钢筋混凝土正截面受弯实验报告

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

《混凝土结构设计原理》实验报告

实验一 钢筋混凝土受弯构件正截面试验

土木工程 专业 10 级 3 班

姓名 学号

二零一二年十一月

仲恺农业工程学院城市建设学院

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

目 录

一、实验目的：································································· 二、实验设备：································································· 2.1试件

2.2实验仪器设备

三、实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线·····3 2

2

3.1实验简图 2

3.1.1实验简图

3.1.2少筋破坏-配筋截面 3.1.3适筋破坏-配筋截面 3.14 超筋破坏-配筋截面

3.2 少筋破坏：······························································ 3.2.1 计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因 3.2.2 绘出试验梁p-f变形曲线 3.2.3 绘制裂缝分布形态图

3.2.4 简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理

3.3 适筋破坏：······························································ 3.231 计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因 3.3.2 绘出试验梁p-f变形曲线 3.3.3 绘制裂缝分布形态图

3.3.4 简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理

3.3.5 简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响 3.4 超筋破坏：······························································ 3.4.1 计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因 3.4.2 绘出试验梁p-f变形曲线

3.4.3 绘制裂缝分布形态图

3.4.4 简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理 四、实验结果讨论与实验小结。···············································

3 6 9

12

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

仲恺农业工程学院实验报告纸

城市建设学院 （院、系） 土木工程 专业 103 班 11 组 混凝凝土结构设计原理 课

实验一 钢筋混凝土受弯构件正截面试验

1.实验目的：

①. 了解受观察了解受弯构件受力和变形过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征。 ②. 弯构件正截面的承载力大小、挠度变化及裂缝出现和发展过程。

③. 测定或计算受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证正截面承载力计算方法。

2.实验设备：

试件特征

（1）根据试验要求，试验梁的混凝土强度等级为C25(

fc 11.9N/mm

2

fck=16.7N/mm2，ftk=1.78N/mm2，

, Ec=2.8×104 N/mm2），纵向受力钢筋强度等级HRB335级（极限抗

2

拉强度标准值为fyk 335N/mm度标准值为

），箍筋与架立钢筋强度等级 HPB300级（屈服强

fy=300N/mm2）

（2）试件为b×h=210×525 mm2，纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为20mm。少筋、 适筋、超筋的箍筋分别为 Ф6@200、Ф6@200、Ф8@150，保证不发生斜截面破坏。

（3）梁的受压区配有两根Ф10的架立筋，通过箍筋与受力筋绑扎在一起，形成骨架，保证受力钢筋处在正确的位置。

试验仪器设备：（1）静力试验台座、反力架、支座与支墩 （2）手动式液压千斤顶 （3）20T荷重传感器

（4）YD-21型动态电阻应变仪 （5）X-Y函数记录仪

（6）YJ-26型静态电阻应变仪及平衡箱 （7）读数显微镜及放大镜

（8）位移计（百分表）及磁性表座 （9）电阻应变片、导线等

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。

实验简图

少筋破坏-配筋截面： 加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）

加载：Fcr 6.6KN Fu 9.6KN

适筋破坏-配筋截面 加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）

加载：Fcr 7.9KN Fy 52.3KN Fu 56KN

超筋破坏-配筋截面 加载：（注明开裂荷载值、纵向受拉钢筋达到设计强度fy时的荷载值、破坏荷载值）

加载：Fcr 13.4KN Fu 110.8KN

3.1 少筋破坏：

（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。 开裂弯矩、荷载：

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

h0 525-31 494mm As 157mm

2

跨度为 a 2450mm

1fcbx Asftk Mcr ftkAs(h0 )

2

x

x

Asftk 0.1118mm 1fcb1.0 11.9 210

0.1118

Mcr 1.78 157 494- 0.138KN M 2

Fcr

Mcra

0.1382.45

0.056KN

破坏弯矩、荷载：

x

fykAsa1fcb

335 1571 11.9 210

21.04mm

21.04

Mu 335 157 494- 25.43KN M 2

Fu

Mua

25.432.45

10.38KN

通过分析对比，实验数据跟理论数据存在着误差，主要原因：

1实验时没有考虑梁的自重，而计算理论值时会把自重考虑进去；

2.计算的阶段值都是现象发生前一刻的荷载，但是实验给出的却是现象发生后一刻的荷载； 3.破坏荷载与屈服荷载的大小相差很小，1.5倍不能准确的计算破坏荷载； 4.整个计算过程都假设中和轴在受弯截面的中间。

（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

注：在很小荷载的作用下，少筋梁即破坏，挠度无法计算

（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）

注：少筋梁在裂缝出现到破坏期间时间极短，裂缝难以计算。 （4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。

①在荷载为0.4KN时，梁处于弹性阶段。

②在荷载达到6.6KN时，混凝土开裂，开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，是钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。

③又因为配筋率少于最小配筋率，故一旦原来由混凝土承担的拉力有钢筋承担后，钢筋迅速达到的屈服。受压区高度会迅速降低，以增大内力臂来提高抗弯能力。同时，所提高的抗弯能力等于降低后的荷载引起的弯矩，受压区高度才能稳定下来。在挠度-荷载曲线上就表现为荷载有一个突然地下降。然后受压区高度进一步下降，钢筋历尽屈服台阶达到硬化阶段，荷载又有一定上升。此时受压区混凝土仍未被压碎，即梁尚未丧失承载能力，但这是裂缝开展很大，梁已经严重下垂，也被视为以破坏。

（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。

配筋率越高，受弯构件正截面承载力越大，最大裂缝宽度值越小，但配筋率的提高对减小挠度的效

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

果不明显。

3.2 适筋破坏：

（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。 理论计算：

ho 486.5开裂时：x

ftkAs

1.78 981.251.0 11.9 210

1fcb

x2

0.6989mm

0.69892

) 0.8491KN m

Mcr ftkAs(ho

) 1.78 981.25 (486.5 Mcra 0.84912.45

0.3466KN

开裂荷载：Fcr 屈服时：x M

fyAs

300 981.251.0 11.9 210

1fcb

x2

117.797mm

117.797

2

) 125.875KN m

y

fyAs(ho

) 300 981.25 (486.5 Ma

y

屈服荷载：Fy 破坏时：x

125.8752.45

51.38KN

131.54mm

131.542

) 138.3KN m

fykAs

335 981.251.0 11.9 210

1fcb

x2

Mu fykAs(ho 破坏荷载:Fu

) 335 981.25 (486.5 138.32.45

56.5KN

Mua

通过分析对比，实验数据跟理论数据存在着误差，主要原因：

1实验时没有考虑梁的自重，而计算理论值时会把自重考虑进去；

2.计算的阶段值都是现象发生前一刻的荷载，但是实验给出的却是现象发生后一刻的荷载； 3.破坏荷载与屈服荷载的大小相差很小，1.5倍不能准确的计算破坏荷载； 4.整个计算过程都假设中和轴在受弯截面的中间。

（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）

As 981.25h0 486.5

54

E te

EsEc

Asbh0

2 10

2.8 10

981.25210 486.5

0.0686

AsAte

981.250.5 210 525

0.0178

当构件开裂时，Mk 0.8491KN/M

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

sq

M

K

h0As

0.8491 10ftk

6

0.87 486.5 981.25

2.0441.78

负数， 取0.2

1.1 0.65

te sq

2

1.1 0.65

0.0178 2.044

5

2

Bs

EsAsh0

MKl0

B

2

1.15 0.2 6 E

58

2 10 981.25 486.5

1.15 0.2 0.2 6 0.0686

6

2

5.519 10

13

N mm

2

f s

0.8491 10 7350

5.519 10

13

0.52mm

以此类推，在不同的荷载下，可以得到相关的数据：

实验得出的荷载-挠度曲线:

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）

最大裂缝：

acr 1.9

te

deq

As0.5bh25

981.250.5 210 525 1404.5mm

138.3 101.780.0178 333

0.0178

te

0.0178M

k

6

333N/mm

2

sq

h0As

0.87 486.5 981.25

0.9

1.1 0.65

Wmax

deq

acr 1.9cs 0.08Es te

sq

333 1.9 0.9 1.9 26 6 0.08 1404.5 0.46mm5 2 10

（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。

①当荷载在0.4KN内，梁属于弹性阶段，没有达到屈服更没有受到破坏。

②当荷载在0.4KN的基础上分级加载，受拉区混凝土进入塑性阶段，手拉应变曲线开始呈现较明显

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

的曲线性，并且曲线的切线斜率不断减小，表现为在受压区压应变增大的过程中，合拉力的增长不断减小，而此时受压区混凝土和受拉钢筋仍工作在弹性范围，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证斜截面内力平衡。当内力增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度和极限拉应变，截面处于开裂前的临界状态。

③接着荷载只要增加少许，受拉区混凝土拉应变超过极限抗拉应变，部分薄弱地方的混凝土开始出现裂缝，此时荷载为7.9KN。在开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，是钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。此时钢筋的应力应变突然增加很多，曲率急剧增大，受压区高度急剧下降，在挠度-荷载曲线上表现为有一个表示挠度突然增大的转折。内力重新分布完成后，荷载继续增加时，钢筋承担了绝大部分拉应力，应变增量与荷载增量成一定的线性关系，表现为梁的抗弯刚度与开裂一瞬间相比又有所上升，挠度与荷载曲线成一定的线性关系。随着荷载的增加，刚进的应力应变不断增大，直至最后达到屈服前的临界状态。

④钢筋屈服至受压区混凝土达到峰值应力阶段。此阶段初内力只要增加一点儿，钢筋便即屈服。此时荷载为52.3KN。一旦屈服，理论上可看作钢筋应力不再增大（钢筋的应力增量急剧衰减），截面承载力已接近破坏荷载，在梁内钢筋屈服的部位开始形成塑性铰，但混凝土受压区边缘应力还未达到峰值应力。随着荷载的少许增加，裂缝继续向上开展，混凝土受压区高度降低，中和轴上移，内力臂增大，使得承载力会有所增大，但增大非常有限，而由于裂缝的急剧开展和混凝土压应变的迅速增加，梁的抗弯刚度急剧降低，裂缝截面的曲率和梁的挠度迅速增大。

（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。

配筋率越高，受弯构件正截面承载力越大，最大裂缝宽度值越小，但配筋率的提高对减小挠度的效果不明显。

3.3 超筋破坏：

（1）计算的开裂弯矩、极限弯矩与模拟实验的数值对比，分析原因。

2

h0 482mm As 1413mm跨度为 a 2450mm

1fcbx Asftk Mcr ftkAs(h0 )

2

x

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

x

Asftk

1.0mm

1fcb1.0 11.9 210

1.0

Mcr 1.78 1413 482- 1.211KN M 2

Fcr

Mcra

1.2112.45

0.494KN

破坏弯矩、荷载：

x

fykAsa1fcb

335 14131 11.9 210

189.42mm

189.42

Mu 335 1413 482- 183.33KN M 2

Fu

Mua

183.332.45

74.83KN

通过分析对比，实验数据跟理论数据存在着误差，主要原因：

（1）、构件的平整度，截面尺寸是否准确、混凝土实际保护层的厚度等施工质量会使计算值与实际抗弯承载力产生差异。 （2）、应变片的粘贴位置会产生差异。传感器的精度会产生差异。百分表的位置影响。手持式应变仪的读数影响。 （3）、应变片的温度补偿产生差异。 选用设备的量程不合理。 读数间隔时间相差过大。 （4）、各种人为因素，仪器操作的熟练程度。 实验时仪表出现碰撞。度数出现误差。 没有预加载

（2）绘出试验梁p-f变形曲线。（计算挠度）

注：超筋梁在荷载作用至破坏期间挠度变化极小，难以计算。 （3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

注：超筋梁在荷载作用至破坏期间有效受拉混凝土截面面积极小，难以计算。

（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。

①在荷载为5KN时，梁处于弹性阶段。

②在荷载达到13.4KN时，混凝土开裂，开裂截面，内力重新分布，开裂的混凝土一下子把原来承担的绝大部分拉力交给受拉钢筋，是钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压混凝土也开始表现出一定的塑性，应力图形开始呈现平缓的曲线。

③又因为配筋率高于最大配筋率，故一旦原来由混凝土承担的拉力由钢筋承担后，钢筋迅速达到的屈服。受压区高度会迅速降低，以增大内力臂来提高抗弯能力。同时，所提高的抗弯能力等于降低后的荷载引起的弯矩，受压区高度才能稳定下来。在挠度-荷载曲线上就表现为荷载有一个突然地下降。然后受压区高度进一步下降，钢筋历尽屈服台阶达到硬化阶段，荷载又有一定上升。此时受压区混凝土仍未被压碎，即梁尚未丧失承载能力，但这是裂缝开展很大，梁已经严重下垂，也被视为以破坏。

（5）简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。

配筋率越高，受弯构件正截面承载力越大，最大裂缝宽度值越小，但配筋率的提高对减小挠度的效果不明显。

4．实验结果讨论与实验小结，即实验报告的最后部分，同学们综合所学知识及实验所

本实验利用土木工程受弯构件实验软件,通过设计梁的尺寸、破坏的类型,模拟出梁的荷载和挠度、荷载和裂缝之间的关系,再与理论计算出来的结果进行分析比较,得出原因。本次实验的计算,有关各种抗拉强度的取值,因学校而异。本实验报告是采用屈服强度标注值来计算极限荷载,也可以采用极限强度标准值。

得结论认真回答思考题并提出自己的见解、讨论存在的问题。

这一次的实验，相对其他的实验来说，难度大了一点，但是，收获也是最大的。在这次实验中，不但进一步加强了对钢筋混凝土正截面受弯承载力的认识，也意识到自己还有很多需要提高的地方。不当要加强对基础知识的理解，也要牢牢记住很多相关的细节，比如，公式中很多的参数，都有各自的规范。需要在计算的时候重点注意。有几次，因为疏忽了参数的相关要求，不得不重新做一遍。除此之外，CAD、办公软件的技巧，都值得自己以后常常复习。这样子，在进行相关的操作的时候，可以省下很多时间。还有，一些细小的电脑技巧，也要认真学好。

在这次的实验中，对挠度的计算、最大裂缝的计算，只有适筋梁才有做。因为，自己去查了一些少筋和超筋的相关文献，都是经验公式，而且很复杂。最后得出来的结果，误差相当的大。本人就没有继续去查阅了。

还有，对于挠度系数的确定，通过自己去查课本和请教老师，最后，考虑到结果与实际的拟合性，决定用，因为拟合性比较好。对于挠度系数的确定，本人觉得用结构

85

力学的位移法，根据所选构件的尺寸，计算比较适合的挠度系数，这样子比较有可靠性。

希望在下一次的实验中，能够实验前做好充分的准备。提高效率，加大自己的动手实践能力。