结构设计原理》课程实验指导书(修改版)

《混凝土设计原理》

实验指导书

（土木工程专业用）

南京工业大学土木工程学院

实验一：单筋矩形截面梁破坏……………………………………………1

实验二：受弯构件斜截面破坏……………………………………………4

实验三：偏心受压柱破坏……………………………………………10

试验一  单筋矩形截面梁破坏

学    时：2学时

实验性质：综合性实验

目的要求：

通过对适筋梁、超筋梁和少筋梁的试验，加强对钢筋混凝土梁正截面受弯破坏过程的认识，了解正截面科学研究的基本方法，验证受弯构件正截面承载力计算方式。

实验内容：

1、观测适筋梁、超筋梁的裂缝出现和开展过程、挠度变化以及破坏特征，并记下开裂荷载实测值（Pcr）和破坏荷载实测值（Pu）。

2、 量测适筋梁在各级荷载下的跨中挠度值，绘制梁跨中的荷载（内力）一挠度曲线（M-f曲线）。

3、 量测适筋梁在纯弯区段沿截面高度的平均应变，绘出沿梁高度的应变分布图形，验证平截面假定。

4、 通过在主筋上测定的应变，验证钢筋屈服与梁破坏之间的关系。

5、 观察和描绘试件破坏情况和特征，比较适筋梁与超筋梁的破坏形态及破坏荷载。

6、 根据规范方法计算试件破坏承载力理论值并与试验值比较。

试件设计与制作：

1、 试件设计为确保梁正截面强度破坏，在剪弯区段所配箍筋需加强，纵筋端部锚固足够可靠。

图1-1和表1-1给出了L-1(适筋梁)、L-2（超筋梁）L-3（少筋梁）的配筋详图及截面参数，混凝土采用C20，纵向受力筋采用HPB235钢筋（带弯钩）和HRB335钢筋（不带弯钩）。

表1-1

     项目

图1-1试件尺寸和配筋图

图1-2测点布置图

2、 试件制表

试件采用干硬性混凝土、平板振捣器振捣、蒸汽养护或自然养护28天，制作试件同时预留混凝土立方体试块（150Ｘ150Ｘ150mm）和纵向受力钢筋试件以测得混凝土和钢筋的实际强度，填入表1-2用于计算构件的实际承载力。

表1-2

           项目

1、加荷装置

方案一：采用千斤顶和反力架进行两点加荷。

方案二：在四柱压力机上进行两点加荷。

2、观测方案

（1）用百分表量测梁的跨中挠度，其值按下式计算：

跨中位移

（2）用手持式应变仪量测沿截面高度的平均应变

测点布置见图1-2。

（3）裂缝观测：

用放大镜观测裂缝出现，用读数显微镜测读裂缝宽，用钢直尺量取纯弯段裂缝间距。

（4）试验完毕，打碎保护层、测定实际保护层厚度。

3、安全措施

1、试验梁下设安全垫块，以防梁破坏时伤害操作人员和破坏仪表。

2、仪表安装时系安全绳，试件破坏前必须撤除仪表。

3、加荷系统必须稳定可靠。

试验步骤

1、试验前，先进行材料试验，并按实测材料强度指标计算开裂荷载和构件承载力。

2、加荷载前，用放大镜及读数显微镜检查有无初始干缩裂缝、读取百分表和手持式应变仪的初始读数。

3、按荷载短期效应组合值的20%分级加荷，构件自重及加载设备重量计入第一级。每级荷载的持续时间为10分钟，持续时间结束后方可测读仪表。

4、接近估算开裂荷载时，荷载分级降为5%，直至裂缝出现，记下荷载值Pcrs，开裂后荷载分级恢复为20%。

5、构件达到正常使用极限状态，即荷载达到其短期组合值。持荷时间增加5分钟。持续时间结束后，测读各仪表，同时用读数显微镜量测纯弯段所有裂缝宽度、量测平均裂缝间距。

6、构件进入破坏阶段、荷载分级调整为10%，接近承载力极限状态时，降为5%，并撤除百分表，持续时间仍取10分钟，直至构件破坏，记下荷载值Pus。

注意事项

（1）试验前必须明确试验目的，仔细阅读指导书，要求熟悉试验步骤及有关注意事项，如有不清楚的地方可进行研究，讨论或询问指导教师，对与本次无关的仪器设备不可随便乱动。

（2） 试验时，一定要听从指导教师的指导，遵守试验室规章制度，特别要注意试件破坏时的安全。

（3）试验结束后，按要求完成试验报告。

试验二 受弯构件斜截面强度实验

学    时：2学时

试验性质：综合性实验

目的要求：

1、验证斜截面强度计算方法，加深认识剪压破坏、斜压破坏、斜拉破坏等三种剪切破坏形态的主要破坏特征，以及产生这三种破坏特征的机理。

2、正确区分斜裂缝和垂直裂缝，弯剪斜裂缝和腹剪斜裂缝；在此基础上加深了解这二种裂缝的形成原因和裂缝开展的特点。

3、加深了解箍筋在斜截面抗剪中的作用。

实验内容：

1、量测试验梁的挠度。

2、测斜裂缝出现前后箍筋的应变。

3、仔细观察裂缝的出现和开展过程，特别注意观察剪跨内斜裂缝的出现和开展的全过程。斜裂缝出现后，用铅笔在裂缝旁边描裂缝，按出现顺序编号，并在裂缝顶端注明相应的荷载值，待试验梁破坏后再绘制裂缝分布图和破坏形态图。

4、记录斜截面破坏荷载，并验算斜截面破坏时的(和分别为斜截面破坏时的剪力试验值和理论值)。

5、在试验过程中，要根据试验目的、内容和要求，认真做好记录，并完成试验报告。

试件设计与制作：

1、此试验为斜截面强度试验，在进行试件截面设计时，要保证梁不发生正截面破坏而只发生斜截面破坏，即正截面破坏强度大于斜截面破坏强度。

图2－1给出了L－1（剪压试验梁）、L－2（斜拉试验梁）、L－3（斜压试验梁）的配筋详图及截面参数，设计时，砼采用C20，保护层厚度25mm，纵向受力筋，级钢带弯钩，级钢不带弯钩。

2、试件制表

试件采用干硬性混凝土、平板振捣器振捣、蒸汽养护或自然养护28天，制作试件同时预留混凝土立方体试块（150×150×150mm）和纵向受力钢筋试件以测得混凝土和钢筋的实际强度，填入表1-2用于计算构件的实际承载力。

     项目

图2－1试验梁详图

表2－1

           项目

1、加载装置

根据试验梁最大承载能力，决定加载装置和加载方式。本次试验有三种不同规格的梁，其加载体系均采用反力架、千斤顶加载体系。加载装置如图2－2所示，荷载作用位置如图2－3。

    试验梁安装要求

    本次的试验梁和支座的连接为简支。试验梁两端搁置在专门设计的支座上，保证梁在受力后，梁的一端能够转动而另一端能够水平移动；试验梁就位后，应保证几何尺寸位置的准确。

2、测点布置

根据试验目的和要求，测点布置如图2－4所示。

图2－2加载装置图

图2－3荷载作用位置图

图2－4测点布置图

注：、为百分表，量测试验梁支座沉降，为百分表，量测试验梁跨中挠度    1为电阻片，量测试验梁箍筋应变

3、试验仪器和加载设备

XJ-5型电阻应变仪，用于量测箍筋应变

百分表，用于量测挠度

500kN千斤顶，用于加荷

4、安全措施

在试验过程中，要服从统一指挥。随时注意观察加载装置和登记表运转是否正常，如发现偏差过大，应立即停止试验，待纠正后再继续加载。试件接近破坏时，应在试件下面安装安全支承，避免测试人员及登记表遭受不必要的损失；当加载超过80%的破坏荷载后，应将易损仪表拆除。

5、人员分工

加载2人，读百分表3人、记录1人，操作电阻应变仪1人、记录1人，寻找裂缝并量测裂缝宽3人，负责安全1人，总指挥1人。

试验步骤：

1、试验前，先进行材料试验，并按实测材料强度指标计算开裂荷载和构件承载力。

2、加荷载前，用放大镜及读数显微镜检查有无初始干缩裂缝、读取百分表和手持式应变仪的初始读数。

3、加荷方法

采取分级加荷，每级加载值一般取5~10%的破坏荷载。每次加载后间歇5分钟，使试件的变形趋于稳定后，按试验内容和要求量测数据，并认真做好记录；数据校核无误后，方可进行下一级加载。

注意事项：

1、复习受弯构件斜截面的强度计算一章内容，仔细阅读试验指导书，充分了解本次试验目的、要求、测试等内容。

2、根据所给试验梁尺寸、配筋，计算试验梁的破坏荷载，确定加载级数和每级加载值。

3、进入试验室后，要服从担任本次试验指导教师的统一指挥，认真完成本次试验所要求的内容，注意分工协作。

4、与本试验无关的仪器设备和其他试验项目装置不得随意乱动。

5、注意安全，尤其是加载阶段。

实验三  矩形截面对称配筋偏心受压柱正截面强度试验

学    时：2学时

实验性质：综合性实验

目的要求：

1、通过柱侧面的应变片和纵向钢筋上的应变片，测定截面不同纤维层的应变值，验证平截面假定，并测定混凝土的极限压应变。

2、通过位移计量测柱子的水平挠度，说明纵向弯曲对偏心受压中长柱的影响。  

3、观察大偏心受压截面的破坏特性，记录破坏荷载。

4、测定开裂荷载及0.3mm裂缝荷载。

实验内容：

1、量测纵向钢筋AS'，As的应变，分析其应力情况。

2、观察裂缝出现的荷载及裂缝开展的过程。

3、在跨中区段验证平截面假定并分析中和轴位置的变化。

4、确定破坏荷载值，验证理式，并对理论值和试验值进行比较。

试件设计与制作：

1、此试验为钢筋混凝土大偏心受压中长柱的强度试验， 试件应设计为大偏心受压柱。

选择如图3－1所示钢筋混凝土大偏心受压柱。选择柱的截面尺寸为（为了防止柱子向另一方向产生侧向弯曲面形成双向受弯，故柱截面在另一方向设计成200mm，大于150mm，加载段200×300mm，加载接触面预埋钢板），考虑到试验用构件没有耐久性要求，且构件尺寸较小，这里适当减小保护层厚度，取保护层厚度。

2、 试件制作

试件采用干硬性混凝土(C20)、平板振捣器振捣、蒸汽养护或自然养护28天，制作试件同时预留混凝土立方体试块（150×150×150mm）和纵向受力钢筋试件以测得混凝土和钢筋的实际强度，填入表1-2用于计算构件的实际承载力。

3、应变片

在柱中间截面贴钢筋应变片4片，均在角部钢筋上，混凝土应变片10片（3＋2＋3＋2＝10），其中偏心方向（3＋3）片，位置见图3-1，垂直偏心方向（2＋2）片。

图3-1 所示钢筋混凝土大偏心受压柱（箍筋 6@75）

表1-2

           项目

1、加荷装置

如图（3-2）所示，整个试验梁安装在2000kN液压压力试验机上进行。将压力试验机施加的外荷载P作用在钢筋混凝土大偏心受压柱上。