實驗一受彎構件正截面承載力試驗
一、試驗目的
1. 掌握制定結構試驗方案的原則，設計簡支梁受彎破壞試驗的加荷方案和測試方案，並根據試驗的設計要求選擇試驗測量儀器儀表。
2. 觀察鋼筋混凝土受彎試件從開裂、受拉鋼筋屈服、直至受壓區混凝土被壓碎這三個階段的受力與破壞全過程，掌握適筋梁受彎破壞各個臨界狀態截面應力應變圖形的特點。
3. 能夠按照國家規範要求，對使用荷載作用下受彎構件的強度、剛度以及裂縫寬度等進行正確評價。
4. 分析配筋率對受彎構件正截面承載力及破壞形態的影響。
5. 熟悉結構試驗的過程，掌握儀器儀表的使用，提高學生的實際動手、資料處理能力，鍛鍊學生分析問題、解決問題的能力。
二、使用儀器和裝置
1、 靜載反力試驗裝置 2、 液壓千斤頂 3、 荷載分配梁 4、 荷載感測器
5、 滾動和鉸支座若干 6、 支撐架 7、應變片 8、 電阻應變儀 9、 百分表
三、試驗方案
1. 試件設計：
（1）試件的主要引數：具體配筋情況請看圖1.1和表1.1
混凝土強度等級：c20
② 試件截面（矩形）尺寸：b×h×l＝120×200×1500mm
③ 箍筋型別：hpb235（純彎段無箍筋，彎剪區有足夠的箍筋，保證構件不會發生剪下破壞）
圖1.1 梁受彎試件配筋
梁受彎試件配筋表1.1
（2） 試件設計依據：
根據梁正截面受壓區相對高度和界限受壓區相對高度的比較可以判斷出受彎構件的型別：當時，為適筋梁；當時，為超筋梁。界限受壓區相對高度可按下式計算：
1-1)
其中在進行受彎試件梁設計時，、分別取《混凝土結構設計規範》規定的鋼筋受拉強度標準值和彈性模量；進行受彎試件梁載入設計時，、分別取鋼筋試件試驗得到鋼筋受拉屈服強度標準值和彈性模量。
對於少筋梁，設計試件配筋時，需要控制梁受拉鋼筋配筋率不大於適筋構件的最小配筋率，其中可按下式計算。
1-2)
2. 載入方案：
（1）載入裝置：圖1.2為本課程進行梁受彎效能試驗採用的載入裝置，載入裝置為千斤頂。
採用兩點集中力載入，在跨中形成純彎段，由千斤頂及反力梁施加壓力，分配梁分配荷載，壓力感測器測定荷載值。
1—試驗梁；2—滾動鉸支座；3—固定鉸支座；4—支墩；5—分配梁滾動鉸支座；
6—分配梁滾動鉸支座；7—集中力下的墊板；8—分配梁；9—反力梁及龍門架；10—千斤頂；
圖1.2 梁受彎試驗裝置圖
（2）載入方式：梁受彎試驗採用單調分級載入，每次載入時間間隔為15分鐘。在正式載入前，為檢查儀器儀表讀數是否正常，需要預載入，預載入所用的荷載是分級荷載的前2級。
對於適筋梁，在載入到開裂試驗荷載計算值的90％以前，每級荷載不宜大於開裂荷載計算值的20％；達到開裂試驗荷載計算值的90％以後，每級荷載值不宜大於其荷載值的5％；當試件開裂後，每級荷載值取10％的承載力試驗荷載計算值（pu）的級距；當載入達到縱向受拉鋼筋屈服後，按跨中位移控制載入，載入的級距為鋼筋屈服工況對應的跨中位移；載入到臨近破壞前，拆除所有儀表，然後載入至破壞。
對於超筋梁，～的載入機制同適筋梁；在載入達到承載力試驗荷載計算值的90％以後，每級荷載值不宜大於開裂試驗荷載值的5％；載入到臨近破壞前，拆除所有儀表，然後載入至破壞。
對於少筋梁，在載入到開裂試驗荷載計算值的90％以前，每級荷載不宜大於開裂荷載計算值的20％；達到開裂試驗荷載計算值的90％以後，每級荷載值不宜大於其荷載值的5％；少筋梁的開裂荷載和破壞荷載接近，而且表現為脆性破壞，注意載入過程的安全防護。
（3）試件各載入荷載的估算：包括開裂彎矩、屈服彎矩、極限彎矩的估算。
開裂彎矩估算
1-3)
其中，。
屈服彎矩估算
作為估算，可以假定鋼筋屈服時，壓區混凝土的應力為線性分布，因此有：
1-4)
極限彎矩估算
對於適筋梁1-5)
對於超筋梁：，，
1-6)
對於少筋梁1-7)
（4）試件各荷載實測值的確定方法：包括開裂彎矩和極限彎矩。
開裂荷載實測值確定方法：
a 放大鏡觀察法：用放大倍率不低於四倍的放大鏡觀察裂縫的出現；當載入過程中第一次出現裂縫時，應取前一級荷載作為開裂荷載實測值；當在規定的荷載持續時間內第一次出現裂縫時，應取本級荷載值與前一級荷載的平均值作為開裂荷載實測值；當在規定的荷載持續時間結束後第一次出現裂縫時，應取本次荷載值作為開裂荷載實測值。
b 荷載－撓度曲線判別法：測定試件的最大撓度，取其荷載－撓度曲線上斜率首次發生突變時的荷載值作為開裂荷載的實測值；
c 連續布置應變計法：在截面受拉區最外層表面，沿受力主筋方向在拉應力最大區段的全長範圍內連續搭接布置應變計監測應變值的發展，取任一應變計的應變增量有突變時的荷載值作為開裂荷載實測值。
② 極限彎矩的測定方法：採用極限狀態方法來進行測定。
對梁試件進行受彎承載力試驗時，在載入或持載過程中出現下列標記即可認為該結構構件已經達到或超過承載力極限狀態，即可停止載入：
a 對有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋的受拉應變達到0.01；
b 受拉主鋼筋拉斷；
c 受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達到1.5mm；
d 撓度達到跨度的1/30；
e 受壓區混凝土壓壞。
3．測試方案：
主要測試純彎區混凝土平均應變、縱向鋼筋的應變以及在荷載作用下構件產生的撓度三個方面的內容。根據簡支梁的內力和變形特點，一般應在最大應力截面和最大撓度截面處布置測點。
（1） 混凝土平均應變：在純彎段內任選一截面，沿梁截面高度上分別布置四個混凝土應變測點，以量測該截面處混凝土壓應變和中和軸的變化情況。
（2） 縱向鋼筋應變：在試件縱向受拉鋼筋中部沿長度貼上電阻應變片，以量測載入過程中鋼筋的應力變化，測點布置見圖1.3。
圖1.3 縱筋應變片布置圖
（3） 撓度：對受彎構件的撓度測點應布置在構件跨中或撓度最大的部位截面的中軸線上，慮到支座處可能也有下沉，在支座處也安裝了位移表。
四、試驗步驟
1. 試驗準備階段：
（1）制定試驗計畫書：
試驗計畫宜包括以下內容：①試驗目的和要求；②試件設計和製作；③試驗物件的考察和檢查；④試驗構件的安裝就位和試驗裝置；⑤試驗荷載、載入方法和載入裝置，確定載入級數和每級載入值；⑥試驗測量內容、方法和測點儀表布置圖；⑦試驗進度計畫；⑧試驗的組織；⑨試驗資料整理和資料分析的要求。
（2）試件的檢查：
試驗前宜將試件表面刷白，並分格畫線，分格大小可按構件尺寸確定。在刷白前，對試件進行檢查的內容包括：
① 收集試件的原始設計資料、設計圖紙和計算書；施工和製作記錄；原材料的物理力學效能試驗報告等檔案資料。
② 對結構構件的跨度、截面、鋼筋的位置、保護層厚度等實際尺寸及初始撓曲、變形、原始裂縫等作出書面記錄，繪製詳圖。對鋼筋位置、實際規格、尺寸和保護層厚度也可在試驗結束後進行量測。
2. 構件試驗：
（1） 按照加荷方案配備加荷裝置，安裝試件，固定加荷系統；
（2） 放置荷載分配梁，並進行調整到符合實驗要求；
（3） 將各測點進行編號，並記錄試件初始缺陷或裂縫等；
（4） 統一讀取初讀數，並按載入制度進行載入試驗。每加一級荷載後均應測讀記錄一次各個測點的資料，並密切觀察構件裂縫開展和變形情況；
（5） 試驗期間和試驗完畢後，應描繪試件裂縫展開圖及破壞特徵圖，包括裂縫出現時的荷載值，裂縫出現的位置、破壞特徵等均應標註在圖中；
（6） 試驗完畢後應卸去荷載，拆除儀表，關閉儀器，並清理試驗現場。
3. 試驗結果整理：並最終以實驗報告的形式上交。試驗報告形式請見附表。
試驗報告的內容應包括以下部分：
（1） 試驗原始資料的整理
① 試件的實際尺寸：梁的截面尺寸；保護層厚度；配筋率等。
② 實驗材料的力學效能：鋼筋和混凝土的實測強度、彈性模量。
③ 試件的外觀情況。
④ 根據試驗前測得的試件尺寸和材料力學效能資料計算與開裂彎矩對應的荷載pcr，極限彎矩對應的荷載pu。
⑤ 試驗資料的記錄及相應的**。
⑥ 破壞形態的說明及圖例**。
（2） 裂縫發展情況及破壞形態描述
（3） 荷載—撓度關係曲線
（4） 沿構件截面高度上混凝土平均應變分布
（5） 彎矩—曲率關係曲線
（6） 荷載與縱筋應變關係曲線
五、注意事項
1、 試驗應按要求採用相應的分級載入方式；
2、 實驗準備就緒後，首先預加一次荷載，觀察所有儀器是否正常工作；
3、 每次載入持續時間取為10分鐘，使試件變形趨於穩定後，再進行下一級載入，載入時間間隔控制在15分鐘，直到破壞為至。
六、學時分配
2學時。
七、上交資料
每人交實驗報告1份。
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3、了解縱筋配筋率及剪跨比對無腹筋受彎構件斜截面承載力和破壞形態的影響。
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