综合性实践环节答案

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）

3.钢筋混凝土柱——大偏心受压构件破坏试验设计。（30分）

答案

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）

加载：KN F 9.7cr = KN F 3.52y = KN

F 56u =

（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：

1tk 1486.5 1.78981.25

0.69891.011.9210

0.6989

() 1.78981.25(486.5)0.8491220.8491

0.34662.45300981.25

117.7971.011.9210

o tk s c cr s o cr cr y s c y y s h f A x mm f b x M f A h KN m

M F KN

a f A x mm

f b M f A αα=?=

==??=-=??-====?===??=开裂时：开裂荷载：屈服时：1117.797

()300981.25(486.5)125.87522125.875

51.382.45335981.25

131.541.011.9210

131.54

()335981.25(486.5)138.322138.3

: 2.45

o y y yk s c u yk s o u u x h KN m

M F KN

a f A x mm

f b x M f A h KN m

M F a α-=??-====?===??=-=??-====屈服荷载：破坏时：破坏荷载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）

0178.0525

2105.025.9810686.0

5

.48621025.981108.21025

.48625.9814

500=??==

=????=?===te s te s c s E s A A bh A E E h A ρρα

当构件开裂时，M KN M k /8491.0=

mm B l M s f mm N h A E B f A h M K E s s s sq

te tk

s K sq 52.010

519.57350108491.08510519.50686

.062.02.015.15

.48625.98110262.015.12

.0044

.20178.078

.165.01.165

.01.1044

.225

.9815.48687.0108491.013

2

62

02

132

5

2

06

0=????==??=?++????=++=

=??

-=-==???==ραψψσρψησ取负数，

以此类推，在不同的荷载下，可以得到相关的数据：

F(kN) 0.3466 16.33 32.65 51.38 56.45

M k (KN·m) 0.8491 40 80 125.875

138.3 sq σ(N/mm 2)

2.044 96.3 192.6 30

3.1 333 ψ

0.2 0.43 0.76 0.8855 0.9 13

10?s B 2()

N mm

5.519

4.199 3.13 2.85 2.82 f (mm)

0.52

32.16

86.30

149.1

166

实验得出的荷载-挠度曲线

:

（3）绘制裂缝分布形态图。 （计算裂缝）

()[]mm d c E a W mm N A h M mm d bh A a te eq s s sq cr s k sq te eq s te cr 46.05.140408.06269.110

2333

9.09.108.09.19

.03330178.078

.165.01.1/33325

.9815.48687.0103.1385.14040178

.025

0178.05252105.025

.9815.09

.15max 2

6

0=?++????=???? ??+==??

-==???=====??==

=ρσψψησρρ最大裂缝：

（4）简述裂缝的出现、分布和展开的过程与机理。

①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。

②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，截面处于开裂前的临界状态。

③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。

④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λ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，λ=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λ=

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，所以破坏主要是由于主压应力产生，称为斜压破坏。当λ=1～2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λ>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1≤λ≤3时，发生剪压破坏，其破坏特征是；弯剪斜裂缝出现后，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λ很小（一般λ≤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/h≤5。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

①试件尺寸（矩形截面）：b×h×l = 124×120×899mm

②混凝土强度等级：C20

③纵向钢筋：对称配筋412

④箍筋：Φ6@100（2）

⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度：15mm

⑥试件的配筋情况（如下页图所示）

6φ

124φ12

120

1-12-2柱试件立面图

4双向钢丝网2片

4双向钢丝网2片

图1.3大偏心受压柱配筋图

⑦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。

图1.4.1 柱偏心受压试验加载装置

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。

图1.4.3大偏心受压柱试验混凝土应变测点布置

（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。

位移计

360

360

150

870

15

1324

3030

3015

200

385

385

100

870

应变片

共计8片

3

3

120

3-3

应变片共计8片

图1.4.3.1大偏心受压柱试验纵向钢筋应变测点布置

（3）侧向挠度

柱长度范围内布置5 个位移计以测量柱侧向挠度，侧向挠度测点布置如下图。

图1.4.3.2大偏心受压柱试验侧向挠度测点布置

（4）裂缝

试验前将柱四面用石灰浆刷白，并绘制50mm ×50mm 的网格。试验时借助放大镜查找

50

50

385

870

位移计支杆5

385

位移计6

位移计7