同济大学混凝土实验——适筋梁设计方案

小组成员：姓名：学号：姓名：学号：指导老师：任课教师：日 期：

适筋梁受弯性能试验方案

适筋梁受弯破坏试验设计方案

一、适筋梁受弯破坏过程：

当梁中纵向受力钢筋的配筋率适中时，梁正截面受弯破坏过程表现为典型的三个阶段。第一阶段——弹性阶段（I阶段）：当荷载较小时，混凝土梁如同两种弹性材料组成的组合梁，梁截面的应力呈线性分布，卸载后几乎无残余变形。当梁受拉区混凝土的最大拉应力达到混凝土的抗拉强度，且最大的混凝土拉应变超过混凝土的极限受拉应变时，在纯弯段某一薄弱截面出现首条垂直裂缝。梁开裂标志着第一阶段的结束。此时，梁纯弯段截面承担的弯矩Mcr称为开裂弯矩。第二阶段——带裂缝工作阶段（II阶段）：梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力激增，且通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝。压区混凝土中压应力也由线性分布转化为非线性分布。当受拉钢筋屈服时标志着第二阶段的结束。此时梁纯弯段截面承担的弯矩My称为屈服弯矩。第三阶段——破坏阶段（III阶段）：钢筋屈服后，在很小的荷载增量下，梁会产生很大的变形。裂缝的高度和宽度进一步发展，中和轴不断上移，压区混凝土应力分布曲线渐趋丰满。当受压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限压应变时，压区混凝土压碎，梁正截面受弯破坏。此时，梁承担的弯矩Mu称为极限弯矩。适筋梁的破坏始于纵筋屈服，终于混凝土压碎。整个过程要经历相当大的变形，破坏前有明显的预兆。这种破坏称为适筋破坏，属于延性破坏。

二、 实验目的：

（1） 通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。 （2） 加深对混凝土基本构建受力性能的理解。

（3） 更直观的了解适筋梁受弯破坏形态及裂缝发展情况。 （4） 验证适筋梁破坏过程中的平截面假定。

（5） 对比实验值与计算理论值，从而更好地掌握设计的原理。

三、 实验装置：

图1为本方案进行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，以便于在跨中形成纯弯段。并且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。

梁受弯性能试验中，采用三分点加载方案，取L 2200mm，a 100mm，b 700mm，c 600mm。

图2.a为加载简图，此时千斤顶加力为P，经过分配梁后，可视为两个大小为

P/2的集中荷载分别作用于图示位置。

图2.b为荷载作用下的弯矩图。由此图可知，纯弯段的弯矩最大，M 0.35P. 图2.c为荷载作用下的剪力图。

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1 梁受弯试验装置图

（a）加载简图（kN, mm）

（b）弯矩图（kN mm）

（c）剪力图（kN mm）

图2 梁受弯试验加载和内力简图

四、 加载方式：

（1）单调分级加载机制：

梁受弯试验采取单调分级加载，每次加载时间间隔为15分钟。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两级。具体加载过程为：

① 在加载到开裂荷载计算值的90%以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值得20% ② 达到开裂荷载计算值的90%以后，每级荷载不宜大于其荷载值的5%； ③ 当试件开裂后，每级荷载值取10%的承载力试验荷载计算值的级距；

④ 当加载达到纵向受拉钢筋屈服后，按跨中位移控制加载，加载的级距为钢筋屈服工

况对应的跨中位移；

⑤ 加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。

（2）开裂荷载实测值确定方法：

对于本次试验，采用放大镜观测法确定开裂荷载实测值。具体过程：用放大倍率不低于四倍的放大镜观察裂缝的出现；当加载过程中第一次出现裂缝时，应取前一级荷载作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间内第一次出现裂缝时，应取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间结束后第一次出现裂缝时，应取本次荷载值作为开裂荷载实测值。

（3）承载力极限状态确定方法：

对梁试件进行受弯承载力试验时，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 受拉主钢筋拉断；

② 受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm； ③ 挠度达到跨度的1/30； ④ 受压区混凝土压坏。

五、 试件设计：

（1）试件设计的依据

根据梁正截面受压区相对高度 和界限受压区相对高度 b的比较可以判断出受弯构件的类型：当 b时，为适筋梁；当 b时，为超筋梁。界限受压区相对高度 b可按下式计算：

b

1

0.8

fy0.0033Es

在设计时，如果考虑配筋率，则需要确保kN

mm b b 1fc

fy

其中在进行受弯试件梁设计时，fy、Es分别取《混凝土结构设计规范》规定的钢筋受拉强度标准值和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时，fy、Es分别取钢筋试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准值和弹性模量。

同时，为了防止出现少筋破坏，需要控制梁受拉钢筋配筋率 大于适筋构件的最小配筋率 min，其中 min可按下式计算：

min 0.45

ftfy

（2）试件的主要参数

①试件尺寸（矩形截面）：b×h×l＝180×250×2200mm； ②混凝土强度等级：C35； ③纵向受拉钢筋的种类：HRB400； ④箍筋的种类：HPB300（纯弯段无箍筋）； ⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度：25mm；

（3）配筋计算： 由所选材料性能可知:

fyk 400N/mm2fy 360N/mm2fyv 270N/mm2fck 23.4N/mm2fc 16.7N/mm2ftk 2.20N/mm2ft 1.57N/mm2

ft1.57

0.45 0.45 1.96 10 3

fy360

0.8y0.0033Es

0.523

1 16.7

0.024 360

min

b

=0.523

1

b b

1fc

fy

h0 h c

d

250 25 7 218mm 2

2

所以，当所配纵筋为314时，钢筋面积As=462mm

;

As

0.012

bh0

此时

min b

所以该梁为适筋梁

综上所述，试件的配筋情况见图3和表1：

图3 梁受弯实验试件配筋

说明：预估荷载按照《混凝土结构设计规范》给定的材料强度标准值计算，未计试件梁和分配梁的自重。

（4）试件加载估算

1. 开裂弯矩估算

Es2.06 105

E 6.540

Ec3.15 104

A

2 EAs2 6.54 462

0.134 bh180 250

Mcr 0.292(1 2.5 A)ftkbh2

0.292 1 2.5 0.134 2.20 180 2502 9.648kN m

2. 屈服弯矩估算

作为估算，可以假定钢筋屈服时，压区混凝土的应力为线性分布，因此有：

My fyAs(h0 xn/3) 0.9Mu

3. 极限弯矩估算

fykAs

1fckbh0

400 462

0.201

1 23.4 180 218

Mu 1kfckbh02 (1 0.5 )

1 23.4 180 2182 0.201 1 0.5 0.201 36.191kN m

Mcr9.648

Pcr kN=27.566kN…… 此处隐藏：2296字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……