70kN的时候裂缝已经变得很明显，此时的梁可能考虑到已经不能满足使用要求了。
（2）混凝土材料的性质不稳定，养护时间超过28天都可能造成混凝土的强度变大，致使其承载能力提高。
（3）由于现场没有实际测量构件的尺寸，可能在试件的制作过程中试件的尺寸大于原来设计的尺寸，使其承载能力提高。
5结论
本次试验向我们展示了适筋梁剪压破坏的全过程，从破坏形态上来看这次试验时比较成功的。
我们了解到了剪压破坏的特点。
剪压破坏的斜裂缝会不断向集中荷载作用点延伸，且宽度不断增大，形成一条宽度和长度最大的临界裂缝指向荷载作用点，最终剪压区混凝土被压碎，梁发生斜截面破坏。
同时通过对箍筋的观察，可以看到箍筋只有在斜裂缝产生的时候才能发挥作用，限制斜裂缝的继续发展。
而且只有斜裂缝穿过的箍筋才能发挥限制作用，这对我关于斜截面计算截面的选取有了更加深刻的理解。
附录一
试件设计承载力估算
附录二
实验数据处理
荷载（kN）
挠度（mm）
曲率（106/mm）
纵筋平均应变
0
0.0085
-0.0014
35.5
5.199
-0.2095
-0.0014
85.83333333
9.326
0.053
0.000133333
79.66666667
14.525
-0.086
0.000525
135
19.559
-0.2375
0.00085
199.6666667
25.832
-0.452
0.00095
295.5
30.288
-0.6775
0.001925
357.1666667
40.274
-1.0535
0.002383333
507.6666667
49.353
-1.397
0.002783333
636.6666667
58.844
-1.8195
0.003458333
780.3333333
68.665
-2.503
0.003758333
929.3333333
75.184
-2.6495
0.003825
959.8333333
80.136
-3.028
0.00405
1075.166667
85.996
-3.312
0.004116667
1147.333333
90.782
-3.666
0.004341667
1242.333333
97.467
-4.0025
0.004408333
1330.833333
100.025
-4.184
0.004508333
1378.333333
105.39
-4.5515
0.0048
1462
110.424
-4.913
0.005033333
1533
115.376
-5.209
0.005333333
1606.333333
119.255
-5.5625
0.005758333
1672.166667
125.28
-6.037
0.005925
1732.666667
131.057
-6.521
0.00595
1850.5
135.183
-7.252
0.006116667
1897.833333
137.494
-7.3475
0.006183333
1926
138.319
-7.597
0.006216667
1957.166667
139.392
-7.753
0.006183333
1962.833333
附录三
裂缝展开图
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