混凝土梁实验报告-清华大学

清华大学土木系结922009010130肖颉钢纤维混凝土梁实验报告一、实验目的1.在学习钢筋混凝土受弯构件正截面受弯性能、斜截面受剪性能以及钢筋的布置的基础上，通过钢筋混凝土简支梁的设计、制作和受弯全过程的试验，对受弯承载力、刚度和裂缝进行测定，并对破坏形态进行观测，进一步加强对钢筋混凝土梁受弯性能、正截面承载力计算理论、裂缝及变形性能的理解。2.学习适筋梁、超筋梁和少筋梁的配筋，计算破坏荷载，观测破坏形态和挠度，裂缝开展和分布情况。3.学习钢筋混凝土截面抗剪验算的方法。4.了解并掌握钢筋混凝土构件的制作过程。5.了解常用结构试验仪器的使用方法。6.初步掌握结构试验测量数据的整理和分析，试验分析报告的撰写。7.以钢纤维混凝土的资料查找、钢纤维混凝土梁的制作及试验，培养对结构试验的兴趣，了解结构试验的前沿，并锻炼资料的自主查找学习能力。二、实验要求1.设计钢纤维混凝土单筋简支梁，使之在试验室提供的加载条件下破坏，观察破坏的全过程。2.利用试验室提供的材料和试验器具，自己动手制作混凝土构件。3.对制作试件的开裂荷载、破坏荷载以及受力性能进行预测。4.混凝土构件加载试验，验证预测结果。三、实验设计一）梁基本参数的选择1.试验梁的几何尺寸：清华大学土木系结922009010130肖颉a)梁截面尺寸：b×h=100mm×150mm；b)梁的跨度：l=1000mm；c)保护层厚度：c=15mm；2.钢筋型号：HRB335：a)钢筋直径：d=6mm；b)钢筋的抗拉强度设计值：fy=300N/mm2；c)钢筋的抗压强度设计值：fy’=300N/mm2；3.钢纤维混凝土等级：CF25：a)钢纤维混凝土轴心抗压强度设计值：ffc=11.9N/mm2；b)基体混凝土轴心抗拉强度标准值：ft=1.27N/mm2；4.钢纤维几何尺寸：a)钢纤维长度：lf=30mm;b)钢纤维直径（等效直径）：df=0.6mm二）配合比及材料用量通过查阅相关钢纤维混凝土配合比设计的论文，试验用钢纤维混凝土配合比设计如下所示：a)设计要求：i.钢纤维混凝土强度为CF25；ii.维勃稠度为20s；b)材料选择：i.水泥强度，以大二建筑材料实验28d实测水泥强度42.5MPa计算；ii.水灰比为0.566；iii.砂率为53.0%，粗骨料为最大粒径为20mm的碎石，细骨料为细砂；iV.钢纤维体积率为1.8%；c)用量：i.试验梁尺寸为100mmx150mmx1000mm；ii.测试试块为100mm立方体试块，一共三个；清华大学土木系结922009010130肖颉iii.混凝土用量为0.0180m3；iV.考虑到搅拌混凝土过程及浇筑过程中混凝土的损失，取扩大系数为1.25；V.混凝土实际用量：0.0180x1.25=0.0225m3；Vi.混凝土配合材料用量表：项目水泥砂石水钢纤维混凝土材料用量kg/m3321.56962.60853.63182.00140.40材料实际用量kg7.2421.6619.214.103.16实际浇筑混凝土的时候，由于为了方便搅拌，所以多加入了1.2kg的水，所以实际的材料用量表应当作出调整，如下所示：项目水泥砂石水钢纤维混凝土材料用量kg/m3321.56962.60853.63235.29140.40材料实际用量kg7.2421.6619.215.33.16三）钢筋配置及用量试验梁钢筋配置设计如下：纵向受拉筋为3根直径6mm的HRB335钢筋上部架立筋为2根直径6mm的HPB235钢筋箍筋配置：因梁尺寸较小，不必做抗剪配筋计算，箍筋配置试配为φ6-100的HPB235级钢筋，经验算，满足规范要求。钢筋用量表构件名称构件数量钢筋型号钢筋直径有效长度单根构件长度总长受拉筋3HRB3356mm970mm1030mm3090mm架立筋2HPB2356mm970mm1030mm2060mm箍筋9HPB2356mm410mm470mm4230mm配筋示意图清华大学土木系结922009010130肖颉四、实验设备及材料1.材料：水泥、细石、砂子、钢筋、铁丝、钢纤维2.模具：实验室提供长900~1500mm，高150mm，宽100mm的模具，用以制作试件。另外提供立方体留样模具3个，边长100mm。3.加载设备：两端简支、跨中为集中荷载的加载台（含手动千斤顶），最大可加荷载为100kN4.试验测量系统：百分表，用于量测钢筋混凝土梁的挠度。力传感器，用于量测手动千斤顶作用在梁上的力。钢尺及其他工具。5.记录用具：相机，用于记录裂缝分布与发展。坐标纸及数据记录表。五、试件制作1.筋绑扎钢筋笼的制作在寝室内进行。按照书上规定，一般梁箍筋直径不小于6mm，因此我们为自己的小型梁选用了6mm的箍筋。但是我们的梁尺寸的模数本来就不是很规范，实践证明，细小的铁丝也基本可以达到抗剪的要求。制作和绑扎箍筋这一项我们小组做得比较成功，钢骨架十分漂亮。2.混凝土配制由于我们使用的是钢纤维混凝土，所以配制的过程比一般的混凝土清华大学土木系结922009010130肖颉要来得困难。在搅拌的时候，钢纤维会带来很大的阻力。而且，由于不是常规的混凝土，使得配合比的设计难度增大了不少，通过查阅资料，找到了几种经验配制方式，并最终整合成设计书中的配合比。然而，在实际配制混凝土的过程中，却发现水过少。当把设计用水量全部倒入后搅拌了很久，还是不见有流动性。随后在老师的指导下，我们调整了用水量，使混凝土最终具有较好的流动性。但是水的使用量已经超出设计用量很多，而且由于控制的不是很好，用水过多，使混凝土有些泌水，导致了后来混凝土开裂严重。设计值已不具有参考价值，只能通过混凝土试块的强度实验重新对混凝土强度进行测定。3.梁的浇筑浇筑梁的过程相对简单，但是第一次安装模板还是有很多可以学习的地方，如何让混凝土充分密实，如何防止砂浆从两端泌出等等，都是无法完全通过文字和图片能够学到的。六、试验加载现场加载时，几个同学分工。一人负责记录挠度及荷载，一人负责观察裂缝，另外两人分别负责加载和照相。在同时监控和记录同时进行的情况下，我们一点点地加大混凝土梁的荷载，并记录梁的开裂情况。当荷载加至4.026kN时，梁跨中底部开始出现裂纹，而随着荷载的不断增大，裂纹渐渐发展。在荷载加至14.596kN时，梁由于挠度变形较大、顶部混凝土压酥而判定为失效。清华大学土木系结922009010130肖颉七、理论荷载计算根据实验数据计算钢纤维混凝土的实际承载力：注：计算一下数据结果过程中变异系数、折减系数等均采用书中给出的值。实验测得抗压钢纤维混凝土试块破坏压力数据如下：试块123荷载（kN）124108124破坏压力的平均值3∑（）=118.67kN抗压强度fc=11.87MPa=11.87N/mm2，转换为标准立方体试块抗压强度平均值：fc=fc=0.95×11.87=11.28N/mm2换算为标准值：fc=(1-1.645)fc=11.28×(1-1.645×0.12)=9.053N/mm2所以，fc=0.88×0.76×1.0×9.053=6.055N/mm2最终换算出俩的抗拉强度标准值：ft=0.88×1.0×(0.395×)××=0.848N/mm2fft=ft（1+tt）=0.848×（1+0.76×0.9）=1.43N/mm2fft=fttt=0.8481.396×1.30×1.09=0.861N/mm2由于在计算实际承载力的时候，需要运用混凝土抗压强度的标准值，即在计算过程中认为ffcfc=9.053N/mm2所以根据实验结果再次进行计算：a)开裂荷载：cfftb2(3+)=2fftb2①fft=ft（1+tt）=1.44N/mm2；②cfftb2(3+)=2fftb2=0.946kNmb)极限弯矩：①=fyffc⁄=28.11mm清华大学土木系结922009010130肖颉②t=h-⁄=114.86mm；③bffc=fy+fftbt；ffc=9.053N/mm2；fft=fttt=0.861N/mm2；t=h-⁄=114.86mm；④x=fyffttffc⁄=39.03mm；满足xb=72.6mm；⑤f=bffc(-x/2)-fftbt(t/2-a)=3.46kNm八、实验结果及分析实验结果实验实测的数据如下所示：（经量测，实际加载的跨度为900mm）仪器读数与实际荷载之间的关系满足：实际荷载=仪器读数31.3跨中弯矩=实际荷载×l4=实际荷载×0.94仪器读数对应荷载kN裂缝宽度挠度0.001mm跨中弯矩kNm632.013770.453993.1631050.7121264.0261350.9061554.9521461.1141996.3581901.4312507.9872541.7973009.5653562.15234811.1186092.50239312.55610632.82546014.59610923.286500.816.000通过加载实验得到以上的相关数据。其中红色字体标出的为混凝土梁开裂时对应的情况，得到开裂时的弯矩c实测=0.906kNm.黄色字体标出的为混凝土极限清华大学土木系结922009010130肖颉的情况，得到极限弯矩f实测=3.286kNm.绿色字体标出的部分是现场计算中认为的极限情况，认为极限弯矩f=3.6kNm，通过进一步计算认定现场的计算情况不准确，f=3.46kNm。实验分析由于实测=3.286kNm，而理论值f=3.46kNm，因此实际与理论的误差为||3.463.286100%5.0%3.46fuufuMMMd--==?从这方面说，实验是非常成功的。而实测量略小于理论值的原因，可能是以下几条:钢纤维搅拌不均匀，对混凝土的抗拉强度有一定影响。导致混凝土强度不如计算的强度大，从而实测值低于理论值。混凝土浇筑时，由于调整后的水灰比过大，使得混凝土有些泌水，从而导致了混凝土在没加载之前有些地方就已经开裂，影响了实测强度。混凝土梁的实际尺寸。由于浇筑技术的影响，使得实际的混凝土梁的长度并没有理论上的1000mm长，而只有950mm左右。因此，实际的极限弯矩就比理论值小。当然，根据我们混凝土梁“强剪弱弯”的设计准则，这根混凝土梁只产生了正截面受弯破坏，而不会产生斜截面受剪破坏。实验现象没有出现贯穿的斜裂缝就很好的验证了这一点。九、实验结论本次实验基本完成了钢纤维混凝土梁的设计、浇筑以及试验加载过程，并且实验中钢纤维混凝土抗拉强度确有提高，达到了实验的基本目的。虽然试验并不十分严格，但是其还是为现实中的钢纤维混凝土的应用提供了一定的依据。钢纤维混凝土的配合比设计上有些不足，尽管按照推荐方式进行配合比设计，但是由于缺乏经验，用水量的修正之后却有些偏大，使得最后的混凝土有泌水现象。从而其抗压强度比设计值要偏低，影响了钢纤维强度的发挥。清华大学土木系结922009010130肖颉通过这次的混凝土梁试验，我们对于书中的知识有了更为深入的了解，对于混凝土结构设计规范中的分项系数也有了新的认识。此外，我们加强了对混凝土构件“强剪弱弯”准则的印象。混凝土结构不是一项十分精准的学科，经验是十分重要的。对于配合比中的用水量、钢纤维的用量等，都要依据经验进行一定的调整。清华大学土木系结922009010130肖颉