鋼筋混凝土適筋梁四點彎曲加載實驗的受力研究

辛思遠

摘 要：鋼筋混凝土適筋梁在我國的應用極為廣泛，一方面由于其延性破壞的特點明顯優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揮。本文將以適筋梁的實驗為基礎，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特性。

關鍵詞：鋼筋混凝土適筋梁；變形性能；應變值；平截面假定的驗證

1引言

實驗目的：（1）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件的試驗方法及荷載、應變、撓度、裂縫寬度等數據的測試技術和有關儀器的使用方法。

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

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。用電阻應變儀量測鋼筋和混凝土在各級荷載作用下的應變（見圖2）。

4試驗步驟及實驗現象：

4.1量測實際尺寸，熟悉儀表操作

加載前所需要的準備工作是測量試驗梁的長、寬、高、電阻應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，開裂所對應的千斤頂的荷載30kN左右，取其1/15，在開裂前荷級差為2kN。（2）極限彎矩所對應的千斤頂的荷載為150kN，在開裂后的荷級差取為20 kN，加荷至快要達到破壞時適當減小級差。（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定后由指定同學讀取和記錄相關數據，核對無誤后進入下一加載環節。

4.3測試內容

（1）測試每級荷載下跨中正截面混凝土和鋼筋的應變 、 以及混凝土開裂時的極限拉應變 和破壞時的極限壓應變 。（2）測試每級荷載下的百分表讀數，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，用鉛筆標志裂縫出現和開展過程，在裂縫頂端劃一道短橫線注明相應的荷載值，并按出現的先后順序將裂縫編號，用裂縫標準對比卡片比定裂縫寬度并標示出來裂縫寬度。（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）整理實驗數據。

實驗現象分析：此適筋梁的開裂荷載為38kN，梁的跨中下部位置首先出現裂縫并且其寬度為0.05mm。隨著荷載的增加，裂縫的條數不斷增加，加荷載至60kN時已出現8條明顯的裂縫，到了荷載加到80kN的時候裂縫的數目為13條。再加載到100kN的時候大量斜裂縫出現在靠近支座的位置。此后裂縫則主要縱深發展，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數據分析

5.1撓度數據f記錄表格

開裂前中和軸位于截面形心位置，通過此圖會發現開裂前應各變片的應變基本上是成比例的，這就說明梁發生變形后的截面上各點應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果為160kN，可以說實驗誤差是相當小的。

6實驗結論

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 開裂前的應變片的應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十分吻合，再一次驗證了相關理論的正確性。

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