土木工程中柱偏心受压试验

一．试验资料

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。

1.3、试件设计

1.3.1 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），取偏心距e0：100mm

 

图1.3大偏心受压柱配筋图

⑦1.4、加载装置和量测内容

1.4.1 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

1.4.2 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

1.4.3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。

 

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裂缝。

1.5、实际实验数据

荷载	纵向钢筋应变
2_1	34_1	34_2	34_3	34_4	34_5	34_6	34_7	34_8
0.661	-12	-5	-1	3	-4	-14	-5	0
9.992	-50	-117	20	116	-100	-128	126	84
19.984	-162	-229	226	349	-229	-274	351	272
30.224	-280	-348	486	634	-363	-442	623	515
40.216	-372	-466	721	913	-496	-615	904	842
50.043	-478	-625	962	1191	-661	-832	1190	1126
59.705	-653	-825	1256	1521	-871	-1143	1522	1467
69.862	-810	-1008	1511	1825	-1056	-1403	1832	1773
79.854	-1100	-1329	1905	2346	-1376	-1866	2348	2205
93.976	-1485	-1741	2586	4928	-1819	-2411	4074	5128
93.232	-1544	-1811	2793	6257	-1879	-2494	5723	6022
92.737	-1560	-1815	2843	7114	-1883	-2502	6547	6402
92.076	-1585	-1841	2899	8132	-1909	-2525	8076	6913

 

 

 

二、裂缝发展情况及破坏形态

 

三、荷载与挠度、曲率、纵筋应变关系曲线

3.1、各类数据处理

荷载	挠度	曲率	纵筋应变
0.661	0.023	2.431E-07	-5	3

9.992	0.1145	1.210E-06	-117	116
19.984	0.3805	4.022E-06	-229	349
30.224	0.7495	7.922E-06	-348	634
40.216	1.138	1.203E-05	-466	913
50.043	1.555	1.644E-05	-625	1191
59.705	2.178	2.302E-05	-825	1521
69.862	2.6335	2.783E-05	-1008	1825
79.854	3.501	3.700E-05	-1329	2346
93.976	4.8755	5.152E-05	-1741	4928
93.232	4.9685	5.251E-05	-1811	6257
92.737	5.083	5.372E-05	-1815	7114
92.076	5.4015	5.708E-05	-1841	8132
80.928	7.4445	7.866E-05	-1851	10437
75.643	9.1645	9.682E-05	-1811	10382

  

 

 

3.2、荷载-挠度关系曲线

 

3.3、荷载-曲率关系曲线

 

3.4、荷载-纵筋应变关系曲线

 

3.5、构件承载力分析

不妨令：，，，

从而有：

按照《混凝土结构设计规范》给定的材料强度标准值及上述的计算公式，对于本次试验试件的极限承载力的预估值为： kN。

3.6、构件正截面承载力分析

 

实测值为94kN，比预估值大46.9%，可能原因如下：

①试验时混凝土养护时间已经超过要求的标准的28d，强度有所提高；

②计算时所采用的安全系数等等都为该构件的承载力提供了一定的安全储备，导致实际的抗压强度高于计算的抗压强度；

③混凝土计算公式本身的不确定性以及材料性质的不确定性导致。

 

4结论

当荷载较小时，构件处于弹性阶段，构件中部的水平挠度随荷载线性增长。随着荷载的不断增大，受拉区的混凝土首先出现横向裂缝而退出工作，远离轴向力一侧钢筋的应力及应变增速加快；接着受拉区的裂缝不断增多，并向压区延伸，受压区高度逐渐减小，受压区混凝土应力增大。当远离轴向力一侧的钢筋达到屈服时，截面处形成一主裂缝。当受压一侧的混凝土达到抗压极限时，受压区较薄弱的地方出现纵向裂缝，混凝土被压碎而使构件破坏。此时，靠近轴向力一侧的钢筋也达到抗压屈服强度。