1、郑州大学现代远程教育综合性实践环节课程考核 说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为 WORD 2003 格式的文档， 登陆学习平台提交，并检查和确认提交成功（能够下载，并且内容无误即为提 交成功） 。 一 作业要求 1.要求提交设计试验构件详细的设计过程、构件尺寸和配筋； 2.要求拟定具体的试验步骤； 3.要求预估试验发生的破坏形态； 4.构件尺寸、配筋、试验步骤以及破坏形态可参考综合性实践 环节试验指导或相关教材（例如，混凝土原理） ，也可自拟。 二 作业内容 1.正截面受弯构件适筋梁的受弯破坏试验设计。 （35 分） 2.斜截面受剪构件无腹筋梁斜拉受剪破坏试验设计。 （35 分）
2、3.钢筋混凝土柱大偏心受压构件破坏试验设计。 （30 分） 答：1.正截面受弯构件适筋梁的受弯破坏试验设计。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） （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：h 0=468.5 开裂时：x=f tkAs/ 1fcb=0.6989mm Mcr=ftkAs(h0-x/2)=0.8491KN*m 开裂荷载：F cr=Mcr/=0.3466KN 屈服时：x=f yAs/ 1fcb=117.797mm My=fyAs(h0-x/2)=125.875KN*m 屈服荷载：F y=
3、My/=51.38KN 破坏时：x=f ykAs/ 1fcb=131.54mm Mu=fykAs/(h0-x/2)=138.3KN*m 破坏荷载 Fu=Mu/=56.5KN 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=981.25 h0=486.5 E=(E
4、s/Ec)*(A sbh0)=0.0686 te=As/Ate=0.0178 当构件开裂时：M k=0.8491KN/M sq=Mk/h 0As=2.044 =1.1-0.65f tk/ te sq=负数， 取 0.2 Bs=EsAsh02/(1.15+0.2+6 E)=5.519*10 13Nmm f=sMkl02/B=0.52mm 以此类推，在不同的荷载下，可以得到相关的数据： （3 ） 绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝） acr=1.9 te=As/0.5bh=0.0178 dep =25=1404.5mm te=0.0178=1404.5mm sq=Mk/h 0As=333N/mm2
5、=0.9 Wmax=acr sq/Es(1.9Cs+0.08deq/ te)=0.46mm （4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。 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。 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
6、前的临界状态。 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
7、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。 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
8、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 2. 斜截面受剪构件无腹筋梁斜拉受剪破坏试验设计。 大量试验结果表明：无腹筋梁斜截面受剪破坏的形态取决于剪跨比 的大小，大致有斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏三种主要破坏形 态。图 1 画出了两个对称荷载作用下，=2、1、位移计时的主拉应 力迹线（虚线）和主压应力迹线（实线） 。由图可见，当 =2、1 时， 在集中荷载与支座反力间形成比较陡的主压应力迹线，又由于这时 主压应力值比较大，所以破坏主
9、要是由于主压应力产生，称为斜压 破坏。当 =12 时，主压应力迹线与梁纵轴线的交角接近或小于 45，并且主压应力值与主拉应力值两者相差不很大，因此，破坏 形态也就不同。试验研究表明，无腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要 有以下三种： 1、斜拉破坏：当剪跨比 3 时，发生斜拉破坏，其破坏特征是： 斜裂缝一旦出现就迅速延伸到集中荷载作用点处，使梁沿斜向拉裂 成两部分而突然破坏，破坏面整齐、无压碎痕迹，破坏荷载等于或 略高于出现斜裂缝时的荷载。斜拉破坏时由于拉应变达到混凝土极 限拉应变而产生的，破坏很突然，属于脆性破坏类型。 2、剪压破坏：当剪跨比 13 时，发生剪压破坏，其破坏特征 是；弯剪斜裂缝出现后
10、，荷载仍可以有较大的增长。随荷载的增大， 陆续出现其它弯剪斜裂缝，其中将形成一条主要的些裂缝，称为临 界斜裂缝。随着荷载的继续增加，临界斜裂缝上端剩余截面逐渐缩 小，最后临界斜裂缝上端集中于荷载作用点附近，混凝土被压碎而 造成破坏。剪压破坏主要是由于剩余截面上的混凝土在剪应力、水 平压应力以及集中荷载作用点处竖向局部压应力的共同作用而产生， 虽然破坏时没有像斜拉破坏时那样突然，但也属于脆性破坏类型。 与斜拉破坏相比，剪压破坏的承载力要高。 3、斜压破坏：当剪跨比 很小（一般 1）时，发生斜压破坏， 其破坏特征是：在荷载作用点与支座间的梁腹部出现若干条大致平 行的腹剪斜裂缝，随荷载增加，梁腹部被
11、这些斜裂缝分割成若干斜 向受压的“短柱体” ，最后它们沿斜向受压破坏，破坏时斜裂缝多而 密。斜压破坏也很突然，属于脆性破坏类型，其承载力要比剪压破 坏高。 3.钢筋混凝土柱大偏心受压构件破坏试验设计。 1 试件设计 1.构件设计 （1）试件设计的依据为减少“二阶效应”的影响，将试件设计为短 柱，即控制 l0/h5。通过调整轴向力的作用位置，即偏心距 e0,使 试件的破坏状态为小偏心受压破坏。 （2）试件的主要参数试件尺 寸（矩形截面）：bhl = 124120899mm混凝土强度等级： C20纵向钢筋：对称配筋 412箍筋：6100（2）纵向钢筋混 凝土保护层厚度：15mm试件的配筋情况（如下
12、页图所示） 取偏心距 e0：100mm 2、加载装置和量测内容 1 加载装置 柱偏心受压试验的加载装置如图所示。采用千斤顶加载，支座一端 为固定铰支座，另一 端为滚动铰支座。铰支座垫板应有足够的刚度， 避免垫板处混凝土局压破坏。 2 加载方式 （1）单调分级加载机制 实际的加载等级为 0-10kN-20kN-30kN-40kN-50kN-60kN-破坏 3 量测内容 （1）混凝土平均应变 由布置在柱内部纵筋表面和柱混凝土表面上的应变计测量，混凝土 应变测点布置如下图。 （2）纵筋应变 由布置在柱内部纵筋表面的应变计量测，钢筋应变测点布置如下图。 （3）侧向挠度柱长度范围内布置 5 个位移计以测
13、量柱侧向挠度， 侧向挠度测点布置如下图。 （4）裂缝 试验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制 50mm50mm 的网格。试验时 借助放大镜查找裂缝 4、实际实验数据 按照混凝土结构设计规范给定的材料强度标准值及上述的计算 公式，对于本次试验试件的极限承载力的预估值为：Ncu=64kN 构件正截面承载力分析实测值为 94kN，比预估值大 46.9%，可能原 因如下：试验时混凝土养护时间已经超过要求的标准的 28d，强 度有所提高； 计算时所采用的安全系数等等都为该构件的承载力提供了一定的 安全储备，导致实际的抗压强度高于计算的抗压强度； 混凝土计算公式本身的不确定性以及材料性质的不确定性导致。 当荷载较小时，构件处于弹性阶段，构件中部的水平挠度随荷载线 性增长。随着荷载的不断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝 而退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；接着受 拉区的裂缝不断增多，并向压区延伸，受压区高度逐渐减小，受压 区混凝土应力增大。当远离轴向力一侧的钢筋达到屈服时，截面处 形成一主裂缝。当受压一侧的混凝土达到抗压极限时，受压区较薄 弱的地方出现纵向裂缝，混凝土被压碎而使构件破坏。此时，靠近 轴向力一侧的钢筋也达到抗压屈服强度。
