钢筋混凝土柱大偏心受压试验
一、试验目的
通过实验研究认识混凝土结构构件的破坏全过程，掌握测试混凝土大偏心受压构件基本性能的实验方法。
二、实验内容
对大偏心受压短柱施加轴向荷载直至破坏，观察加载过程中裂缝的开展情况，将得到的极限荷载与计算值相比较。
三、试件设计
1、试件的主要尺寸，矩形截面b*h*l=200*90*900
2、混凝土强度等级：实测。
3、纵向钢筋：2Φ6，2Φ8（弯起）
4、箍筋：Φ6@100
5、混凝土保护层厚度：15mm
6、试件尺寸及配筋（见下图）
四、试件制作
试件采用干硬性混凝土，振捣器振捣，自然养护28天，制作试件的同时预留混凝土立方体试块(尺寸为150mm*150mm *150mm)和纵向受力钢筋试件，实测混凝土和钢筋的实际强度。
五、加载装置
采用两点加载，用 YAW-5000型 微机控制电液伺服压力试验机，加载图 见下页。
滚动支座
固定支
座
黑龙江大学
实验报告
一、构件正截面承载力计算
二、构件承载力分析
按照<<混凝土结构设计规范>>给定的材料强度标准值机计算公式，求出本次实验试件的极限承载力，与实测值比较。
三、柱受压破坏类型
如何区分大、小偏心受压短柱，并描述大偏心受压短柱的破坏特征。
四、实验结论
矩形截面偏心受压构件正截面的承载力计算 一、矩形截面大偏心受压构件正截面的受压承载力计算公式 （一）大偏心受压构件正截面受压承载力计算 （1）计算公式 由力的平衡条件及各力对受拉钢筋合力点取矩的力矩平衡条件，可以得到下面两个基本计算公式： s y s y c A f A f bx f N -+=' ' 1α （7-23） ()' 0''012a h A f x h bx f Ne s y c -+??? ? ?-=α （7-24） 式中： N —轴向力设计值； α1 —混凝土强度调整系数； e —轴向力作用点至受拉钢筋A S 合力点之间的距离； a h e e i -+ =2 η （7-25） a i e e e +=0 （7-26） η—考虑二阶弯矩影响的轴向力偏心距增大系数，按式（7-22）计算； e i —初始偏心距； e 0 —轴向力对截面重心的偏心距，e 0 =M/N ； e a —附加偏心距，其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20㎜中的较大者； x —受压区计算高度。 （2）适用条件 1) 为了保证构件破坏时受拉区钢筋应力先达到屈服强度，要求 b x x ≤ (7-27) 式中 x b — 界限破坏时，受压区计算高度，o b b h x ξ= ，ξb 的计算见与受弯构件相同。 2) 为了保证构件破坏时，受压钢筋应力能达到屈服强度，和双筋受弯构件相同，要求满足：
'2a x ≥ (7-28) 式中 a ′ — 纵向受压钢筋合力点至受压区边缘的距离。 （二）小偏心受压构件正截面受压承载力计算 （1）计算公式 根据力的平衡条件及力矩平衡条件可得 s s s y c A A f bx f N σα-+=' ' 1 （7-29） ??? ?? '-+?? ? ? ?- =s s y c a h A f x h bx f Ne 0''012α （7-30） () ' 0''1'2s s s s c a h A a x bx f Ne -+?? ? ??-=σα （7-31） 式中 x — 受压区计算高度，当x ＞h ，在计算时，取x ＝h ； σs — 钢筋As 的应力值，可根据截面应变保持平面的假定计算，亦可近似取：
4.2 轴心受压构件承载力计算 一、偏心受压构件破坏特征 偏心受压构件在承受轴向力N和弯矩M的共同作用时，等效于承受一个偏心距为e =M/N的偏心力N的作用，当弯矩M相对较小时，e0就很小，构件接近于轴心受压，0 相反当N相对较小时，e0就很大，构件接近于受弯，因此，随着e0的改变，偏心受压 构件的受力性能和破坏形态介于轴心受压和受弯之间。按照轴向力的偏心距和配筋情 况的不同，偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。 1.受拉破坏 当轴向压力偏心距e0较大，且受拉钢筋配置不太多时，构件发生受拉破坏。在这 种情况下，构件受轴向压力Ｎ后，离Ｎ较远一侧的截面受拉，另一侧截面受压。当Ｎ 增加到一定程度，首先在受拉区出现横向裂缝，随着荷载的增加，裂缝不断发展和加 宽，裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担。荷载继续加大，受拉钢筋首先达到屈服，并 形成一条明显的主裂缝，随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸，受压区高度迅速减 小。最后，受压区边缘出现纵向裂缝，受压区混凝土被压碎而导致构件破坏（图 4.3.1）。此时，受压钢筋一般也能屈服。由于受拉破坏通常在轴向压力偏心距e0较 大发生，故习惯上也称为大偏心受压破坏。受拉破坏有明显预兆，属于延性破坏。 2.受压破坏 当构件的轴向压力的偏心距e0较小，或偏心距e0虽然较大但配置的受拉钢筋过 多时，就发生这种类型的破坏。加荷后整个截面全部受压或大部份受压，靠近轴向压力一侧的混凝土压应力较高，远离轴向压力一侧压应力较小甚至受拉。随着荷载 逐渐增加，靠近轴一侧混凝土出现纵向裂缝，进而混凝土达到极限应变εcu被压碎，受压钢筋的应力也达到f y′，远离一侧的钢筋可能受压，也可能受拉，但因本身截面应力太小，或因配筋过多，都达不到屈服强度（图4.3.2）。由于受压破坏通常在轴向压力偏心距e0较小时发生，故习惯上也称为小偏心受压破坏。受压破坏无明显预兆，属脆性破坏。
不对称配筋（'s s A A ≠）大偏心受压计算总结 计算简图 解决的两类问题：截面设计和截面复核 （一） 截面设计（配筋计算）： 1、已知轴力设计值N 和弯矩设计值M ，材料强度和截面尺寸，求s A 和's A 解题思路：未知数有s A 、's A 和x （隐藏未知数）三个，方程无唯一解，按照总钢量' s s A A +最小，即b ξ ξ=时计算。 计算步骤： （1） 判断大小偏心： i a M e e N = +，2m M C M η=（M 2为 M 2 和M 1的较 大值）， 12 0.70.3 m M C M =+，00.3i e h ＞时就先按大偏心受压进行计算。 当/6c l h <时就不考虑弯矩增大系数η影响，即η=1； 当/6c l h ＞时，2 01 1( )1300/c c i l e h h η?=+ ， 0.5c c f bh N ?= （2） 确定e 值：2i h e e a =+- 1' 10()() 2 c y s y s c y s o N f bx f A f A x N e f bx h f A h a αα''=+-''=- + -
（3） 把b ξξ=代入方程组可得： 先由公式2求出2 100(10.5) () c b b s y N e f bh A f h a αξξ--'= ''-。 （4） 由公式1求出1c b o y s s y f b h f A N A f αξ''+-= 并配筋 （5） 检验2'x a ＞（0b x h ξ=） m in s s A A bh ρρ'+= 总＞（查书242表17）且不大于5%； As m ax(0.45 ,0.2%)s t y A f bh f ρ= ≥ A s''0.2% s A bh ρ= ≥（一侧受压钢筋配筋率不小于0.2%） （6） 验算垂直于弯矩作用平面轴心受压承载力： 0.9()u c y s s N f A f A A N ?''??=++≥??，即满足要求。 2、已知N 、M 和's A ，求s A ：（未知数是x 和s A ） （1） 判断大小偏心： i a M e e N = +，2m M C M η= （2） 先由公式2求得x 值，要解一个二次方程，引入两个系数s α和ξ 求解，并判断b ξ ξ≤且2'x a ＞都成立。 （3） 由公式1求得1c y s s y f bx f A N A f α''+-= （注意：当b ξξ＞，表示's A 不足，则需要按照's A 未知重新计算；当2'x a ＜ 则按照=2'x a 计算，即砼压力合力作用力和's A 合力重合，对此求矩， 102' 10(10.5)() c b y s y s c b b y s o N f b h f A f A N e f bh f A h a αξαξξ''=+-''=-+ -1' 10(() 2 c y s y s c y s o N f bx f A f A x N e f bx h f A h a αα''=+-''=- + -
同济大学 混凝土结构基本原理 实验报告 （共9页） 姓名梁炜炼 学号1350240 专业建筑工程 学院土木工程学院 指导老师鲁亮 同济大学结构工程与防灾研究所2015年12月28日
1．实验目的和内容 1.1、试验目的 通过试验研究认识混凝土结构构件的破坏全过程，掌握测试混凝土大偏心受压构件基本性能的试验方法。 1.2、试验内容 对大偏心短柱施加轴向荷载直至破坏。观察加载过程中裂缝的开展情况，将得到的极限荷载与计算值相比较。 2．试件介绍 （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=200mm,使试件的破坏状态为大偏心受压破坏。 （2）试件的主要参数 ①试件尺寸 截面尺寸：200×400mm2 (两端);200×200mm2 (中部); 试件长度：1300mm； ②混凝土强度等级：C25
③纵向钢筋：8B18(两端)；4B18(中部)。 ④箍筋：8Φ8@50（两端）；4Φ8@100（中部）； ⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度：25mm ⑥试件的配筋情况（如上图所示）； ⑦取偏心距e0=200mm 3． 试件材料力学性能试验结果 钢筋力学性能试验结果 4． 试件验算 柱极限承载力 不妨令：2 1c 02 f bh A α= ，1c 00()B f bh e h α=-，y s 0s ()C f A h a '''=--， 从而有：ξ=
KN N mm e e h A f bh f e N bh f N cu s S y o c cu o c cu 5.261238 .0, 266a -h 5.0)()5.01(s 0'0''2 11==∴=+=-+-==ξαξξαξ α 5． 试验方法 5.1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5.1 柱偏心受压试验加载装置 5.2 加载方式 （1）单调分级加载机制 实际的加载等级为0-20kN-40kN-60kN-80kN-100kN-120kN-破坏 5.3量测内容 （1）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。
钢筋混凝土偏心受压构件正截面受压性能实验 3.1 实验目的 1.掌握制定结构构件试验方案的原则，偏心受压构件正截面受压性能试验的加荷方案和测试方案的设计方法。 2.通过偏心受压构件正截面受压性能试验，了解受压构件发生偏心受压破坏时承载力大小,侧向挠曲变化及裂缝出现和发展过程、破坏特征。 3.掌握偏心受压构件正截面承载力的测定方法,验证偏压构件正截面承载力计算方法。 4.了解偏压构件正位或卧位试验的试件安装、加载装置和加载方法，以及常用结构实验仪器的使用方法。 5.初步掌握结构实验测量数据的整理和分析，实验分析报告的撰写。 3.2 试件及测点布置 3.3 实验设备及材料 1.静力试验台座、反力架、支座及支墩 2.高压油泵全套设备或手动式液压千斤顶 3.荷重传感器
3.4 实验步骤 （一）试验准备 1. 试件的考察，记录相关数据。 2. 混凝土和钢筋力学性能试验。 3. 试件两侧用稀石灰刷白试件，用铅笔画50mm×50mm 的方格线（以便观测裂缝），粘贴应变片或百分表应变装置。 （二）试验加载 1. 由教师预先安装或在教师指导下由学生安装试验柱，布置安装试验仪表，要求试验柱垂直、稳定、荷载着力点位置正确、接触良好，并作好试验柱的安全保护工作。 2. 对试验柱进行预加载，利用力传感器进行控制，加荷值可取破坏荷载的10％，分三级加载，每级稳定时间为1 分钟，然后卸载，加载过程中检查试验仪表是否正常。 3. 调整仪表并记录仪表初读数。 4. 按估算极限荷载值的10％左右对试验柱分级加载（第一级应考虑自重），相邻两次加载的时间间隔为2～3 分钟。在每级加载后的间歇时间内，认真观察试验柱上是否出现裂缝，加载后持续2 分钟后记录电阻应变仪、百分表和手持式应变仪读数。 5. 当达到试验柱极限荷载的90％时，改为按估算极限荷载的5％进行加载，直至试验柱达到极限承载状态，记录试验柱承载力实测值。 6. 当试验柱出现明显较大的裂缝时，撤去百分表，加载到试验柱完全破坏，记录混凝土应变最大值和荷载最大值。 7. 卸载，记录试验柱破坏时裂缝的分布情况。 （三）承载力极限状态确定方法 对柱试件进行偏压承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构图 柱偏心受压试验示意图
非对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力设计与复核 1大小偏心的判别 当e < h o时，属于小偏心受压。 时，可暂先按大偏心受压计算，若b，再改用小偏心受压计算2、大偏心受压正截面承载力设计 1).求A s和A，令b,(HRB33歐，b 0.55; HRB40C级，b 0.52) 2 Ne i f c bh o b(1 0.5 b) A s RE f y(h o a)(混规， f y 2).求A s A s A si A s2 A S3 (0)若 b 按照大偏心 (1)若 b cy 2 i b A ；Ne i f c bh o2 (1 /2) f y(h o a ) i f c bh o b N A s 主A s f y 适用条件: A s/bh > min，且不小于f t / f y ；A；/ bh > min 0 如果 x<2a/，A s N(e h/2 a') f y (h o a/) 适用条件：A；/ bh > min，且不小于f t/f y ；A；/bh > min 0 3、小偏心受压正截面承载力设计
如果s Q A s min bh 再重新求,再计算A s (2)若 h/ h o Ne i f c bh(h 。h ) 2 f y (h o a) 然后计算和A s N(h/2 e Q e a a 7) 1 f c bh(h/2 a 7) f y (h o a ) 情况(2)和(3)验算反向破坏。 4、偏心受压正截面承载力复核 1).已知N ，求M 或仓。 先根据大偏心受压计算出X ： (1)如果 x 2a / , ⑵ 如果2a / x b h 。，由大偏心受压求e ,再求e 0 ⑶若 b ，可由小偏心受压计算 。再求e 、e o 2).已知e o ，求N 先根据大偏心受压计算出x (1) 如果 X 2a /， (2) 若2a / x b h o ，由大偏心受压求N 。 (3) 若x > b h o ，可由小偏心受压求N 。 注意适用条件的验算。 适用条件: A s /bh > min ，且不小于 f t / f y ； A s /bh > min A s min bh ⑶若 h/h o ,取 X h , s A s A s cy ，取 s f / y
大对称配筋（'s s A A ≠）大偏心受压计算总结 计算简图 解决的两类问题：截面设计和截面复核 （一） 截面设计（配筋计算）： 1、已知轴力设计值N 和弯矩设计值M ，材料强度和截面尺寸，求s A 和's A 解题思路：未知数有s A 、's A 和x （隐藏未知数）三个，方程无唯一解，按照总钢量's s A A +最小，即b ξξ=时计算。 计算步骤： （1） 判断大小偏心： i a M e e N = +，2m M C M η=（M 2为M 2 和M 1的较大值），1 2 0.70.3 m M C M =+，00.3i e h ＞时就为大偏心受压。 当/6c l h <时就不考虑弯矩增大系数η影响，即η=1； 当/6c l h ＞时，2011()1300/c c i l e h h η?=+ ， 0.5c c f bh N ?= （2） 确定e 值： 2 i h e e a =+- 1'10()() 2 c y s y s c y s o N f bx f A f A x Ne f bx h f A h a αα''=+-''=-+ -
（3） 把b ξξ=代入方程组可得： 先由公式2求出2 100(10.5) () c b b s y Ne f bh A f h a αξξ--'=''-。 （4） 由公式1求出1c b o y s s y f b h f A N A f αξ''+-=并配筋 （5） 检验2'x a ＞（0b x h ξ=） min s s A A bh ρρ' += 总＞（查书242表17）且不大于5%； As max(0.45,0.2%)s t y A f bh f ρ= ≥ As'' 0.2%s A bh ρ= ≥（一侧受压钢筋配筋率不小于0.2%） （6） 验算垂直于弯矩作用平面轴心受压承载力： 0.9()u c y s s N f A f A A N ?''??=++≥??，即满足要求。 2、已知N 、M 和's A ，求s A ：（未知数是x 和s A ） （1） 判断大小偏心： i a M e e N = +，2m M C M η= （2） 先由公式2求得x 值，要解一个二次方程，引入两个系数s α和ξ 求解，并判断b ξξ≤且2'x a ＞都成立。 （3） 由公式1求得1c y s s y f bx f A N A f α''+-= （注意：当b ξξ＞，表示's A 不足，则需要按照's A 未知重新计算；当2'x a ＜ 102'10(10.5)() c b y s y s c b b y s o N f b h f A f A Ne f bh f A h a αξαξξ''=+-''=-+ -1'10()() 2 c y s y s c y s o N f bx f A f A x Ne f bx h f A h a αα''=+-''=-+ -
65从大小偏心受压到轴心受压状态之间时小偏心受压状态。请问在这个范围内受拉一侧(或受力较小一侧)的钢筋应力、受压边缘的极限压应变随偏心矩的减小会有什么变化？修订后的混凝土结构设计规范是如何解决小偏心受压构件的截面设计问题的？ 解：在这一过程中受力较小一侧的钢筋应力受拉屈服——受拉不屈服——受压屈服；受压边缘的极限压应变依次减小。 规范规定：对非对称配筋的小偏心受压构件，当偏心距很小时，为了防止As产生受压破坏，尚应按公式(7.3.4—5)进行验算，此处，不考虑偏心具增大系数，并引进了初始偏心距 5．受弯构件短期刚度Bs与哪些因素有关，如不满足构件变形限值，应如何处理? 答：影响因素有：配筋率ρ、截面形状、混凝土强度等级、截面有效高度h0。可以看出，如果挠度验算不符合要求，可增大截面高度，选择合适的配筋率ρ 偏心受压短柱和长柱有何本质的区别？偏心距增大系数的物理意义是什么？答：（1）偏心受压短柱和长柱有何本质的区别在于，长柱偏心受压后产生不可忽略的纵向弯曲，引起二阶弯矩。 （2）偏心距增大系数的物理意义是，考虑长柱偏心受压后产生的二阶弯矩对受压承载力的影响。 钢筋混凝土受弯构件正截面有哪几种破坏形式？其破坏特征有何不同？ 答：钢筋混凝土受弯构件正截面有适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。 梁配筋适中会发生适筋破坏。受拉钢筋首先屈服，钢筋应力保持不变而产生显著的塑性伸长，受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，混凝土压碎，构件破坏。梁破坏前，挠度较大，产生较大的塑性变形，有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。 梁配筋过多会发生超筋破坏。破坏时压区混凝土被压坏，而拉区钢筋应力尚未达到屈服强度。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝宽度较小，破坏是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏，称为超筋破坏。 梁配筋过少会发生少筋破坏。拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁即断裂，破坏很突然，无明显预兆，故属于脆性破坏。
《混凝土结构基本原理》试验课程作业 L ENGINEERING 试验报告 试验课教师林峰 姓名 学号 手机号 任课教师顾祥林
《混凝土结构基本原理》试验课程作业 L ENGINEERING 大偏心受压柱试验报告 试验名称大偏心受压柱试验 试验课教师林峰 姓名 学号 手机号 任课教师
日期2014年11月18日
1. 试验目的 通过试验了解大偏心受压柱破坏的全过程，掌握测试混凝土受压构件基本性能的试验方法。同时巩固大偏心受压柱承载力的计算方法，并通过对理论值和试验值的比较加深对混凝土基本原理的理解。 2. 试件设计 2.1 材料和试件尺寸 混凝土：C20 钢筋：使用I级钢筋作为箍筋，II级钢筋作为纵筋 试件尺寸（矩形截面）：b×h×l=120×120×870mm 详细尺寸见图1大偏心受压柱配筋图 2.2 试件设计 （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大偏心受压破坏。 （2）试件参数如表1 表1 试件参数表 试件尺寸（矩形截面）b×h×l=120×120×870mm 纵向钢筋（对称配筋）4 12 箍筋Φ6@100（2） 纵向钢筋混凝土保护层厚度15mm 配筋图图1 偏心距e0100mm
120200 80135135 5050 500 870 200 200 22 1 1 3 8@50 4 6@100 150200 50 120 6φ124φ12 3 8@50 4φ12 120 120 1-12-2 柱试件立面图3 8@50 3 8@50 4双向钢丝网2片 尺寸170x90 4双向钢丝网2片 尺寸170x90 8@50 8@50 6@100 图1 大偏心受压柱配筋图 （3）试件承载力估算 N c =α1f c bh 0ζ N c e=α1f c bh 02 ζ(1-0.5ζ) + f y ’ A s ’(h 0-a s ’) e=e 0+0.5h-a s 不妨令：A= 2 f 2 0c 1bh α, B=） （00c 1-e f h bh α, C=)(f -0y ' -''s s h A α 从而有：A AC 24B B -2-+=ξ 得出本次试验试件的极限承载力的预估值为：Ncu=87.71kN 详细计算过程见附录1 2.3 试件的制作 根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2002规定， 成型前，试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。 取样或拌制好的混凝土拌合物，至少用铁锨再来回拌合三次。 将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。 采用标准养护的试件，应在温度为20±5℃的环境中静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模。拆模后应立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护，或在温度为20±2℃的不流动的氢氧化钙饱和溶液中养护。标准养护龄期为28d （从搅拌加水开始计时）。 3.材性试验
轴心受压构件承载力计算 一、偏心受压构件破坏特征 偏心受压构件在承受轴向力 N 和弯矩 M 的共同作用时，等效于承受一个偏心距 为 e 0 的偏心力 N 的作用，当弯矩 M 相对较小时， 0 就很小，构件接近于轴心 =M/N e 受压，相反当 N 相对较小时， e 0 就很大，构件接近于受弯，因此，随着 0 的改变， e 偏心受压构件的受力性能和破坏形态介于轴心受压和受弯之间。 按照轴向力的偏心距 和配筋情况的不同，偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。 1.受拉破坏 当轴向压力偏心距 e 0 较大，且受拉钢筋配置不太多时，构件发生受拉破坏。在 这种情况下，构件受轴向压力 Ｎ后，离Ｎ较远一侧的截面受拉，另一侧截面受压。当 Ｎ增加到一定程度， 首先在受拉区出现横向裂缝， 随着荷载的增加， 裂缝不断发展和 加宽，裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担。荷载继续加大，受拉钢筋首先达到屈服， 并形成一条明显的主裂缝， 随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸， 受压区高度迅速 减小。最后，受压区边缘出现纵向裂缝，受压区混凝土被压碎而导致构件破坏（图 4.3.1）。此时，受压钢筋一般也能屈服。由于受拉破坏通常在轴向压力偏心距 e 0 较 大发生，故习惯上也称为大偏心受压破坏。受拉破坏有明显预兆，属于延性破坏。 2.受压破坏 当构件的轴向压力的偏心距 e 0 较小，或偏心距 e 0 虽然较大但配置的受拉钢筋过多时，就发生这种类型的破坏。 加荷后整个截面全部受压或大部份受压， 靠近轴向压 力 一侧的混凝土压应力较高， 远离轴向压力一侧压应力较小甚至受拉。 随着荷载 逐渐增加，靠近轴 一侧混凝土出现纵向裂缝， 进而混凝土达到极限应变 εcu 被压碎， 受压钢筋 的应力也达到 f y ′，远离 一侧的钢筋 可能受压，也可能受拉，但因本 身截面应力太小，或因配筋过多，都达不到屈服强度（图 4.3.2）。由于受压破坏通 常在轴向压力偏心距 e 0 较小时发生，故习惯上也称为小偏心受压破坏。受压破坏无 明显预兆，属脆性破坏。
非对称钢筋混凝土构件大小偏心受压计算流程图 4
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4 非对称钢筋混凝土构件大小偏心受压计算符号： 对称钢筋混凝土构件大小偏心受压计算符号： 。，：相对受压区计算高度； 度与中和轴高度的比值：矩形应力图受压区高面近边的距离； 力受压钢筋合力点至截 筋合力点、纵向非预应：纵向非预应力受拉钢、积； 非预应力钢筋的截面面：受拉区、受压区纵向、压强度设计值； ：普通钢筋的抗拉、抗、：钢筋弹性模量； ； 高度，计算 值时的相对界限受压区凝土同时达到强度设计：受拉钢筋和受压区混比值； 轴心抗压强度设计值的力图的应力值与混凝土：受压区混凝土矩形应至截面近边缘的距离； 、纵向受压钢筋合力点：纵向受拉钢筋合力点、距离； 力受拉钢筋的合力点的向普通受拉钢筋和预应：轴向压力作用点至纵设计值； ：混凝土轴心抗压强度； 时，取面曲率的影响系数，当：考虑构件长细比对截； 时，取曲率的影响系数，当：考虑截面应变对截面：构件的截面面积； ：截面的有效高度； ：截面高度； ：构件的计算长度； ； 轴向力偏心距增大系数：考虑二阶弯矩影响的：初始偏心距； ：附加偏心距； ； 偏心距，：轴向力对界面重心的钢筋的应力； ：受拉边或受压较小边； 时，在计算中应取度，当：混凝土受压区计算高：轴向力设计值； b cy cy s s s s y y s s y b b c i a s a a A A f f E E f a a a f h l A h h l e e N M e e h x h x x N ξβξξβξξζζζζζησ-20033.018 .0e 115/11/11'''1'2021110000=+==≤=>==> 。 度与中和轴高度的比值：矩形应力图受压区高面近边的距离；力受压钢筋合力点至截筋合力点、纵向非预应：纵向非预应力受拉钢、积；非预应力钢筋的截面面：受拉区、受压区纵向、压强度设计值；：普通钢筋的抗拉、抗、：钢筋弹性模量；；高度，计算值时的相对界限受压区凝土同时达到强度设计：受拉钢筋和受压区混比值；轴心抗压强度设计值的力图的应力值与混凝土：受压区混凝土矩形应距离；力受拉钢筋的合力点的向普通受拉钢筋和预应：轴向压力作用点至纵设计值；：混凝土轴心抗压强度；时，取面曲率的影响系数，当：考虑构件长细比对截；时，取曲率的影响系数，当：考虑截面应变对截面：构件的截面面积；：截面的有效高度；：截面高度；：构件的计算长度；；轴向力偏心距增大系数：考虑二阶弯矩影响的：初始偏心距；：附加偏心距；；偏心距，：轴向力对界面重心的；时，在计算中应取度，当：混凝土受压区计算高：轴向力设计值；1'''120211100000033.018.0e 115/11/βξξζζζζζηs s s s y y s s y b b c i a a a A A f f E E f a f h l A h h l e e N M e e h x h x x N +==≤=>==>
受压构件承载力计算复习题 一、填空题： 1、小偏心受压构件的破坏都是由于 而造成 的。 【答案】混凝土被压碎 2、大偏心受压破坏属于 ，小偏心破坏属 于 。 【答案】延性 脆性 3、偏心受压构件在纵向弯曲影响下，其破坏特征有两 种类型，对长细比较小的短柱属于 破坏，对长细比较大的细长柱，属于 破坏。 【答案】强度破坏 失稳 4、在偏心受压构件中，用 考虑了纵向弯曲的 影响。 【答案】偏心距增大系数 5、大小偏心受压的分界限是 。 【答案】b ξξ= 6、在大偏心设计校核时，当 时，说明s A '不屈 服。 【答案】s a x '2 7、对于对称配筋的偏心受压构件，在进行截面设计时， 和 作为判别偏心受压类型的唯一依据。
【答案】b ξξ≤ b ξξ 8、偏心受压构件 对抗剪有利。 【答案】轴向压力N 9、在钢筋混凝土轴心受压柱中，螺旋钢筋的作用是使截面中间核心部分的混凝土形成约束混凝土，可以提高构件的______和______。 【答案】承载力 延性 10、偏心距较大，配筋率不高的受压构件属______受压情况，其承载力主要取决于______钢筋。 【答案】大偏心 受拉 11、受压构件的附加偏心距对______受压构件______受压构件影响比较大。 【答案】轴心 小偏心 12、在轴心受压构件的承载力计算公式中，当f y <400N ／mm 2 时，取钢筋抗压强度设计值f y '＝______；当f y ≥400N ／mm 2时，取钢筋抗压强度设计值f y '＝______N ／mm 2。 【答案】f y 400 二、选择题： 1、大小偏心受压破坏特征的根本区别在于构件破坏时，（ ）。 A 受压混凝土是否破坏 B 受压钢筋是否屈服 C 混凝土是否全截面受压 D 远离作用力N 一侧钢筋是否屈服
《土木工程结构试验》钢筋混凝土柱偏心受压 试验指导书 土木与建筑学院结构中心 二00九年三月
钢筋混凝土柱偏心受压试验指导书 一、试验目的 1．通过试验初步掌握钢筋混凝土偏心受压柱静载试验的程序和方法。 2．通过试验了解钢筋混凝土偏心受压柱的破坏过程及其特征。 3．通过试验理解纵向弯曲对钢筋混凝土偏心受压构件的影响。 4．培养结构试验与量测的动手能力和科学研究的分析能力。 二、试验设备及装置 试验设备包括压力试验机及单刀铰支座等附属设备、静态电阻应变仪、百分表及读数放大镜等。 试验柱置于压力机台座上，通过单刀铰支座加载，连接由压力机读取荷载读数，用应变片测试验柱中部截面应变，用百分表量测跨中侧向挠度，用读数放大镜量测裂缝宽度。试验装置如图1所示。 图1 试验装置示意图 三、试验步骤 1．在试验柱中部截面粘贴应变片。 2．由教师预先安装或在教师指导下由学生安装试验柱，按似定的偏心距调整试验柱上加载点的位置，布置百分表，连接应变片到应变仪。 3．记录试验梁编号、尺寸、配筋数量和有关数据及指标。 4．检查仪表，调整仪表初读数。 5．利用压力机控制进行分级加载（试验柱出现裂缝前，每级荷载可定为其估算破坏荷载的十分之一左右，试验梁出现裂缝后，每级荷载可定为估算破坏荷载的五分之一左右）。相邻两级加载的时间间隔，在试验柱出现裂缝前为2～3分钟，在试验柱出现裂缝后为5～10分钟。 6．参照估算的试验柱开裂荷载值，分级缓慢加载，加载间隙注意观察裂缝是否出现。发现第一条裂缝后记录前一级荷载下压力机荷载读数。在第一条裂缝出现后继续注意观察裂缝的出现和开展情况。 7．每级加载后，在间歇时间内测读并记录应变仪、百分表以及压力机荷载
非对称钢筋混凝土构件大小偏心受压计算流程图
非对称钢筋混凝土构件大小偏心受压计算符号： 对称钢筋混凝土构件大小偏心受压计算符号： 。，：相对受压区计算高度； 度与中和轴高度的比值：矩形应力图受压区高面近边的距离； 力受压钢筋合力点至截 筋合力点、纵向非预应：纵向非预应力受拉钢、积； 非预应力钢筋的截面面：受拉区、受压区纵向、压强度设计值； ：普通钢筋的抗拉、抗、：钢筋弹性模量； ； 高度，计算 值时的相对界限受压区凝土同时达到强度设计：受拉钢筋和受压区混比值； 轴心抗压强度设计值的力图的应力值与混凝土：受压区混凝土矩形应至截面近边缘的距离； 、纵向受压钢筋合力点：纵向受拉钢筋合力点、距离； 力受拉钢筋的合力点的向普通受拉钢筋和预应：轴向压力作用点至纵设计值； ：混凝土轴心抗压强度； 时，取面曲率的影响系数，当：考虑构件长细比对截； 时，取曲率的影响系数，当：考虑截面应变对截面：构件的截面面积； ：截面的有效高度； ：截面高度； ：构件的计算长度； ； 轴向力偏心距增大系数：考虑二阶弯矩影响的：初始偏心距； ：附加偏心距； ； 偏心距，：轴向力对界面重心的钢筋的应力； ：受拉边或受压较小边； 时，在计算中应取度，当：混凝土受压区计算高：轴向力设计值； b cy cy s s s s y y s s y b b c i a s a a A A f f E E f a a a f h l A h h l e e N M e e h x h x x N ξβξξβξξζζζζζησ-20033.018 .0e 115/11/11'''1'2021110000=+==≤=>==> 。度与中和轴高度的比值：矩形应力图受压区高面近边的距离；力受压钢筋合力点至截筋合力点、纵向非预应：纵向非预应力受拉钢、积；非预应力钢筋的截面面：受拉区、受压区纵向、压强度设计值；：普通钢筋的抗拉、抗、：钢筋弹性模量；；高度，计算值时的相对界限受压区凝土同时达到强度设计：受拉钢筋和受压区混比值；轴心抗压强度设计值的力图的应力值与混凝土：受压区混凝土矩形应距离；力受拉钢筋的合力点的向普通受拉钢筋和预应：轴向压力作用点至纵设计值；：混凝土轴心抗压强度；时，取面曲率的影响系数，当：考虑构件长细比对截；时，取曲率的影响系数，当：考虑截面应变对截面：构件的截面面积；：截面的有效高度；：截面高度；：构件的计算长度；；轴向力偏心距增大系数：考虑二阶弯矩影响的：初始偏心距；：附加偏心距；；偏心距，：轴向力对界面重心的；时，在计算中应取度，当：混凝土受压区计算高：轴向力设计值；1'''120211100000033.018.0e 115/11/βξξζζζζζηs s s s y y s s y b b c i a a a A A f f E E f a f h l A h h l e e N M e e h x h x x N +==≤=>==>
偏心受压构件 本章节注意：偏心受压构件受压类型的判别 1），界限破坏时的界限相对受压区高度ξb ，当时ξ＜ξb 为大偏压，当时ξ>ξb 为小偏压。 2), 界限破坏时的偏心矩及相对界限偏心距 s y s b c b A f A f h b f N y -+=''01ξα ) 2 ()2()(5.0'''001s s y s s b b c b a h A f a h A f h h h b f M y -+-+-=ξξα 000h N M h e b b b = 当min ,0b i e e ≤时，按小偏心受压构件计算 当min ,0b i e e >时，按大偏心受压构件计算 3），特别地，对于对称配筋的矩形截面构件，则： s y s b c b A f A f h b f N y -+=''01ξα 当min ,0b i e e ≤或min ,0b i e e >且b N N >0γ时，为小偏心受压构件 当min ,0b i e e >且b N N ≤0γ时，为大偏心受压构件 最小相对界限偏心距min 0)/(h e ob 的值，见下表: 最小相对界限偏心距)/(h e 表3.4.1 s s s a a h a h h ===00 075.0/075.1/，， 1，矩形截面对称配筋计算 1），矩形截面对称配筋计算（针对HRB400、HPB300级钢筋） 计算步骤如下： 第一步：确定初始偏心距i e ，由《混规》式（6.2.17-4）求得 a a i e N M e e e +=+=0 )}(30,20max{mm h e a =[《混规》6.2.5条] 第二步：确定轴向力到纵向普通受拉钢筋合力的距离e ，由《混规》式（6.2.17-3）求得； s i a h e e -+=2 第三步：判别偏心受压类型，由y y f f ='，则：01h b f N b c b ξα=，查表3.4.1得min ,0b e ①当min ,0b i e e >且b N N ≤0γ时，为大偏心受压构件，则按《混规》式（6.2.17-1）求得x ； 01h b f N x b c ξα<= ②当min ,0b i e e ≤或min ,0b i e e >且b N N >0γ时，为小偏心受压构件，则按《混规》式（6.2.17-8）
小偏心受压短柱破坏试验 对于长细比较小的钢筋混凝土短柱，承受偏心压力后产生的纵向弯曲小，故一般可忽略不计。根据相对偏心距和纵向受拉钢筋配筋率可以将偏心受压短柱的破坏形态分为小偏心受压破坏和大偏心受压破坏两种类型。本次试验是钢筋混凝土短柱的小偏心受压试验。 1、试验准备 这是本次试件的配筋图。试件的截面尺寸为120mm×120mm，计算长度l0为900mm，长细比为l0/b = 7.5﹤8，为短柱；轴向力对截面轴心的偏心距e0为20mm，附加偏心距e a为20mm，初始偏心距e i = e0 + e a =40mm。运用《混凝土结构设计规范GB50010-2002》(以下简称规范)中的公式，得到受压区计算高度x =91mm﹥x b= 54.6mm，表明本次试验柱为小偏心受压短柱。柱子的受拉区和受压区均配置了2根直径为12mm的HRB335钢筋，箍筋采用直径为6mm的HPB235钢筋，其间距为100mm。为防止柱端发生剪切破坏，在柱端200mm范围内进行了箍筋加密，其间距为50mm。混凝土保护层厚度为15mm。实测混凝土立方体抗压强度f cu为32.59Mpa，根据规范推荐公式换算得到的混凝土轴心抗压强度f cs 为21.8 Mpa；实测HRB335钢筋的抗拉屈服强度f ys为353.8 Mpa，HPB235钢筋的抗拉屈服强度f ys1为265.3 Mpa。 本次试验采用正位试验方案,安装时对试验短柱进行力学对中和几何对中。 为了解偏心受压构件的截面平均应变是否符合平截面假定，在柱的中部沿截面高度等间距布置了五个电阻应变计。 2、试验破坏过程： 现在开始对柱顶施加荷载，短柱靠近轴向压力的一侧受压，另一侧受拉。当荷载增加到180kN时，首先在受拉区产生横向裂缝。随着荷载继续增加，当荷载达到285kN时，我们看到在受压区出现纵向裂缝，最后当荷载加到294kN时，受压区的混凝土应变达到极限压应变值，混凝土被压碎，同侧的受压钢筋的应力也达到抗压屈服强度，构件宣告破坏。此时，离轴向力较远一侧的钢筋没有达到屈服。破坏无明显预兆，压碎区段较长。 通过试验观察，本次小偏心受压短柱的破坏特点是：混凝土先被压碎，远侧钢筋的受拉应力约为140Mpa，未达到其屈服强度，属于脆性破坏类型。
大小偏心受压构件的判别 无论是截面设计还是截面复核，都必须先对构件进行大小偏心的判别。在截面设计时，由于s A 和' s A 未知，因而无法利用相对受压区高度ξ来进行判别。计算时，一般可以先用偏心距来进行判别。 取界限情况0h x b ξ=代入大偏心受压的计算公式（5—26），并取' a a =，可得界限破坏 时的轴力b N 和弯矩b M （b M 为对截面中心轴取矩）为： s y s y b c b A f A f h b f N -+=' ' 01ξα （5—37a ） ) )((5.0)(5.00' ' 001a h A f A f h h h b f M s y s y b b c b -++-=ξξα （5—37b ） 从而可得相对界限偏心距为： ' ' 010' ' 0010 0)() )((5.0)(5.0h A f A f h b f a h A f A f h h h b f h N M h e s y s y b c s y s y b b c b b b -+-++-= = ξαξξα （5—38） 分析上式知，当截面尺寸和材料强度给定时，界限相对偏心距00h e b 就取决于截面配筋s A 和' s A 。随着s A 和' s A 的减小，00h e b 也减小。故当s A 和' s A 分别取最小配筋率时，可 得00h e b 的最小值0 m in ,0h e b 。将s A 和' s A 按最小配筋率0.002代入，并近似取005.1h h =， 0' 05.0h a =，则可得到常用的各种混凝土强度等级和常用钢筋的相对界限偏心距的最小值0 m in ,0h e b 如表5—4所示。计算时近似取其平均值 m in ,0h e b =0.3。 表5—4 最小相对界限偏心距 m in ,0/h e b 在截面设计时，若03.0h e i <η，总是属于小偏心受压破坏，可以按小偏心受压进行设计；若03.0h e i ≥η，则可能属于大偏心受压破坏，也可能属于小偏心受压破坏，所以，可 先按大偏心受压进行设计，然后再判断其是否满足适用条件，如不满足，则应按小偏心受压重新设计。 例1 某钢筋混凝土偏心受压柱，截面尺寸mm h mm b 500,350==，计算长度m l 2.40=，内力设计值kN N 1200=，m kN M ?=250。混凝土采用C30，纵筋采用HRB400级钢筋。求钢筋截面面积s A 和' s A 。 解： （1） 判别大小偏心 取mm a a 40'==，mm h 460405000=-= mm N M e 20810120010 2503 6 0=??== mm h mm e a 67.16305003020==>=
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊《混凝土结构基本原理》试验课程作业 L ENGINEERING 短柱小偏心受压试验报告 试验名称×××××××××××××××××× 试验课教师×××××××××××××××××× 姓名×××××××××××××××××× 学号×××××××××××××××××× 手机号×××××××××××××××××× 理论课教师×××××××××××××××××× 日期2012年11月11日
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1. 试验目的 （1）参加并完成规定的实验项目内容，理解和掌握短柱小偏压实验的实验方法和实验结果，通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法； （2）写出实验报告。在此过程中，加深对混凝土配筋短柱小偏压性能的理解。 2. 试件设计 2.1 材料选取 混凝土强度等级：C20 钢筋屈服强度：380MPa 2.2 试件设计 （1）试件设计的依据 为减小“二阶效应”的影响，将试件设计为短柱，即控制 /5 l h≤。通过调整轴向力的作用 位置，即偏心距 e，使试件的破坏状态为大偏心或小偏心破坏。 （2）试件的主要参数见下表： 表1 小偏心受压柱试件主要参数 14
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 7 5 7 5 5 5 4 6 5 3 150 300 150 6φ14/6@50 150 1-12-2 图1 小偏心受压柱配筋图 （3）试件加载估算 采用《混凝土结构基本原理（第二版）》（顾祥林主编）介绍的偏心受压构件的承载力方法计算如下： 0s 0.5 e e h a =+- c1c0y s s s N f bh f A A αξσ '' =+- 2 c1c0y s0s (10.5)() N e f bh f A h a αξξ''' =-+- s y b 0.8 0.8 f ξ σ ξ - = - 代入试验测量数据有：=0.827 ξ，366.23 c N kN = 2.3 试件制作 1、检查试模尺寸及角度，在试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。 2、取样拌制的混凝土，至少用铁锨再来回拌合三次至均匀； 3、现场平板振动现浇混凝土，将拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。刮除试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀抹平； 4、将试件小心平稳移入温度20℃、±0.5℃的房间进行标准养护； 5、28天后，将试件小心脱模，待用，完成试件制作。 3. 材性试验 通过钢筋的静力拉伸试验来获得钢筋的屈服强度，通过标准混凝土试块的抗压试验来获得混凝土的强度，具体数据如下表：