鋼筋混凝土適筋梁四點彎曲加載實驗的受力研究

辛思遠(yuǎn)

摘 要：鋼筋混凝土適筋梁在我國的應(yīng)用極為廣泛，一方面由于其延性破壞的特點明顯優(yōu)于超筋梁和少筋梁的沒有征兆的脆性破壞，另外一方面在破壞的時候梁上部混凝土被壓碎而下部鋼筋受拉屈服，因而材料得以充分發(fā)揮。本文將以適筋梁的實驗為基礎(chǔ)，對其承載力和變形性能進行研究，探究混凝土適筋梁的力學(xué)特性。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土適筋梁；變形性能；應(yīng)變值；平截面假定的驗證

1引言

實驗?zāi)康模海?）了解適筋梁的受力過程和破壞特征

（2）驗證鋼筋混凝土正截面承載力計算理論和計算公式

（3）掌握鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的試驗方法及荷載、應(yīng)變、撓度、裂縫寬度等數(shù)據(jù)的測試技術(shù)和有關(guān)儀器的使用方法。

實驗方法：為了探究鋼筋混凝土適筋梁的受力性能，采取貼應(yīng)變片的方法獲得在持續(xù)加載過程中梁內(nèi)鋼筋（應(yīng)變片預(yù)埋進去）的應(yīng)變和梁的各個表面的應(yīng)變情況，即可得到相應(yīng)的受力曲線。

2 實驗材料

2.1 HRB400級的鋼筋， ； 縱筋2根直徑為20的鋼筋， =628

2.2 C30的混凝土；b=150 ，h=300

2.3 150試塊，用以確定混凝土的強度。

2.4 300 長的HRB400鋼筋，用以確定鋼筋的屈服強度、極限強度和延伸率的大小。

3 試驗裝置

試驗梁放置于靜力試驗臺座上，通過加荷架用千斤頂施加荷載。加荷裝置見圖1所示。每根梁布置百分表5塊，以測定跨中撓度。用電阻應(yīng)變儀量測鋼筋和混凝土在各級荷載作用下的應(yīng)變（見圖2）。

4試驗步驟及實驗現(xiàn)象：

4.1量測實際尺寸，熟悉儀表操作

加載前所需要的準(zhǔn)備工作是測量試驗梁的長、寬、高、電阻應(yīng)變片位置以及支座和加荷載位置的實際尺寸并做記錄。

4.2加荷方法

（1）本實驗為適筋梁，開裂所對應(yīng)的千斤頂?shù)暮奢d30kN左右，取其1/15，在開裂前荷級差為2kN。（2）極限彎矩所對應(yīng)的千斤頂?shù)暮奢d為150kN，在開裂后的荷級差取為20 kN，加荷至快要達(dá)到破壞時適當(dāng)減小級差。（3）分級加載，從0逐漸增加到試驗梁破壞為之。每次加載后靜止2—5min，待試驗梁變形趨于穩(wěn)定后由指定同學(xué)讀取和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，核對無誤后進入下一加載環(huán)節(jié)。

4.3測試內(nèi)容

（1）測試每級荷載下跨中正截面混凝土和鋼筋的應(yīng)變 、 以及混凝土開裂時的極限拉應(yīng)變 和破壞時的極限壓應(yīng)變 。（2）測試每級荷載下的百分表讀數(shù)，以確定跨中撓度和曲率。（3）記錄初裂荷載 。（4）用放大鏡觀察裂縫，用鉛筆標(biāo)志裂縫出現(xiàn)和開展過程，在裂縫頂端劃一道短橫線注明相應(yīng)的荷載值，并按出現(xiàn)的先后順序?qū)⒘芽p編號，用裂縫標(biāo)準(zhǔn)對比卡片比定裂縫寬度并標(biāo)示出來裂縫寬度。（5）測定破壞荷載 并記錄試驗梁的破壞特征。（6）繪制裂縫分布圖。（7）整理實驗數(shù)據(jù)。

實驗現(xiàn)象分析：此適筋梁的開裂荷載為38kN，梁的跨中下部位置首先出現(xiàn)裂縫并且其寬度為0.05mm。隨著荷載的增加，裂縫的條數(shù)不斷增加，加荷載至60kN時已出現(xiàn)8條明顯的裂縫，到了荷載加到80kN的時候裂縫的數(shù)目為13條。再加載到100kN的時候大量斜裂縫出現(xiàn)在靠近支座的位置。此后裂縫則主要縱深發(fā)展，裂縫變寬變長，如圖a，b所示，整體梁破壞裂縫如圖c所示：

5數(shù)據(jù)分析

5.1撓度數(shù)據(jù)f記錄表格

開裂前中和軸位于截面形心位置，通過此圖會發(fā)現(xiàn)開裂前應(yīng)各變片的應(yīng)變基本上是成比例的，這就說明梁發(fā)生變形后的截面上各點應(yīng)變與該點到中和軸的距離成正比，即驗證了平截面的假定。

5.4 與實驗結(jié)果的對比

對于本適筋梁實驗理論計算所得的 ==156.6kN，而實際實驗所得的結(jié)果為160kN，可以說實驗誤差是相當(dāng)小的。

6實驗結(jié)論

6.1 適筋梁的破壞為延性破壞，梁加載至開裂后到鋼筋屈服、梁上部混凝土被壓碎是一個緩慢的過程，并具有明顯的破壞前的征兆。

6.2 開裂前的應(yīng)變片的應(yīng)變值與其到中和軸的距離始終成正比，驗證平截面假定成立。

6.3 極限彎矩所對應(yīng)的極限荷載的計算值與試驗值是非常接近的（相對誤差只有0.02%），可以說實驗與理論假設(shè)十分吻合，再一次驗證了相關(guān)理論的正確性。

參考文獻

[1]劉立新，葉燕華.混凝土結(jié)構(gòu)原理[M].中國建材工業(yè)出版社， 2014.

[2]鄒冰.鋼筋混凝土超筋梁的力學(xué)特性[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報， 1998（2）：24-27.

[3]部門中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[M]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2011.

[4]王中發(fā)，董偉. 試析鋼筋混凝土單筋矩形截面梁正截面承載力計算的規(guī)定[J].湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報， 2007（3）.

[5]韓建，張姍姍，王世濤，等.普通鋼筋混凝土適筋梁的承載力研究[C]//湖北省土木工程專業(yè)大學(xué)生科技創(chuàng)新論壇. 2009.

[6]顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理[M]. 同濟大學(xué)出版社， 2015.