普通混凝土梁与植筋混凝土梁正截面破坏对比试验及分析摘要：文章设计制作了1根普通钢筋混凝土适筋梁和2根采用植筋技术进行受拉主筋搭接的钢筋混凝土梁,全部试验梁承受静力荷载至破坏。通过静载荷试验，文中给出了普通梁与植筋梁各自的受静力荷载破坏图，以及普通梁与植筋梁各自的两边支座和跨中的变形位移。通过对相关的试验结果的分析，得出有关植筋梁的相关缺点以及确定进一步研究方向与内容。最后对植筋技术在结构加固和建筑改建中的应用提出了若干建议。
关键字：适筋梁植筋梁载荷试验变形位移
中图分类号：tu528文献标识码： a 文章编号：
1. 试验准备
1.1 试验梁的设计与制作
本试验设计制作了1根普通钢筋混凝土梁和2根植筋钢筋混凝土梁，普通混凝土梁的几何尺寸和截面配筋如图1所示，其截面尺寸为：长3000mm。支撑计算长度2700mm。受拉主筋采用hrb335级钢筋4ф16，箍筋采用hpb235级钢筋ф6@200，混凝土设计强度等级c20，保护层厚度为30mm。
植筋梁尺寸及支撑情况同普通梁，其中植筋锚固深度为：
34d=544mm。如图2
图1普通梁配筋图
1、混凝土保护层厚度是指（） (B) 受力钢筋的外皮至混凝土外边缘的距离 2、单筋矩形截面梁正截面承载力与纵向受力钢筋面积A s的关系是（） (C) 适筋条件下，纵向受力钢筋面积愈大，承载力愈大 3、少筋梁正截面受弯破坏时，破坏弯矩是（） (A) 小于开裂弯矩 4、无腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要有三种，对同样的构件，其斜截面承载力的关系为（） (B) 斜拉破坏<剪压破坏<斜压破坏 5、混凝土柱的延性好坏主要取决于（） (B) 纵向钢筋的数量 二、选择题 1、单筋矩形截面受弯构件在截面尺寸已定的条件下，提高承载力最有效的方法是（） (A) 提高钢筋的级别 2、在进行受弯构件斜截面受剪承载力计算时，对一般梁(h w/b≤，若V>c f c bh0，可采取的解决办法有（） (B) 增大构件截面尺寸 3、轴心受压构件的纵向钢筋配筋率不应小于(C) % 4、钢筋混凝土剪扭构件的受剪承载力随扭矩的增加而(B) 减少 5、矩形截面大偏心受压构件截面设计时要令x=b h0，这是为了（） (C) 保证破坏时，远离轴向一侧的钢筋应力能达到屈服强度 二、选择题 1、对构件施加预应力的主要目的是（） (B) 避免裂缝或减少裂缝（使用阶段），发挥高强材料作用 2、受扭构件中，抗扭纵筋应（） (B) 在截面左右两侧放置
3、大偏心受拉构件的破坏特征与（）构件类似。 (B) 大偏心受压 4、矩形截面小偏心受压构件截面设计时A s可按最小配筋率及构造要求配置，这是为了（） (C) 节约钢材用量，因为构件破坏时A s应力s一般达不到屈服强度。 5、适筋梁在逐渐加载过程中，当纵向受拉钢筋达到屈服以后（） (C) 该梁承载力略有所增大，但很快受压区混凝土达到极限压应变，承载力急剧下降而破坏 二、选择题（每题 2 分，共 10 分） 1．热轧钢筋经过冷拉后（）。 A．屈服强度提高但塑性降低 2．适筋梁在逐渐加载过程中，当正截面受力钢筋达到屈服以后（）。 D．梁承载力略有提高，但很快受压区混凝土达到极限压应变，承载力急剧下降而破坏3．在进行受弯构件斜截面受剪承载力计算时，对一般梁（h w/b≤），若 V＞βc f c bh0,可采取的解决办法有（）。 B．增大构件截面尺寸 4．钢筋混凝土柱子的延性好坏主要取决于（）D．箍筋的数量和形式 5．长期荷载作用下，钢筋混凝土梁的挠度会随时间而增长，其主要原因是（）。D．受压混凝土产生徐变 二、选择题：（每题 2 分，共 10 分） 1．有三种混凝土受压状态：a 为一向受压，一向受拉，b 为单向受压，c 为双向受压，则 a、b、c 三种受力状态下的混凝土抗压强度之间的关系是（）。 C．c>b>a 2．双筋矩形截面正截面受弯承载力计算，受压钢筋设计强度规定不超过 400N/mm 2 ，因为（）。 C．混凝土受压边缘此时已达到混凝土的极限压应变 3．其它条件相同时，预应力混凝土构件的延性通常比钢筋混凝土构件的延性（）B．小些4．无腹筋梁斜截面的破坏形态主要有斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏三种。这三种破坏的性质是（）。 A．都属于脆性破坏
适筋梁受弯破坏试验设计方案 一、 试验目的： （1） 通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。 （2） 加深对混凝土基本构建受力性能的理解。 （3） 更直观的了解适筋梁受弯破坏形态及裂缝发展情况。 （4） 验证适筋梁破坏过程中的平截面假定。 （5） 对比实验值与计算理论值，从而更好地掌握设计的原理。 二、 试件设计： （1）试件设计的依据 根据梁正截面受压区相对高度ξ和界限受压区相对高度b ξ的比较可以判断出受弯构件的类型：当b ξξ≤时，为适筋梁；当b ξξ>时，为超筋梁。界限受压区相对高度 b ξ可按下式计算： b y s 0.8 10.0033f E ξ= + 在设计时，如果考虑配筋率，则需要确保1αρρξ≤=c b b y f f 其中在进行受弯试件梁设计时， y f 、s E 分别取《混凝土结构设计规范》规定的 钢筋受拉强度标准值和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时，y f 、s E 分别取钢筋试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准值和弹性模量。 同时，为了防止出现少筋破坏，需要控制梁受拉钢筋配筋率ρ大于适筋构件的最小配筋率min ρ，其中min ρ可按下式计算： t min y 0.45 f f ρ= （2）试件的主要参数 ①试件尺寸（矩形截面）：b ×h ×l ＝180×250×2200mm ； ②混凝土强度等级：C35； ③纵向受拉钢筋的种类：HRB400； ④箍筋的种类：HPB300（纯弯段无箍筋）； ⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度：25mm ； 综上所述，试件的配筋情况见图3和表1：
图3 梁受弯实验试件配筋 表1 试件 编号 试件特征 配筋情况 预估荷载P (kN) ① ② ③ P cr P y P u MLA 适筋梁 416 2φ10 φ8@50( 2) 32.729 147.266 163.629 说明：预估荷载按照《混凝土结构设计规范》给定的材料强度标准值计算，未计试件梁和分配梁的自重。 三、 试验装置： 图1为本方案进行梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。采用两点集中力加载，以便于在跨中形成纯弯段。并且由千斤顶及反力梁施加压力，分配梁分配荷载，压力传感器测定荷载值。 梁受弯性能试验中，采用三分点加载方案，取2200L mm =，100a mm =，700b mm =，600c mm =。 图2.a 为加载简图，此时千斤顶加力为P ，经过分配梁后，可视为两个大小为/2P 的集中荷载分别作用于图示位置。 图2.b 为荷载作用下的弯矩图。由此图可知，纯弯段的弯矩最大，0.35M P =. 图2.c 为荷载作用下的剪力图。 1—试验梁；2—滚动铰支座；3—固定铰支座；4—支墩；5—分配梁滚动铰支座； 6—分配梁滚动铰支座；7—集中力下的垫板；8—分配梁；9—反力梁及龙门架；10—千斤顶； 图1 梁受弯试验装置图
钢筋混凝土梁正截面实验 一、实验目的 1.通过对钢筋混凝土梁的承载力、应变、挠度及裂缝等参数的测定，熟悉钢筋 混凝土受弯构件正截面破坏的一般过程及其特征，加深对书本理论知识的理解。 2.进一步学习常规的结构实验仪器的选择和使用操作方法，培养实验基本技 能。 3.掌握实验数据的整理、分析和表达方法，提高学生分析与解决问题的能力。 二、实验设备和仪器 1.试件—钢筋混凝土简支梁1根、尺寸及配筋如图所示。 混凝土设计强度等级：C25 钢筋：纵筋2φ8，Ⅰ级（实际测得钢筋屈服强度为390Mpa，极限抗拉强度为450 Mpa）箍筋：φ6＠100，Ⅰ级 试件尺寸： b＝100mm； h＝150mm； L＝1100mm； 制作和养护特点：常温制作与养护 2．实验所需仪器： 手动油压千斤顶1个，测力仪及压力传感器各1个；静态电阻应变仪一台；百分表及磁性表座各3个；刻度放大镜、钢卷尺；支座、支墩、分配梁。 三、实验方案 为研究钢筋混凝土梁的受力性能，主要测定其承载力、各级荷载下的挠度
和裂缝开展情况，另外就是测量控制区段的应变大小和变化，找出刚度随荷载变化的规律。 1. 加载装置 梁的实验荷载一般较大，多点加载常采用同步液压加载方法。构件实验荷载的布置应符合设计的规定，当不能相符时，应采用等效荷载的原则进行代换，使构件实验的内力图与设计的内力图相近似，并使两者的最大受力部位的内力值相等。 作用在试件上的实验设备重量及试件自重等应作为第一级荷载的一部分。确定试件的实际开裂荷载和破坏荷载时，应包括试件自重和作用在试件上的垫板，分配梁等加荷设备重量（本实验梁的跨度小，这些影响可忽略不计）。 2. 测试内容及测点布置 测试内容钢筋及混凝土应变、挠度和裂缝宽度等。 本次实验测试具体项目：正截面应变；纵向受力钢筋应变；梁挠度；裂缝发展情况；开裂荷载；屈服荷载；破坏荷载。 纯弯区段混凝土表面布置5个电阻应变片（自行设计测点位置），实验前完成应变片粘贴工作。另外梁内受拉主筋各布有电阻应变片1片。 挠度测点三个：跨中点，支座沉降点（2个）。 3. 实验步骤 实验为半开放式：实验前，学生应仔细阅读实验指导书，了解实验过程，在指导教师解答提问、讲明注意事项之后，由学生自己提具体实施方案，经指导教师同意后，分组（每组不多于10人）自行操作实验。教师给出实验所需的仪器设备并实时指导。 具体实验步骤如下： （1）考察实验场地及仪器设备，听实验介绍，写出实验预习报告。
受弯构件正截面承载力计算习题 4.3 4.3.1 选择题 1. 梁的保护层厚度是指（） A 箍筋表面至梁表面的距离 B 箍筋形心至梁表面的距离 C 主筋表面至梁表面的距离 D 主筋形心至梁表面的距离 正确答案A 2. 混凝土梁的受拉区边缘开始出现裂缝时混凝土达到其（） A 实际抗拉强度 B 抗拉标准强度 C 抗拉设计强度 D 弯曲时的极限拉应变 正确答案D 3. 一般来讲提高混凝土梁极限承载力的最经济有效方法是（） A 提高混凝土强度等级 B 提高钢筋强度等级 C 增大梁宽 D 增大梁高 正确答案D 4. 增大受拉钢筋配筋率不能改变梁的（） A 极限弯矩 B 钢筋屈服时的弯矩 C 开裂弯矩 D 受压区高度 正确答案C 5. 不能作为单筋矩形梁适筋条件的是（） A x ≤ x b Bξ≤ξb C αs≤αs,max D M＞αs,maxα1f c bh20 正确答案D 6．适筋梁的受弯破坏是（） A 受拉钢筋屈服以前混凝土压碎引起的破坏 B 受拉钢筋屈服随后受压混凝土达到极限压应变 C 破坏前梁的挠度和裂缝宽度不超过设计限值 D 受拉钢筋屈服恰好与混凝土压碎同时发生 正确答案B 7．对适筋梁，受拉钢筋屈服时（） A 梁达到最大承载力 B 离最大承载力较远 C 接近最大承载力 D 承载力开始下降 正确答案C 8．受弯正截面承载力计算中采用等效矩形应力图其确定的原则为（） A 保证压应力合力的大小和作用点位置不变 B 矩形面积f c x等于曲线面积 C 由平截面假定确定等于中和轴高度乘以系数β1 D 试验结果 正确答案A 9．梁的正截面破坏形式有适筋梁破坏、超筋梁破坏、少筋梁破坏它们的破坏性质是（）
《混凝土结构设计原理》作业1、2、3、4参考答案 作业1 一、选择题 A D A DC DBA 二、判断题 1．× 2．√3.×4.×5．×6．√7．×8．×9．√10．√ 三、简答题 1．钢筋和混凝土这两种物理和力学性能不同的材料，之所以能够有效地结合在一起而共同工作，其主要原因是什么？ 答：1）钢筋和混凝土之间良好的黏结力； 2）接近的温度线膨胀系数； 3）混凝土对钢筋的保护作用。 2．试分析素混凝土梁与钢筋混凝土梁在承载力和受力性能方面的差异。 答：素混凝土梁承载力很低，受拉区混凝土一开裂，裂缝迅速发展，梁在瞬间骤然脆裂断开，变形发展不充分，属脆性破坏，梁中混凝土的抗压能力未能充分利用。 钢筋混凝土梁承载力比素混凝土梁有很大提高，受拉区混凝土开裂后，钢筋可以代替受拉区混凝土承受拉力，裂缝不会迅速发展，直到钢筋应力达到屈服强度，随后荷载略有增加，致使受压区混凝土被压碎。梁破坏前，其裂缝充分发展，变形明显增大，有明显的破坏预兆，结构的受力特性得到明显改善。同时，混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力得到充分利用。 3．钢筋混凝土结构设计中选用钢筋的原则是什么？ 答：1）较高的强度和合适的屈强比； 2）足够的塑性； 3）可焊性； 4）耐久性和耐火性 5）与混凝土具有良好的黏结力。 4．什么是结构的极限状态？结构的极限状态分为几类，其含义是什么？ 答：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。 结构的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。 结构或构件达到最大承载能力、疲劳破坏或者达到不适于继续承载的变形时的状态，称为承载能力极限状态。 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态，称为正常使用极限状态。 5．什么是结构上的作用？结构上的作用分为哪两种？荷载属于哪种作用？ 答：结构上的作用是指施加在结构或构件上的力，以及引起结构变形和产生内力的原因。 结构上的作用又分为直接作用和间接作用。荷载属于直接作用。 6．什么叫做作用效应？什么叫做结构抗力？ 答：直接作用和间接作用施加在结构构件上，由此在结构内产生内力和变形，称为作用效应。 结构抗力R是指整个结构或构件承受作用效应（即内力和变形）的能力，如构件的承载力和刚度等。 作业2 一、选择题 ACCCD 二、判断题 1．√2．√3．×4．×5．×6．√7．×8．√ 三、简答题 1．钢筋混凝土受弯构件正截面的有效高度是指什么？ 答：计算梁、板承载力时，因为混凝土开裂后，拉力完全由钢筋承担，力偶力臂的形成只与受压混凝土边缘至受拉钢筋截面重心的距离有关，这一距离称为截面有效高度。 2．根据配筋率不同，简述钢筋混凝土梁的三种破坏形式及其破坏特点? 答：1）适筋破坏；适筋梁的破坏特点是：受拉钢筋首先达到屈服强度，经过一定的塑性变形，受压区混凝土被压碎，属延性破坏。2）超筋破坏；超筋梁的破坏特点是：受拉钢筋屈服前，受压区混凝土已先被压碎，致使结构破坏，属脆性破坏。3）少筋破坏；少筋梁的破坏特点是：一裂即坏，即混凝土一旦开裂受拉钢筋马上屈服，形成临 的含义及其在计算中的作用是什么？ 界斜裂缝，属脆性破坏。3．在受弯构件正截面承载力计算中， b 答：是超筋梁和适筋梁的界限，表示当发生界限破坏即受拉区钢筋屈服与受压区砼外边缘达到极限压应变同时发生时，受压区高度与梁截面的有效高度之比。其作用是，在计算中，用来判定梁是否为超筋梁。
单筋矩形截面梁正截面受弯承载力计算例题 1．钢筋混凝土简支梁,计算跨度l =5.4m ，承受均布荷载，恒载标准值g k =10kN/m ，活载标准值q k =16kN/m ，恒载和活载的分项系数分别为γG =1.2，γQ =1.4。试确定该梁截面尺寸，并求抗弯所需的纵向受拉钢筋A s 。 解：⑴选用材料 混凝土C30，2c N/mm 3.14=f ，2t N/mm 43.1=f ； HRB400 钢筋，2y N/mm 360=f ，518.0b =ξ ⑵确定截面尺寸 mm 675~450540081~12181~121=??? ? ??=??? ??=l h ，取mm 500=h mm 250~16750021~3121~31=??? ? ??=??? ??=h b ，取mm 200=b ⑶内力计算 荷载设计值 kN/m 4.34164.1102.1k Q k G =?+?=+=q g q γγ 跨中弯矩设计值 m kN 4.1254.54.348 18122?=??==ql M ⑷配筋计算 布置一排受拉钢筋，取mm 40s =a ，则m m 46040500s 0=-=-=a h h 将已知值代入 ??? ? ?-=20c 1x h bx f M α，得??? ??-??=?24602003.140.1104.1256x x 整理为 0876929202=+-x x 解得m m 238460518.0m m 1080b =?=<=h x ξ，满足适筋梁要求 由基本公式，得2y c 1s mm 858360 1082003.140.1=???==f bx f A α 002.000179.0360 43.145.045.0y t <=?=f f Θ， 002.0min =∴ρ
已知某钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸h b ?=250mm ×550mm ，混凝土强度等级为C30，配有422受拉钢筋，环境类别为一类。计算跨度0l =6m ，净跨n l ＝5.74m ，箍筋采用HPB235级。试求当纵向钢筋未弯起或截断,采用φ8@200双肢箍时，梁所能承受的均布荷载设计值(含自重)q g +为多少？ 解：（1）正截面抗弯荷载设计值： mm h 510405500=-= %2.0%19.1510 25022)4/14.3(4min 2 0=>=???==ρρbh A s mm h mm b f A f x b c s y 23851055.085.085.06.127250 3.1415203000=??=<=??==ξ m KN x h bx f KM c ?=- ???=-=5.203)2 6.127510(6.1272503.14)2 (0 m KN l K M q g /7.37620.1/5.2038/8220=?==+ （2）斜截面抗剪荷载设计值： %15.0%2.0200 2503.502min =>=??==sv sv sv bs A ρρ 满足要求。 KN h s A f bh f KV sv bv t 9.1943.676.1275102003.50221025.151025043.17.025.17.000=+=??? ?+???=+= 第2卷 第1期 2010年3 月 V o.l 2 N o .1M ar .2010 基于ABAQUS 的混凝土梁受弯 破坏实验非线性分析 王 丽 邓思华 (北京建筑工程学院,北京 100044) =摘 要>本文采用ABAQU S 有限元分析软件对钢筋混凝土梁进行非线性分析,针对小梁试验中的一根简支梁进行有限元分析,采用混凝土损伤塑性模型,对比了试验分析与使用A B AQU S 分析的计算结果,探讨了结果产生差异的原因,为进一步进行A BAQU S 钢筋混凝土结构有限元分析提供了参考。=关键词>非线性仿真;钢筋混凝土梁;正截面破坏 =中图分类号>TU 375.1;TU 312+.3 =文献标志码>A =文章编号>1674-7461(2010)01-0064-04 =作者简介> 王丽,女,研究生,主要研究方向:结构工程。138********i amw ang li83@yahoo .com .cn 1 前言 随着有限元理论和计算机技术的不断发展,有限元分析软件的发展也日趋成熟,ABAQUS 作为其中一种大型通用有限元分析软件在科研工作和实际工程中的应用也越来越普遍,因为它不仅具备其它有限元分析软件的数值计算快、结果精度高以及分析成本低等优点,还具有更人性化的操作界面和可视化结果,尤其是运用于钢筋混凝土结构非线性分析中能得到更精确的、更贴合实际的结果 [1] 。 2 ABAQUS 钢筋混凝土非线性分析 钢筋混凝土结构非线性来源主要分为三类 [2] : 材料非线性、几何非线性、边界条件非线性。材料非线性是指钢筋和混凝土两种材料在结构受力分析过程中,不仅要考虑其弹性性能即线性阶段,也要考虑其塑性性能即非线性阶段。在ABAQUS 中是通过分别定义钢筋和混凝土的本构模型来实现其材料非线性的特性,弹性阶段须分别输入两种材料的弹性模量和泊松比;塑性阶段的定义则不同,钢筋只需输入其塑性阶段应力应变关系,而混凝土 塑性有三种模型可以选择[3] ,包括有Concrete Sm eared C rack i n g(弥散裂纹混凝土模型)、Concrete Da m aged Plastic ity (混凝土损伤塑性模型)以及 AB AQUS /Explicit 中的C racking m odel for concrete (混凝土裂缝模型),其中混凝土损伤塑性模型具有 一定的优越性,它可用于单项加载、循环加载以及动态加载等场合,且具有较好的收敛性,因此一般采用混凝土损伤塑性模型进行混凝土塑性定义。边界条件在分析过程中发生变化就会产生边界非线性问题,包括构件之间的接触也属于边界条件的定义范畴。其中钢筋与混凝土的摩擦接触在AB AQUS 中是通过Embedded 技术将钢筋单元埋入 混凝土单元中来实现的[4] 。 几何非线性发生在位移的大小影响到结构响应的情况下,只需要在STEP 选项中加入NLGEOM 参数即可,但一般静力非线性分析不需要选NL -GEOM 参数,以免造成冗繁的计算量。 3 钢筋混凝土简支梁分析实例 3.1 模型建立 该简支梁长1500mm,截面尺寸为180mm @100mm,混凝土强度等级为C25,纵筋和箍筋均采用 HPB235钢筋,具体情况见图1。建立AB AQUS 模型混凝土采用C3D8R 单元,钢筋采用T3D2单元,将钢筋埋入(Em bedded)混凝土单元中来模拟钢筋混凝土之间的粘结关系。为防止加载过程中梁上加载面及支座处出现应力集中,因此建模时在梁加载 单筋T 形梁正截面承载力计算 一、基本公式 （一）第一类T 形梁 2．第一类T 形梁的基本计算公式 这一类梁的截面虽为T 形，但由于中和轴通过翼缘，即' f h x ≤， s y f c A f x b f ='1α ?? ? ??-'=≤201x h x b f M M f c u α 3．基本公式的适用条件是： 1）0h x b ξ≤ 由于T 形截面的翼缘厚度h f ′一般都比较小，既然x ≤h f ′，因此这个条件通常都能满足，故不必验算。 2）0/bh A s =ρ应不小于min ρ（具体计算时，bh A A s S min min ,ρ=≥） （二）第二类T 形梁 1．计算图式 2．第二类T 形梁的基本计算公式 这一类梁截面的中和轴通过肋部，即x > h f ′，故受压区为T 形。 于是第二类T 形梁正截面受弯承载力的基本计算公式可以写成： s y f f c c A f h b b f bx f ='-'+)(11αα ()??? ? ??'-'-'+??? ??-=≤220101f f f c c u h h h b b f x h bx f M M αα 3．基本公式的适用条件 1）为防止发生超筋破坏，应当满足： 0h x b ξ≤ 或 b ξξ≤ 或 y c b s f f bh A //1011αξρ≤= 或 ()b b c u bh f M ξξα5.012 011-≤ 2）bh A A s s min min ,ρ=≥ 由于第二类T 形梁受压区较大，相应受拉钢筋也就较多，故一般均能满足此条件，可不 必验算。 （三）T 形及倒L 形截面受弯构件受压区的翼缘计算宽度b f '应按表1各项中的最小值取用。 第一章绪论 思考题 1钢筋混凝土结构有哪些优点、缺点？ 2钢筋与混凝土两种物理力学性能不同的材料，为何能共同工作？3学习本课程要注意哪些问题？ 第二章混凝土结构材料的物理力学性能 思考题 1混凝土的立方体抗压强度f cu,k是如何确定的？与试块尺寸有什么关系？ 2如已知边长150mm混凝土立方体试件抗压强度平均值 f cu=20N/mm2，试估算下列混凝土强度的平均值： 1．100mm边长立方体抗压强度； 2．棱柱体试件的抗压强度； 3．构件的混凝土抗拉强度。 3绘制混凝土棱柱体试件在一次短期加荷下的应力－应变曲线，并指出曲线的特点及f c、ε0、εmax等特征值。 4混凝土的割线模量、弹性模量有何区别？它们与弹性系数有何关系？ 5什么叫混凝土的徐变、线性徐变、非线性徐变？混凝土的收缩和徐变有何本质区别？ 6绘制有物理屈服点的钢筋的应力－应变曲线，并指出各阶段的特 点及各转折点的应力名称。 7解释条件屈服强度、屈强比、伸长率？ 8受拉钢筋锚固长度l a与哪些因素有关，如何确定？受压钢筋锚固长度为何小于l a，又有哪些要求？ 9如何确定同一、非同一搭接区段，如何确定搭接长度，在同一接区段内的搭接钢筋面积有哪些要求？ 10为何要在受力钢筋搭接处设置箍筋，对该处箍筋的直径和布置有何要求？ 11《规范》对机械连接接头和焊接接头分别提出了哪些要求？ 12一对称配筋的钢筋混凝土构件，其支座之间的距离固定不变。试问由于混凝土的收缩，混凝土及钢筋中将产生哪些应力？ 第三章按近似概率理论的极限状态设计法 思考题 1结构设计的目地是什么？结构应满足哪些功能要求？ 2结构的设计基准期是多少年？超过这个年限的结构是否不能再使用了？ 3何谓结构的极限状态？结构的极限状态有几类？主要内容是什么？ 4何谓结构的可靠性及可靠度？ 5何谓结构上的作用、作用效应？何谓结构抗力？ 6结构的功能函数是如何表达的？当功能函数Z＞0、Z＜0、Z＝0 钢筋混凝土简支梁的正截面破坏实验报告 一、试验目的及要求 1、学习钢弦传感器，荷载传感器和百分表的使用。 2、通过试验理解适筋梁、少筋梁及超筋梁的破坏过程及破坏特征。 3、观察适筋梁纯弯段在使用阶段的裂缝宽度及裂缝间距。 4、学习如何确定开裂荷载、梁的挠度及极限荷载。 5、掌握试验数据处理的方法并绘制曲线。 二、试验仪器及设备 JMZX-215型钢弦传感器、JMZX-212型钢弦传感器、JMZX-200X综合测试仪、MS-50位移传感器，磁性表座，千斤顶。 三、试验内容及步骤 1、将钢弦传感器的底座黏贴在画好的黏贴的位置，再将钢弦传感器安装在底座上，固定好传感器，调整初始读数，并记录初始读数。 2、将百分表安放好，记录钢弦传感器和百分表的初始读数。 3、加载，并记录每级荷载下的钢弦传感器的读数，每一级荷载下观察裂缝的宽度变化。 四、试验报告 1、计算钢筋混凝土梁的开裂荷载和极限荷载。 开裂荷载计算： 极限荷载计算： 2、简述钢弦传感器的使用步骤，数显百分表的使用方法。 钢弦传感器的使用步骤：1、首先确定测试位置，并画出定位线。2、用标准杆将钢弦底座固定在定位线上。3、将标准杆拆下，并将传感器固定在底座上，并记录初始读数。4、分级加载，记录读数。 数显百分表的使用步骤：1、将数显百分表固定在磁性表座上。2、将磁性表座安放在固定支墩上，调整磁性表座到合适位置，使百分表垂直于被测构件的表面。3、记录初始读数，分级加载，记录读数。 3、实验数据记录（荷载、混凝土应变、跨中位移计读数）。 见试验数据记录表 4、根据实验数据绘制荷载荷载-挠度曲线，荷载-应变曲线，沿截面高度砼应变变化曲线。 5、观察裂缝的发展趋势，并解释原因。 在跨中纯弯段，最先出现裂缝并沿着梁高方向发展，裂缝大致与梁长方向垂直；在支座附近弯剪区域，裂缝大致与梁长方向呈45度角出现并发展延伸。 其原因是：在跨中纯弯段，因为混凝土只承受弯曲应力，混凝土承受的主应力方向与梁长方向平行，故此区域的混凝土因主应力而出现的裂缝方向与主应力方向垂直，沿梁高方向出现并发展；在支座附近弯剪区域，因为混凝土同时承受弯曲应力和剪切应力，混凝土承受的主应力方向与梁长方向呈45度，故此区域的混凝土因主应力而出现的裂缝方向与主应力方向垂直，沿梁长方向呈45度角出现并发展延伸。 钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏机理截面形式：梁、板常用矩形，T形，Ⅰ形，槽形等。 下面以单筋矩形截面梁为例进行分析，其余截面形状梁可参考单筋矩形截面梁。单筋截面梁又分为适筋梁，超筋梁，少筋梁。 适筋梁正截面受弯承载力的实验： 一、实验装置 二、实验梁 三、弯矩-曲率图 适筋梁正截面受弯的全过程划分为三个阶段——未裂阶段、裂缝阶段、破坏阶段。 第一阶段：从加载开始至混凝土开裂瞬间，也叫整体工作阶段。 荷载很小时，弯矩很小，各纤维应变也小，混凝土基本处于弹性阶段，截面变形符合平截面假设。（垂直 于杆件轴线的各平截面（即杆的横截面）在杆件受拉伸、压缩或纯弯曲而变形后仍然为平面，并且同变形 后的杆件轴线垂直。根据这一假设，若杆件受拉伸或压缩，则各横截面只作平行移动，而且每个横截面的 移动可由一个移动量确定；若杆件受纯弯曲,则各横截面只作转动,而且每个横截面的转动可由两个转角确定。利用杆件微段的平衡条件和应力-应变关系，即可求出上述移动量和转角，进而可求出杆内的应变和应力。如果杆上不仅有力矩，而且还有剪力，则横截面在变形后不再为平面。但对于细长杆，剪力引起的变形远 小于弯曲变形，平截面假设近似可用。）荷载-挠度曲线（弯矩-曲率曲线）基本接近直线。拉力由钢筋和混凝土共同承担，变形相同，钢筋应力很小。受拉受压区混凝土均处于弹性工作阶段，应力、应变分布均为三角形。继续加载，弯矩增大，应变也随之增大。混凝土受拉边缘出现塑性变形，受拉应力图呈曲线，中性轴上移。继续加载，受拉区边缘混凝土达到极限 拉应变，即将开裂。 第二阶段：从混凝土开裂到受拉钢筋应力达到屈服强度，又称带裂工作阶段。 在弯矩作用下受拉区混凝土开裂，退出工作，开裂前混凝土承担的拉力转移到钢筋上，钢筋承担的应力突增，中性轴大幅度上移。随着荷载不断增大，裂缝越来越到，混凝土逐步退出工作，截面抗弯刚度降低，弯矩-曲率曲线有明显的转折。 荷载继续增加，钢筋拉应力、挠度变形不断增大，裂缝宽度也不断开展，受压区混凝土面积不断减小，应力和应变不断增加，受压区混凝土弹塑性特性表现得越来越显著，受压区应力图形逐渐呈曲线分布。当钢筋应力达到屈服强度时，梁的受力性能将发生质变。 正常工作的梁一般都处于第二阶段，该阶段的应力状态为正常使用阶段和裂缝宽度计算的依据。 第三阶段：从受拉筋屈服至受压区混凝土被压碎，又称为破坏阶段。 第四章受弯构件正截面承载力计算 一、一、选择题（多项和单项选择） 1、钢筋混凝土受弯构件梁内纵向受力钢筋直径为（ B ），板内纵向受力钢筋直径为（ A ）。 A、6—12mm B、12—25mm C、8—30mm D、12—32mm 2、混凝土板中受力钢筋的间距一般在（ B ）之间。 A、70—100mm B、100---200mm C、200---300mm 3、梁的有效高度是指（ C ）算起。 A、受力钢筋的外至受压区混凝土边缘的距离 B、箍筋的外至受压区混凝土边缘的距离 C、受力钢筋的重心至受压区混凝土边缘的距离 D、箍筋的重心至受压区混凝土边缘的距离 4、混凝土保护层应从（ A ）算起。 A、受力钢筋的外边缘算起 B、箍筋的外边缘算起 C、受力钢筋的重心算起 D、箍筋的重心算起 5、梁中纵筋的作用（ A ）。 A、受拉 B、受压 C、受剪 D、受扭 6、单向板在（ A ）个方向配置受力钢筋。 A、1 B、2 C、3 D、4 7、结构中内力主要有弯矩和剪力的构件为（ A ）。 A、梁 B、柱 C、墙 D、板 8、单向板的钢筋有（ B ）受力钢筋和构造钢筋三种。 A、架力筋 B、分布钢筋 C、箍筋 9、钢筋混凝土受弯构件正截面的三种破坏形态为（ A B C ） A、适筋破坏 B 、超筋破坏 C、少筋破坏 D、界线破坏 10、钢筋混凝土受弯构件梁适筋梁满足的条件是为（ A ）。 A、p min≤p≤p max B、p min＞p C、p≤p max 11、双筋矩形截面梁，当截面校核时，２αsˊ/h０≤ξ≤ξb，则此时该截面所能承担的弯矩是（ C ）。 A、M u=f cm bh０２ξb（１－０.５ξb）； B、M u=f cm bh０ˊ２ξ（１－０.５ξ）； C、M u= f cm bh０２ξ（１－０.５ξ）+A sˊf yˊ（h０-αsˊ）； D、Mu=f cm bh０２ξb（１－０.５ξb）+A sˊf yˊ（h０-αsˊ） 12、第一类Ｔ形截面梁，验算配筋率时，有效截面面积为（ A ）。 A、bh ； B、bh０； C、b fˊh fˊ； D、b fˊh０。 13、单筋矩形截面，为防止超筋破坏的发生，应满足适用条件ξ≤ξb。与该条件等同的条件是（ A ）。 A、x≤x b； B、ρ≤ρmax=ξb f Y/f cm； C、x≥2αS； D、ρ≥ρmin。 14、双筋矩形截面梁设计时，若A S和A Sˊ均未知，则引入条件ξ=ξb，其实质是（ A ）。 A、先充分发挥压区混凝土的作用，不足部分用A Sˊ补充，这样求得的A S+A Sˊ较小； B、通过求极值确定出当ξ=ξb时，（A Sˊ+A S）最小； C、ξ=ξb是为了满足公式的适用条件； D、ξ=ξb是保证梁发生界限破坏。 15、两类T形截面之间的界限抵抗弯矩值为（ B ）。 A、M f=f cm bh02ξb(1-0.5ξb)； B、M f=f cm b fˊh fˊ(h0-h fˊ/2) ； C、M=f cm(b fˊ-b)h fˊ(h0-h fˊ/2)； D、M f=f cm(b fˊ-b)h fˊ(h0-h fˊ/2)+A Sˊf Yˊ(h0-h fˊ/2)。 16、一矩形截面受弯构件，采用C20混凝土（f C=9.6Ν/mm2）Ⅱ级钢筋（f y=300N/mm2，ξb=0.554），该截面的最大配筋率是ρmax（ D ）。 A、2.53% ； B、18% ； C、1.93% ； D、1.77% 。 17、当一单筋矩形截面梁的截面尺寸、材料强度及弯矩设计值M确定后，计算时发现超筋，那么采取（ D ）措施提高其正截面承载力最有效。 A、A、增加纵向受拉钢筋的数量； B、提高混凝土强度等级； C、加大截截面尺寸； D、加大截面高度。 二、判断题 1、当截面尺寸和材料强度确定后，钢筋混凝土梁的正截面承载力随其配筋率ρ的提高而提高。（错） 2、矩形截面梁，当配置受压钢筋协助混凝土抗压时，可以改变梁截面的相对界限受压区高度。（对） 3、在受弯构件正截面承载力计算中，只要满足ρ≤ρmax的条件，梁就在适筋范围内。（错） 4、以热轧钢筋配筋的钢筋混凝土适筋梁，受拉钢筋屈服后，弯矩仍能有所增加是因为钢筋应力已进入了强化阶段。（错） 5、整浇楼盖中的梁，由于板对梁的加强作用，梁各控制截面的承载力均可以按T形截面计算。（错） 混凝土结构习题集 3 北京科技大学 土木与环境工程学院 2007年 5月 综合练习 一、 填空题 1 .抗剪钢筋也称作腹筋，腹筋的形式可以是 和 。 2.无腹筋梁中典型的斜裂缝主要有 裂缝和 裂缝。 3.对梁顶直接施加集中荷载的无腹筋梁，随着剪跨比λ的 ，斜截面受剪承载力有增高的趋势。当剪跨比对无腹筋梁破坏形态的影响表现在：一般3λ>常为 破坏；当1λ<时，可能发生 破坏；当13λ<<时，一般是 破坏。 4.无腹筋梁斜截面受剪有三种主要破坏形态。就其受剪承载力而言，对同样的构件， 破坏最低， 破坏较高， 破坏最高；但就其破坏性质而言，均属于 破坏。 5.影响无腹筋梁斜截面受剪承载力的主要因素有 、 和 。 6.剪跨比反映了截面所承受的 和 的相对大笑，也是 和 的相对关系。 7.梁沿斜截面破坏包括 破坏和 破坏 8.影响有腹筋梁受剪承载力的主要因素包括 、 、 和 。 9.在进行斜截面受剪承载力的设计时，用 来防止斜拉破坏，用 的方法来防止斜压破坏，而对主要的剪压破坏，则给出计算公式。 10.如按计算不需设计箍筋时，对高度h> 的梁，仍应沿全梁布置箍筋；对高度h= 的梁，可仅在构件端部各 跨度范围内设置箍筋，但当在构件中部跨度范围内有集中荷载作用时，箍筋应沿梁全长布置；对高度为 以下的梁，可不布置箍筋。 11.纵向受拉钢筋弯起应同时满足 、 和 三项要求。 12.在弯起纵向钢筋时，为了保证斜截面有足够的受弯承载力，必须把弯起钢筋伸过其充分利用点至少 后方可弯起。 13.纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断，如必须截断时，应延伸至该钢筋理论截断点以外，延伸长度满足 ；同时，当/c d V V V ≤时，从该钢筋强度充分利用截面延伸的长度，尚不应小于 ，当/c d V V V >时，从该钢筋强度充分利用截面延伸的长度尚不应小于 。 14.在绑扎骨架中，双肢箍筋最多能扎结 排在一排的纵向受压钢筋，否则应采用四肢箍筋；或当梁宽大于400㎜，一排纵向受压钢筋多于 时，也应采用四肢箍筋。 15.当纵向受力钢筋的接头不具备焊接条件而必须采用绑扎搭结时，在从任一接头中心 至 1.3倍搭结长度范围内，受拉钢筋的接头比值不宜超过 ，当接头比值为 或 时，钢筋的搭结长度应分别乘以1.2及1.2。受压钢筋的接头比值不宜超过 。 16.简支梁下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度用s l α表示。当/c d V V V ≤时， 受弯构件正截面的破坏形式 前面所研究的时配筋量比较适中的梁的工作特点和破坏特征。试验研究表明，随着配筋量的不同，梁正截面的破坏形式也不同。梁正截面的破坏形式还与混凝土强度等级、钢筋级别，截面形式等并许多因素有关。当材料品种及截面形式选定以后，梁正截面破坏形式主要取决于配筋量的多少，矩形截面配筋量的多少是用配筋率p来衡量的。配筋率是指纵向受力钢筋截面面积与截面有效面积的百分比，即： P=As/bho 式中 b 梁的截面宽度： ho 梁截面的有效高度，取受力钢筋截面重心至售压力边缘的距离； As 纵向受力钢筋截面面积； P 梁的截面配筋率。 根据p的大小，梁正截面的破坏形式可以分为下面三种类型。 （1）适筋破坏 当梁的配筋率比较适中时，发生适筋破坏。如前所述，这种破坏的特点是受拉区纵向受力钢筋首先屈服，然后受压区混凝土被压碎。梁完成破坏之前，受拉区纵向受力钢筋要经历较大的塑性变形，沿量跨产生较多的垂直裂缝，裂缝不断开展和延伸，挠度也不断增大，所以能给人以明显的破坏预兆。破坏呈延性性质。破坏时，钢筋和混凝土的强度都得到了充分利用。发生适筋破坏的梁称为适筋梁（a）。 （2）超筋破坏 当梁的配筋率太大时，发生超筋破坏。其特点是破坏时受压区混凝土被压碎而受拉区纵向受力钢筋却没有达到屈服梁破坏时，由于纵向受拉钢筋尚处于弹性阶段，所以，梁受拉区裂缝宽度小，甚至形不成裂缝，破坏没有明显预兆，呈脆性性质。破坏时，混凝土的强度得到了充分利用而钢筋的强度没有得到充分的利用。发生超筋破坏的梁称为超筋梁（b）。 （3）少筋破坏 当梁的配筋率太小时，发生少筋破坏。其特点是一裂即坏。梁受拉区混凝土一开裂，裂截面原来由混凝土承担的拉力转由钢筋承担。因梁的配筋率太小，故钢筋应力立即达到屈服强度，有时可迅速经历整个流幅而进入强化阶段，有时钢筋甚至可能被拉断。裂缝往往只有一条，裂缝宽度很大且沿梁高延伸较高。破坏时，钢筋和混凝土的强度虽然得到了充分利用，但破坏前无明显预兆，呈脆性性质。发生少筋破坏的梁称为少筋梁（c） 例题1：已知：矩形截面钢筋混凝土简支梁，计算跨度为6000mm ， as=35mm 。其上作用均布荷载设计值25 kN/m （不包括梁自重），混凝土强度等级选C20，钢筋HRB335级。（ fc =9.6 N/mm2 ， ft =1.1 N/mm2 ， fy =300 N/mm2 ） 试设计此梁。 [解] (1)基本数据fc=9.6N/mm2，fy=300N/mm2 M=1/8ql 2=25N/mm ×6000mm ×6000mm/8=112500000N.mm (2)假定梁宽b h 一般取为1/10-1/15L ，即600mm-400mm ，取600mm h/b=2.0-3.5 则b=300mm （符合模数要求） (3)假定配筋率 受弯构件 0.2与45ft/fy 较大值 45ft/fy=45×1.1/300=0.165 取0.2 (4)计算有关系数 c y s c y f f bh A f f αραξ=?=0=0.2%×300÷(1×9.6）=0.0625 ])1(1[5.02s ξα--==0.5×[1-(1-0.0625)2]=0.0605 (5)令M=Mu 计算h0 mm 530.803157.645661mm 300/6.910605.011250000010==????==mm N mm N b f M h c s αα (6)计算梁高 h=h0+35=838mm ，取h=900mm 则h/b=3满足h/b=2.0～3.5的要求 (7)计算受拉钢筋 0625.02-1-1==s αξ （第(4)部分已计算结果） 96875.00625.05.015.012211122-11=?-=-=---=+= ξααγs s s 220540900300002.05107.447865 96875.0300112500000mm mm h f M A s y s =??<=??==γ 取2540mm A s = (8)选配钢筋 (9)验算适用条件 (10)这样调整后，截面尺寸b 、h 变为已知情形，再按例题3计算As 。 中南大学现代远程教育课程考试（专科）复习题及参考答案 钢筋混凝土结构 一、单项选择题 1．下列有关轴心受压构件纵筋的作用，错误的是：（） A 帮助混凝土承受压力； B 增强构件的延性； C 纵筋能减小混凝土的徐变变形； D 纵筋强度越高，越能增加构件承载力； 2．在梁的配筋不变的条件下，梁高与梁宽相比，对正截面受弯承载力Mu（） A 梁高影响小； B 两者相当； C 梁高影响大； D 不一定； 3．四个截面仅形式不同：1、矩形；2、倒Ｔ形；3、T形；4、Ｉ形，它们的梁宽（或肋宽） b 和受拉翼缘宽度f b相同，在相同的正弯距M作用b相同、梁高h相等，受压翼缘宽度f 下，配筋量As（） A As1＝As2＞As3＝As4； B As1＞As2＞As3＞As4； C As1＞As2＝As3＞As4； D As2＞As1＞As3＞As4 4．梁内弯起多排钢筋时，相邻上下弯点间距应≤Ｓmax，其目的是保证：（） A 斜截面受剪能力； B 斜截面受弯能力； C 正截面受弯能力； D 正截面受剪能力 5．《规范》验算的裂缝宽度是指（） A 钢筋表面的裂缝宽度； B 钢筋水平处构件侧表面的裂缝宽度； C 构件底面的裂缝宽度； D 钢筋合力作用点的裂缝宽度； 6．整浇肋梁楼盖中的单向板，中间区格板的弯矩可折减20%，主要是因考虑（） A 板的内拱作用； B 板上荷载实际上也向长跨方向传递一部分； C 板上活载满布的可能性较小； D 节约材料； 7．在双筋梁计算中满足2a'≤x≤ξb h o时，表明（） A 拉筋不屈服，压筋屈服； B 拉筋屈服，压筋不屈服； C 拉压筋均不屈服； D 拉压钢筋均屈服； 8．受扭纵筋与箍筋的配筋强度比ζ在0.6～1.7之间时，（） A 均布纵筋、箍筋部分屈服； B 均布纵筋、箍筋均屈服； C 仅箍筋屈服； D 不对称纵筋、箍筋均屈服； 9．一般板不作抗剪计算，主要因为（） A 板内不便配箍筋； B 板的宽度大于高度； C 板一般承受均布荷载； D 一般板的受剪承载力大于受弯承载力； 10．梁的剪跨比减小时，受剪承载力（） A 减小； B 增加； C 无影响； D 不一定； 5－1 已知某承受均布荷载的矩形截面梁截面尺寸b ×h ＝250mm ×600mm （取a s ＝35mm ），采用C25混凝土，箍筋为HPB235钢筋。若已知剪力设计值V ＝150kN ，试采用Φ8双肢箍的箍筋间距s ？ 『解』 （1）已知条件： a s =35mm 0h =h —a s =600—35=565mm SV A =1012mm 查附表1—2、2—3得： c β=1.0 , c f =11.9 N/2mm , t f =1.27 N/2mm ，yv f =210N/2mm （2）复合截面尺寸： w h =0h =565mm w h b =565 250=2.26<4 属一般梁。 00.25c c f bh β=0.25?1.0?11.9?250?565=420.2 kN>150 kN 截面满足要求。 （3）验算是否可构造配箍： 00.7 t f b h =0.7?1.27?250?565=125.6 kN<150 kN 应按计算配箍 （4）计算箍筋间距： V ≤00.7t f bh +01.25sv yv A f h s s ≤001.250.7sv yv t A f h s V f bh -=()3 1.25210101565150125.610???-?=613.2mm 查表5—2 ，取s=200 mm （5）验算最小配箍率： sv A bs =101250200?=0.202﹪>0.24t yv f f =0.24 1.27 210?=0.145﹪ 满足要求。 （6）绘配筋图： 5－2 图5－51所示的钢筋混凝土简支粱，集中荷载设计值F ＝120kN ，均布荷载设计值（包括梁自重）q=10kN/m 。选用C30混凝土，箍筋为HPB235钢筋。试选择该梁的箍筋（注：途中跨度为净跨度，l n =4000mm ）。 『解』 （1）已知条件： a s =40mm 0h =h —a s =600—40=560mm 查附表1—2、2—3得： c β=1.0 , c f =14.3N/2mm , t f =1.43N/2mm ，yv f =210N/2mm （2）确定计算截面及剪力设计值： 对于简支梁，支座处剪力最大，选该截面为设计截面。 剪力设计值： V=12n ql +F=1 2?10?4+120=140 kN 120 140=85.7﹪>75﹪ 故应考虑剪跨比的影响 a=1500mm λ=0a h =1500 560=2.68<3.0 （3）复合截面尺寸：基于ABAQUS的混凝土梁受弯破坏实验非线性分析_王丽
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