鄭州大學現(xiàn)代遠程教育《綜合性實踐環(huán)節(jié)》一． 作業(yè)要求1.要求提交設計試驗構件詳細的設計過程、構件尺寸和配筋；2.要求擬定具體的試驗步驟；3.要求預估試驗發(fā)生的破壞形態(tài)；4.構件尺寸、配筋、試驗步驟以及破壞形態(tài)可參考《綜合性實踐環(huán)節(jié)試驗指導》或相關教材（例如，混凝土原理），也可自擬二． 作業(yè)內容1. 正截面受彎構件——適筋梁的受彎破壞試驗設計35分）1. 實驗目的： A、實驗室實驗目的: 1、了解受彎構建正截面的承載力大小，撓度變化及裂紋出現(xiàn)和發(fā)展的過程 2、觀察了解受彎構件受力和變形的過程的三個工作階段及適筋梁的破壞特征 3、測定或計算受彎構件正截面的開裂荷載和極限承載力，驗證正截面承載計算方法 B、模擬實驗目的: 1、通過用動畫演示鋼筋 混凝土簡支梁兩點對稱加載實驗的全過程，形象生動地向學生展示了鋼筋 混凝土簡支受彎構件在荷載作用下的工作性能同時，軟件實時地繪制撓度-荷載曲線、受壓區(qū)高度-荷載曲線及最大裂縫寬度-荷載曲線以放映簡支梁工作性能的變化規(guī)律，力圖讓學生清楚受彎構件的變形，受壓區(qū)高度等在荷載作用下不同階段的發(fā)展情況 2、學生還可以實用軟件對即將進行的實驗進行預測，認識試件在荷載作用下不同階段的反應，從而設計出良好的實驗觀測方案。

3、實驗結果有學生計算與模擬實驗結合進行，實現(xiàn)參與式實驗教學的效果2. 實驗設備： A、試件特征 （1）根據(jù)實驗要求，試驗梁的混凝土等級為C25，截面尺寸為150mm*400mm， （Fc=16.7N/mm2，21.78/tkfNmm=,216.7/ckfNmm=，ft=1.27 N/mm2） 縱向向受力鋼筋等級為HRB400級225(400/,540/,2.010ykstkcfNmmfNmmE===′） 箍筋與架立鋼筋強度等級為HPB300級25(300/2.110)ykcfNmmE==′ （2）試件尺寸及配筋圖如圖所示，縱向受力鋼筋的混凝土凈保護層厚度為20mm(計算按規(guī)定取20+5=25mm) （3）梁的中間配置直徑為6mm，間距為80的箍筋，保證不發(fā)生斜截面破壞 （4）梁的受壓區(qū)配有兩根架立鋼筋，直徑為10mm，通過箍筋和受力鋼筋綁扎在一起，形成骨架，保證受力鋼筋處在正確的位置 B、真實實驗儀器設備： 1、靜力試驗臺座，反力架，支座及支墩 2、20T手動式液壓千斤頂 3、20T荷重傳感器 4、YD-21型動態(tài)電阻應變儀 5、X-Y函數(shù)記錄儀器 6、YJ-26型靜態(tài)電阻應變儀及平衡箱 7、讀書顯微鏡及放大鏡 8、位移計（百分表）及磁性表座 9、電阻應變片，導線等 C、模擬實驗儀器設備： 1、筆、計算紙 2、電腦 3、SSBCAI軟件 3、實驗簡圖 本次試驗我分配的梁的跨度l為3300mm，構造要求的截面尺寸為220*110但是為了計算需要該梁的截面高度h為取400mm，截面寬度b取150mm。

外力加載處位于總長的1/3即1100處經(jīng)計算該梁的最小配筋面積為0.178%A，最大配筋面積為1.7%A 1、在進行少筋破壞計算時配筋面積采用0.125% A、計算As為75平方毫米，采用一根直徑為10的三級鋼筋，實際As為78.5平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構造要求 2、在進行適筋破壞計算時配筋面積采用0.85% A、計算As為510平方毫米，采用兩根直徑為18的三級鋼筋，實際As為509平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構造要求 3、在進行超筋破壞計算時配筋面積采用2.00% A、計算As為1200平方毫米，采用兩根直徑為28的三級鋼筋，實際As為1232平方毫米，經(jīng)檢驗滿足構造要求適筋破壞-配筋截面 模擬實驗加載數(shù)據(jù): 1、荷載0 kg—0.4kn屬于彈性階段，當荷載達到0.4kn后進入塑形階段 2、荷載0.4kg—6.9kn屬于塑性階段，當荷載達到6.9kn后 混凝土開始開裂 3、荷載達到52.9kn時鋼筋達到受拉屈服強度但 混凝土還未定達到抗壓峰值 4、荷載達到55.2kn時 混凝土達到抗壓峰值該梁破壞 繪出試驗梁p-f變形曲線計算撓度） 極限狀態(tài)下的撓度 040034366hmm滿足要求與實驗結果7.37相差50%以內計算結果符合誤差要求，但不符合安全構造要求。

同上方法可以計算出不同荷載作用下的撓度①在荷載為0.3kn前，梁處于彈性階段；在荷載增加到大約6.0kn，梁由彈性到開裂；在荷載增加到大約9.7kn鋼筋達到屈服強度，梁破壞 ②在開裂截面，內力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，是鋼筋應力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度此時受壓混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑性，應力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線實驗荷載---撓度曲線圖如下、實驗荷載—最大裂縫寬度曲線如下：③又因為配筋率少于最小配筋率，故一旦原來由混凝土承擔的拉力有鋼筋承擔后，鋼筋迅速達到的屈服受壓區(qū)高度會迅速降低，以增大內力臂來提高抗彎能力同時，所提高的抗彎能力等于降低后的荷載引起的彎矩，受壓區(qū)高度才能穩(wěn)定下來在撓度-荷載曲線上就表現(xiàn)為荷載有一個突然地下降然后受壓區(qū)高度進一步下降，鋼筋歷盡屈服臺階達到硬化階段，荷載又有一定上升此時受壓區(qū)混凝土仍未被壓碎，即梁尚未喪失承載能力，但這是裂縫開展很大，梁已經(jīng)嚴重下垂，也被視為以破壞實驗荷載—相對受壓區(qū)高度曲線如右圖：適筋破壞： （1）計算的開裂彎矩、極限彎矩與模擬實驗的數(shù)值對比，分析原因 開裂彎矩： 040040360hmm=-= 模擬實驗破壞荷載與計算破壞荷載比較： 兩個開裂彎矩對比：（6.9-0.297）/6.9=95.6%>50% 兩個屈服彎矩對比：（59.11-52.9）/ 59.11=10.5%<50% 兩個極限彎矩對比：（76.246-55.2）/ 55.2=38.12%<50% 誤差符合要求。

結果分析 本次實驗數(shù)據(jù)對比，誤差存在，產生誤差的主要原因有三點： 1實驗時沒有考慮梁的自重，而計算理論值時會把自重考慮進去 2.計算的階段值都是現(xiàn)象發(fā)生前一刻的荷載，但是實驗給出的卻是現(xiàn)象發(fā)生后一刻的荷載 3.破壞荷載與屈服荷載的大小相差很小，1.5倍不能準確的計算破壞荷載 4.整個計算過程都假設中和軸在受彎截面的中間滿足要求2. 與實驗結果0.03相差50%以內計算結果符合誤差要求，但不符合安全構造要求 同上方法可以計算出不同荷載作用下的撓度=0.751mm屈服狀態(tài)裂縫寬度=0.750mm開裂狀態(tài)裂縫寬度=0.00059mm用同樣的方法可計算出如下表：理論荷載-最大裂縫曲線3. 模擬實驗荷載-最大裂縫曲線4. 簡述裂縫的出現(xiàn)、分布和展開的過程與機理 ①當荷載在0.4KN內，梁屬于彈性階段，受拉應力應變和受壓應力應變曲線呈直線 ②當荷載在6.9KN的基礎上分級加載，受拉區(qū)混凝土進入塑性階段，受拉應變曲線開始呈現(xiàn)較明顯的曲線性，并且曲線的切線斜率不斷減小，表現(xiàn)為在受壓區(qū)壓應變增大的過程中，合拉力的增長不斷減小，而此時受壓區(qū)混凝土和受拉鋼筋仍工作在彈性范圍，呈直線增長，于是受壓區(qū)高度降低，以保證斜截面內力平衡。

當內力增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達到其實際的抗拉強度和極限拉應變，截面處于開裂前的臨界狀態(tài) ③接著荷載只要增加少許，受拉區(qū)混凝土拉應變超過極限抗拉應變，部分薄弱地方的混凝土開始出現(xiàn)裂縫在開裂截面，內力重新分布，開裂的混凝土一下子把原來承擔的絕大部分拉力交給受拉鋼筋，是鋼筋應力突然增加很多，故裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度此時受壓混凝土也開始表現(xiàn)出一定的塑性，應力圖形開始呈現(xiàn)平緩的曲線此時鋼筋的應力應變突然增加很多，曲率急劇增大，受壓區(qū)高度急劇下降，在撓度-荷載曲線上表現(xiàn)為有一個表示撓度突然增大的轉折內力重新分布完成后，荷載繼續(xù)增加時，鋼筋承擔了絕大部分拉應力，應變增量與荷載增量成一定的線性關系，表現(xiàn)為梁的抗彎剛度與開裂一瞬間相比又有所上升，撓度與荷載曲線成一定的線性關系隨著荷載的增加，剛進的應力應變不斷增大，直至最后達到屈服前的臨界狀態(tài) ④當荷載達到52.9KN時，鋼筋屈服至受壓區(qū)混凝土達到峰值應力階段此階段初內力只要增加一點兒，鋼筋便即屈服一旦屈服，理論上可看作鋼筋應力不再增大（鋼筋的應力增量急劇衰減），截面承載力已接近破壞荷載，在梁內鋼筋屈服的部位開始形成塑性鉸，但混凝土受壓區(qū)邊緣應力還未達到峰值應力。

隨著荷載的少許增加，裂縫繼續(xù)向上開展，混凝土受壓區(qū)高度降低（事實上由于鋼筋應力已不再增加而混凝土邊緣壓應力仍持續(xù)增大的緣故，受壓區(qū)必須隨混凝土受壓區(qū)邊緣應變增加而降低，否則截面內力將不平5. 衡），中和軸上移，內力臂增大，使得承載力會有所增大，但增大非常有限，而由于裂縫的急劇開展和混凝土壓應變的迅速增加，梁的抗彎剛度急劇降低，裂縫截面的曲率和梁的撓度迅速增大，所以我們可以看到在受拉鋼筋屈服后荷載——撓度曲線有一個明顯的轉折，此后曲線就趨于平緩，像是步上了一個臺階一樣 4、實驗結果討論與實驗小結 試驗表明適筋破壞屬于延性破壞：從鋼筋屈服到受壓區(qū)混凝土壓碎的過程中，鋼筋要歷經(jīng)較大的塑性變形，隨之引起裂縫急劇開展和撓度劇增因此，在工程應用中絕不能出現(xiàn)少筋、超筋的配筋情況 通過本次模擬試驗掌握了正截面受彎的三個受力階段，充分體驗了鋼筋混凝土受彎的整個過程；同時還掌握了擾度和裂縫的計算通過這次試驗，我熟悉掌握其構件受力和變形的三個階段以及破壞特征、掌握了不同荷載強度下?lián)隙群土芽p寬度的計算并且通過計算三種情況下梁的屈服荷載和破壞荷載跟實驗所得到的數(shù)值進行計較，讓我進一步明白，在實際施工時與應該注意：一定要根據(jù)構件的安全等級計算好承載力和強度，以保證施工安全和周邊環(huán)境、構造物和人民財產的安全！2.斜截面受剪構件——無腹筋梁斜拉受剪破壞試驗設計。

35分）學習目標 掌握剪跨比的概念、斜截面受剪的三種破壞形態(tài)以及腹筋對斜截面受剪破壞形態(tài)的響； 熟練掌握矩形、T形和I字形截面斜截面受剪承載力的計算方法； 熟悉縱筋的彎起、截斷及錨固等構造要求 A、真實實驗儀器設備： 1、靜力試驗臺座，反力架，支座及支墩 2、20T手動式液壓千斤頂 3、20T荷重傳感器 4、YD-21型動態(tài)電阻應變儀 5、X-Y函數(shù)記錄儀器 6、YJ-26型靜態(tài)電阻應變儀及平衡箱 7、讀書顯微鏡及放大鏡 8、位移計（百分表）及磁性表座 9、電阻應變片，導線等 B、模擬實驗儀器設備： 1、筆、計算紙 2、電腦 3、SSBCAI軟件 實驗簡圖 一、受彎構件有:正截面受彎破壞（M）、斜截面受剪破壞（M、V）、斜截面受彎破壞（M、V）二、 斜截面受剪通過計算和 構造來保證斜截面受彎通過構造來保證要解決的主要問題腹剪斜裂縫、彎剪斜裂縫 斜截面受剪破壞的三種主要形態(tài) 1、無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài)：試驗表明，無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài)主要由剪跨比決定1） 斜壓破壞 發(fā)生條件： l<1破壞特征首先在梁腹部出現(xiàn)腹剪斜裂縫 隨后混凝土被分割成斜壓短柱最后斜向短柱混凝土壓壞而破壞。

破壞取決于混凝土的抗壓強度 脆性破壞（2）剪壓破壞發(fā)生條件： 1<λ <3 ▲破壞特征： 首先出現(xiàn)豎向裂縫， 隨后豎向裂縫斜向發(fā)展，并形成一條臨界斜裂縫， 最后剪壓區(qū)混凝土破壞而破壞 破壞取決于剪壓區(qū)混凝土的強度 脆性破壞3）斜拉破壞發(fā)生條件：λ>3 ▲破壞特征： 一旦裂縫出現(xiàn)，就很快形成臨界斜裂縫，承載力急劇下降，構件破壞承載力主要取決于混凝土的抗拉強度 脆性顯著（4） 三種破壞形態(tài)的特征比較三種破壞形態(tài)的特征比較 （斜。