钢筋混凝土正截面受弯实验报告(3)

(1)在此弹性阶段混凝土的受拉应力应变曲线和受压应力应变曲线都近似直线，因此基本上可看成混凝土在弹性范围内工作。而钢筋此时也工作在弹性范围内，所以整根钢筋混凝土梁可近似看成一份匀质弹性梁。在加载过程中梁的刚度不变，表现为这一阶段的挠度——荷载曲线基本为直线。在受压区混凝土压应变增大过程中，受拉钢筋拉应力呈直线增加，受压区合压力和受拉区合拉力也基本呈直线增加，由平截面假定可知，此时的受压区高度应近似保持不变。

(2)而到受拉区混凝土呈现塑形到开裂阶段初，受拉区混凝土进入塑性阶段，混凝土的受拉应力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，表现为在受压区应变增大过程中，受拉区混凝土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内，呈直线增长，于是受压区高度降低，以保证截面内力平衡（若受压区高度不变或增大，则截面合压力增长大于合拉力增长，内力将会不平衡）。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)开裂至受压区混凝土达到峰值应力阶段，梁体开裂后钢筋的应力应变突然增加很多，曲率急剧增大，受压区高度也急剧下降，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，混凝土的应力应变不断增大，直至受压区边缘应变接近0.002，而钢筋由于配筋率相对比较大，此时并未屈服。

(4)破坏阶段随着荷载的增加，混凝土的受压区边缘应变达到0.002，边缘压应力达到峰值应力。因为混凝土受压应力应变曲线已表现出明显的塑性，而受拉钢筋并未达到屈服强度，拉应力仍随着应变呈线性增长。为了保持截面内力平衡必须增大受压区面积，所以截面中和轴下降，受压区高度增加。因为一直到破坏时钢筋也未屈服，我们可以看到，在超筋梁中，自开裂后截面中和轴位置一直是下降的。最后受压区混凝土达到极限压应变而破坏。

（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。

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3.3 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：

2

h0?435-37?398mm As?78.5mm跨度为 a?2033mm

?1fckbx?Asftk

x?xMcr?ftkAs(h0?)

2Asftk?78.5?2.01?0.03925mm

?1fckb1.0?20.1?2000.03925??Mcr?2.01?78.5??398-??0.063KN?M 2??Mcr0.063??0.03KN a2.033破坏弯矩、荷载： Fcr?x?fstkAsa1fckb?455?78.5?8.88mm

1?20.1?2008.88??Mu?455?78.5??398-??14.06KN?M 2??Fu?Mu14.06??6.91KN a2.033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）

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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。

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（1）在荷载为0.4KN时，梁处于弹性阶段，在此阶段混凝土的受拉应力应变曲线和受压应力应变曲线都近似直线，因此基本上可看成混凝土在弹性范围内工作，而钢筋此时也工作在弹性范围内，所以整根钢筋混凝土梁可近似看成一根匀质弹性梁。在加载过程中梁的刚度不变，表现在这一阶段梁的挠度——荷载曲线基本为直线。在受压区混凝土压应变增大过程中，受拉钢筋拉应力呈直线增加，受压区合压力和受拉区合拉力也基本呈直线增加，由平截面假定可知，此时的受压区高度应似保持不变。

（2）在荷载为7.8KN时，此阶段荷载只要增加少许，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。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，使钢筋应力突然增加很多，故裂缝一出现就有一定的宽度。此时受压区混凝土也开始表现出一定的塑形，应力图形开始呈现平缓的曲线。

（3）又因为配筋率少于最少配筋率，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。在受压区高度降低的同时，荷载也会降低，直到由受压区高度降低所提高的抗弯能力等于降低后的荷载所引起的弯矩时，受压区高度才稳定下来。在挠度——荷载曲线上就表现为荷载有一个突然的下降。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。但这时裂缝开展很大，梁严重下垂，也被视为已达破坏

（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。

在这一次的钢筋混凝土受弯构件正截面试验中，相对其他的实验来说，难度确实是大了一点，但收获也是很丰富的。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。不仅要加强对基础知识

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的理解，也要牢牢记住很多相关的细节，例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。程序中钢筋直径要求在10mm到30mm内，因此在配筋时也花了比较多的时间。除此之外，CAD、PS、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。

本次模拟试验所做的三种破坏形态：少筋破坏、适筋破坏及超筋破坏。试验表明适筋破坏属于延性破坏：从钢筋屈服到受压区混凝土压碎的过程中，钢筋要历经较大的塑性变形，随之引起裂缝急剧开展和挠度剧增。而少筋破坏及超筋破坏则属于脆性破坏：在没有明显预兆的情况下由于受压区混凝土被压碎而突然破坏。因此，在工程应用中绝不能出现少筋、超筋的配筋情况。通过本次模拟试验掌握了正截面受弯的三个受力阶段，充分体验了钢筋混凝土受弯的整个过程；同时还掌握了挠度和裂缝的计算，另外还懂得操作制图软件。

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，误差也比较大。

还有，对于挠度系数的确定，考虑到结果与实际的拟合性，决定用0.11，因为拟合性比较好。对于挠度系数的确定，可用公式(3L2-4a2)/24L2

希望在下一次的实验中，能够在实验前做好充分的准备。把不懂的问题收集好，到第二节课的时候可以再问问老师，提高效率，加大自己的动手实践能力。

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