混凝土结构基本性能试验指导书

混凝土结构基本原理

实 验 指 导 书

编制

三峡大学土木与建筑学院建工系

2012

目录

目录 ................................................................................................................................ i 1．实验目的 ................................................................................................................. 1 2．试验准备工作 ......................................................................................................... 1

2.1 制定试验计划 .................................................................................................................... 1 2.2 试件的检查 ........................................................................................................................ 1 2.3 仪器设备标定 .................................................................................................................... 1 2.4 材料试验 ............................................................................................................................ 2

2.4.1 混凝土抗压强度试验 ............................................................................................. 2 2.4.2 混凝土轴心抗压强度试验 ..................................................................................... 3 2.4.3 钢筋单调加载拉伸试验 ......................................................................................... 3

3．构件试验 ................................................................................................................. 4

3.1 梁受弯试验 ........................................................................................................................ 4

3.1.1 梁受弯性能概述 ..................................................................................................... 4 3.1.2 试验装置 ................................................................................................................. 5 3.1.3 加载方式 ................................................................................................................. 6 3.1.4 试件设计 ................................................................................................................. 7 3.1.5 量测内容 ................................................................................................................. 8 3.2 梁受剪试验 ........................................................................................................................ 9

3.2.1 梁受剪性能概述 ..................................................................................................... 9 3.2.3 加载方式 ............................................................................................................... 10 3.2.4 试件设计 ............................................................................................................... 11 3.2.5 量测内容 ............................................................................................................... 12

4．试验结果整理 ....................................................................................................... 12

4.1 数据处理方法 .................................................................................................................. 12 4.2 试验结果整理 .................................................................................................................. 13

4.2.1 试验原始资料的整理 ........................................................................................... 13 4.2.2 裂缝发展情况及破坏形态描述 ........................................................................... 13 4.2.3 荷载－挠度关系曲线 ........................................................................................... 14 4.2.4 沿构件截面高度混凝土平均应变分布 ............................................................... 15 4.2.5 弯矩－曲率关系曲线 ........................................................................................... 15 4.3 试验结果分析 .................................................................................................................. 16

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4.3.1 正截面承载力分析 ............................................................................................... 16 4.3.2 斜截面承载力分析 ............................................................................................... 16 4.3.3 构件的承载力分析 ............................................................................................... 16 4.3.4 使用性能分析 ....................................................................................................... 17

附录 ............................................................................................................................. 17

附录1 试验常用仪器设备介绍 ............................................................................................ 17 附录2 仪器设备的主要技术性能指标 ................................................................................ 17 附录3 安全防护措施 ............................................................................................................ 18

参考文献 ..................................................................................................................... 18

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1．实验目的

本实验教学是所有学习专业基础课《混凝土结构基本原理》学生的同时必修课。本课程教学目的是使学生通过试验研究认识混凝土结构构件的破坏全过程，掌握测试混凝土受弯基本性能的试验方法。包括：

（1）参加并完成规定的实验项目内容，理解和掌握钢筋混凝土构件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，加深对混凝土结构基本构件受力性能的理解。

2．试验准备工作

2.1 制定试验计划

结构构件试验前应制定试验计划。试验计划宜包括下列内容：（1）概述；（2）试验目的和要求；（3）试件设计和制作；（4）试验对象的考察和检查；（5）试验构件的安装就位和试验装置；（6）试验荷载、加载方法和加载设备；（7）试验测量内容、方法和测点仪表布置图；（8）辅助试验的内容；（9）安全与防护措施；（10）试验进度计划；（11）试验的组织；（12）试验资料整理和数据分析的要求。

2.2 试件的检查

试验前宜将试件表面刷白，并分格画线，分格大小可按构件尺寸确定。在刷白前，对试件进行检查的内容包括：

（1）收集试件的原始设计资料、设计图纸和计算书；施工和制作记录；原材料的物理力学性能试验报告等文件资料。

（2）对结构构件的跨度、截面、钢筋的位置、保护层厚度等实际尺寸及初始挠曲、变形、原始裂缝等作出书面记录，绘制详图。对钢筋位置、实际规格、尺寸和保护层厚度也可在试验结束后进行量测。

2.3 仪器设备标定

为了确定仪器设备的灵敏度和精确度、确定试验数据的误差，应该在试验前或试验后对仪器设备进行标定。仪器标定可按两种情况进行，一是对仪器进行单件标定，二是对仪器系

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统进行系统标定。单件标定可以确定某一件仪器的灵敏度和精确度，系统标定可以确定某些仪器组成的系统的灵敏度和精确度[4]。

2.4 材料试验

2.4.1 混凝土抗压强度试验

国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准确定；立方体抗压强度标准值系指标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度值。因此立方体抗压强度标准值是《混凝土结构设计规范》中混凝土各种力学指标的基本代表值，根据混凝土强度等级，可以查阅《混凝土结构设计规范》的有关表格，以确定混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度标准值和设计值以及混凝土的弹性模量等。

国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081-2002）规定：以边长为150mm的立方体为标准试件，将标准立方体试件在温度为20±2℃，湿度为95％以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为N/mm2（MPa）。

混凝土立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行：

（1）试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净； （2）将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡；

（3）在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级（4）当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载。

混凝土立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行：

（1）混凝土立方体抗压强度应按下式计算：

Ffcc= (2-1)

A式中，fcc为混凝土立方体试件抗压强度（MPa）；F为试件破坏荷载（N）；A为试件承压面积（mm2）。

（2）强度值的确定应符合下列规定：

①以三个试件为一组，每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取样；

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②三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值（计算应精确至0.1MPa）； ③三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15％时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；

④如最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15％，则该组试件的试验结果无效。

⑤混凝土强度等级2.4.2 混凝土轴心抗压强度试验

国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定：边长为150mm×150mm×300mm的棱柱体试件是轴心抗压强度和静力受压弹性模量试验的标准试件。轴心抗压强度和抗压强度的试验方法相同。而对于非标准试件的数据处理有如下规定：混凝土强度等级2.4.3 钢筋单调加载拉伸试验

（1）试件尺寸

钢筋试样采用不经切削加工原截面钢筋。根据各类钢筋标准所规定的伸长率标准和试验机上、下夹头的最小距离，夹头高度等因素决定其试件长度，基本长度LL02h，其中L0为5 d0（d0为钢筋直径）；h为夹头长度，通常取100mm左右。对于圆形截面钢筋的直径应在标距L0的两端和中间测量，应在每处的两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值，选用三处中的最小直径计算横截面面积。对于热轧带肋钢筋，按其公称直径计算横截面面积。

（2）试验条件

钢筋试样在弹性范围内，试验机的加载速率应在3～30MPa/s范围内，并保持试验机控制器固定于这一速率位置上，直至获得屈服点和上屈服点；测定下屈服点时，应变速率在0.00025~0.0025/s范围内，并保持恒定。屈服段过后，试验机两夹头在力作用下的分离速率不超过0.5Lc/min（Lc为两夹头的钢筋试样净长）。

【说明：试验准备工作由试验室老师和课程指导教师完成，并将相关结果告知同学。】

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3．构件试验

3.1 梁受弯试验

3.1.1 梁受弯性能概述

根据梁正截面受弯破坏过程及破坏形态，可将梁分为适筋梁、超筋梁和少筋梁三种类型。下面以纯弯段内只配置纵向受拉钢筋的截面为例，说明这三种破坏模式。

（1）适筋梁的受弯破坏过程

当梁中纵向受力钢筋的配筋率适中时，梁正截面受弯破坏过程表现为典型的三个阶段。第一阶段——弹性阶段（I阶段）：当荷载较小时，混凝土梁如同两种弹性材料组成的组合梁，梁截面的应力呈线性分布，卸载后几乎无残余变形。当梁受拉区混凝土的最大拉应力达到混凝土的抗拉强度，且最大的混凝土拉应变超过混凝土的极限受拉应变时，在纯弯段某一薄弱截面出现首条垂直裂缝。梁开裂标志着第一阶段的结束。此时，梁纯弯段截面承担的弯矩Mcr称为开裂弯矩。第二阶段——带裂缝工作阶段（II阶段）：梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力激增，且通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝。压区混凝土中压应力也由线性分布转化为非线性分布。当受拉钢筋屈服时标志着第二阶段的结束。此时梁纯弯段截面承担的弯矩My称为屈服弯矩。第三阶段——破坏阶段（III阶段）：钢筋屈服后，在很小的荷载增量下，梁会产生很大的变形。裂缝的高度和宽度进一步发展，中和轴不断上移，压区混凝土应力分布曲线渐趋丰满。当受压区混凝土的最大压应 变达到混凝土的极限压应变时，压区混凝土压碎，梁正截面受弯破坏。此时，梁承担的弯矩Mu称为极限弯矩。适筋梁的破坏始于纵筋屈服，终于混凝土压碎。整个过程要经历相当大的变形，破坏前有明显的预兆。这种破坏称为适筋破坏，属于延性破坏。

（2）超筋梁的受弯破坏过程

当梁中纵筋配筋率很大时，梁正截面受弯破坏只经历上述的I、II两个阶段。当荷载较小时，梁处于线弹性破坏状态，梁截面的应力呈线性分布，卸载后几乎无残余变形。当梁受拉区混凝土的拉应力达到混凝土的抗拉强度，且最大的混凝土拉应变达到混凝土极限受拉应变时，梁开裂。随着荷载的增加，裂缝不断增加。但是，由于钢筋很多，钢筋中的应力增加不显著，裂缝多而且密。当受压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限受压应变时，压区混凝土压碎，梁正截面受弯破坏。此时，纵筋尚未屈服。超筋梁中虽然出现大量的裂缝，但是裂缝宽度较小，梁的变形较小，破坏具有突然性。这种破坏称为超筋破坏，属于脆性破坏。

（3）少筋梁的受弯破坏过程

当梁中纵向钢筋的配筋很小时，梁正截面的破坏仅经历上述的I阶段（即弹性阶段）。当荷载较小时，梁处于线弹性状态。梁开裂后裂缝截面受压区混凝土承受的拉力全部传给钢

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筋。由于配筋率很小，钢筋无法承受混凝土转嫁来的拉力，钢筋应力激增，并迅速越过屈服平台和强化段达到极限强度而拉断，受拉裂缝发展至梁顶，梁由于脆性断裂而破坏，混凝土的抗压强度未得到充分发挥。少筋梁钢筋拉断后，梁断为两截，破坏前梁上无裂缝，梁仅产生了弹性变形，这种破坏称为少筋破坏，它是突发性的脆性破坏，具有很大的危险性。

3.1.2 试验装置

图3.1.1为本课程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，在跨中形成纯弯段，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，取L=1200mm，a=85mm，b=350mm，c=330 mm。

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3.1.1 梁受弯试验装置图

（a）加载简图（kN，mm）

（b）弯矩图（kNm）

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（c）剪力图（kN）

图3.1.2 梁受弯试验加载和内力简图

3.1.3 加载方式

（1）单调分级加载机制

试件的加载简图和相应的弯矩、剪力图见3.1.1和3.1.2所示。梁受弯试验采用单调分级加载，每次加载时间间隔为15分钟。在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前2级。

对于适筋梁，①在加载到开裂试验荷载计算值的90％以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20％；②达到开裂试验荷载计算值的90％以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5％；③当试件开裂后，每级荷载值取10％的承载力试验荷载计算值（Pu）的级距；④当加载达到纵向受拉钢筋屈服后，按跨中位移控制加载，加载的级距为钢筋屈服工况对应的跨中位移y；⑤加载到临近破坏前，拆除所有仪表，然后加载至破坏。

（2）开裂荷载实测值确定方法

对于正截面出现裂缝的试验构件，可采用下列方法确定开裂荷载实测值：

①放大镜观察法 用放大倍率不低于四倍的放大镜观察裂缝的出现；当加载过程中第一次出现裂缝时，应取前一级荷载作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间内第一次出现裂缝时，应取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为开裂荷载实测值；当在规定的荷载持续时间结束后第一次出现裂缝时，应取本次荷载值作为开裂荷载实测值。

②荷载－挠度曲线判别法 测定试件的最大挠度，取其荷载－挠度曲线上斜率首次发生突变时的荷载值作为开裂荷载的实测值；

③连续布置应变计法 在截面受拉区最外层表面，沿受力主筋方向在拉应力最大区段的全长范围内连续搭接布置应变计监测应变值的发展，取任一应变计的应变增量有突变时的荷载值作为开裂荷载实测值。

（3）承载力极限状态确定方法

对梁试件进行受弯承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载：

①对有明显物理流限的热轧钢筋，其受拉主筋的受拉应变达到0.01； ②受拉主钢筋拉断；

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③受拉主钢筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm； ④挠度达到跨度的1/30； ⑤受压区混凝土压坏。

3.1.4 试件设计

（1）试件设计的依据[7]

根据梁正截面受压区相对高度和界限受压区相对高度b的比较可以判断出受弯构件的类型：当b时，为适筋梁；当b时，为超筋梁。界限受压区相对高度b可按下式计算：

b10.8fy0.0033Es (3-1)

其中在进行受弯试件梁设计时，fy、Es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，fy、Es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。

对于少筋梁，设计试件配筋时，需要控制梁受拉钢筋配筋率不大于适筋构件的最小配筋率min，其中min可按下式计算。

fmin0.45t (3-2)

fy（2）试件的主要参数

（注：如无特别说明，以下为建筑工程系建筑结构试验室试件参数。） ①试件尺寸（矩形截面）：b×h×l＝100×200×1200mm； ②混凝土强度等级：C25； ③纵向受拉钢筋的种类：HRB335； ④箍筋的种类：HPB300；

⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度：20mm； ⑥试件的配筋情况见图3.1.3和表3.1.1；

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图3.1.3 梁受弯试验试件配筋 表3.1.1 梁受弯试件的配筋

试件 试件特征 编号 ZL 适筋梁 ① 214 配筋情况 ② 28 ③ Pcr 13.6 预估荷载P (kN) Py 83.2 Pu 92.4 8@100 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。

（3）试件加载估算

①开裂弯矩估算

Mcr0.292(12.5A)ftbh2 (3-3)

E2A其中AEs，Es。

Ecbh②屈服弯矩估算

作为估算，可以假定钢筋屈服时，压区混凝土的应力为线性分布，因此有：

MyfyAs(h0xn/3)0.9Mu (3-4) ③极限弯矩估算 对于适筋梁：对于超筋梁：fyAs1fcbh0，Mu1fcbh02(10.5) (3-5) 0.8fyAs1fcbh0(0.8b)fyAs，sfy0.8，

b0.8Mu1fcbh02(10.5)sAsh0(10.5) (3-6)

对于少筋梁：MuMcr (3-7) 3.1.5 量测内容

（1）混凝土平均应变

在梁跨中一侧面布置3个应变片，应变片间距50mm，以量测梁侧表面混凝土沿截面高度的平均应变分布规律。上下表面也各布置一个，测点布置见图3.1.4。

图3.1.4 梁受弯试验混凝土平均应变测点布置

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（2）挠度

对受弯构件的挠度测点应布置在构件跨中或挠度最大的部位截面的中轴线上，如图3.1.5所示。在试验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。试验时在每级荷载下，应在规定的荷载持续试件结束时量测构件的变形。结构构件各部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一致，各测点间读数时间间隔不宜过长。

图3.1.5 梁受弯试验挠度测点布置

（4）裂缝

试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm的网格。试验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。构件开裂后立即对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu~0.7Pu)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍摄后手工绘制裂缝展开图，裂缝宽度的测量位置为构件的侧面相应于受拉主筋高度处。最大裂缝宽度应在使用状态短期试验荷载值持续15min结束时进行量测。

3.2 梁受剪试验

3.2.1 梁受剪性能概述

混凝土梁在一般情况下的破坏形式有两类：正截面破坏和斜截面破坏。前者是由与构件纵向轴线相垂直截面上的正应力引起的；后者则是由构件中与构件轴线成一定角度的主拉应力引起的。一般情况下，这两种应力均存在，究竟构件会发生哪种形式的破坏，取决于两种应力之中的哪一种先达到其相应的强度。梁斜截面破坏包括斜截面受剪破坏和斜截面受弯破坏。斜截面受剪破坏又可分为剪压、斜压和斜拉三种破坏模式。

（1）剪压破坏

当剪跨比13，且配箍量适中时多发生剪压破坏。试件的受力过程可按裂缝出现前

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后划分为两个阶段。第I阶段，当荷载很小时，梁上无裂缝发生，纵筋和箍筋的应力都很小。随着荷载的增加，先在纯弯区段出现垂直裂缝，随后在弯剪共同作用的区段出现斜裂缝。在几条斜裂缝中形成一条主斜裂缝后，梁的受力过程进入第II阶段。此时因开裂混凝土退出工作，与斜裂缝相交的箍筋的应力急剧增加，出现明显的应力重分布现象，这在荷载－箍筋应力曲线上表现为明显的转折。随着荷载的增加，箍筋应力继续迅速增长，斜裂缝不断扩展并向加载点（通常是加载板的外侧）延伸，使斜裂缝上端接近加载点处的混凝土剪压区的截面面积不断减小。当箍筋达到其屈服强度时，随着上述剪压区混凝土被剪压破坏，第II阶段的受力过程结束。这种破坏称为剪压破坏。

（2）斜压破坏

当剪跨比1时，或虽剪跨比适中但配置的箍筋数量过多时，支座与集中荷载加载点之间的混凝土犹如一个斜压短柱。斜裂缝起始于梁的腹部，并向集中荷载点和支座扩展。随着荷载的增加，斜裂缝增多，最后在梁腹部发生类似短柱的破坏，这种破坏称为斜压破坏。斜压破坏梁中的箍筋一般未屈服。

（3）斜拉破坏

当剪跨比 ，且配箍率很小时，斜裂缝一出现即迅速延伸到集中荷载作用点处，使梁斜向被拉断成两部分而破坏，称为斜拉破坏。一般情况下，试验梁先出现受弯裂缝后出现受剪裂缝，且受剪破坏为脆性破坏，无明显预兆梁斜向被拉断，无剪压区混凝土压碎现象。梁的抗剪能力取决于混凝土抗拉强度，其承载力明显低于剪压破坏的梁。

3.2.2 试验装置

梁受剪性能试验的试验装置和梁受弯性能试验的相同，见图3.1.1。 3.2.3 加载方式

（1）单调分级加载机制

与梁受弯试验一样，梁受剪试验也采用单调分级加载。在正式加载前，为检查仪器仪表读数是否正常，需要预加载，预加载所用的荷载是分级荷载的前1级。正式加载的分级情况为：①在最大斜裂缝宽度发展至0.6mm以前，根据预计的受

剪破坏荷载分级进行加载，每级荷载约为破坏荷载的20％，每次加载时间间隔为15分钟；②当最大斜裂缝宽度发展至0.6mm以后，拆除所有仪表，然后加载至破坏，并记录破坏时的极限荷载。

（2）承载力极限状态确定方法

对梁试件进行受剪承载力试验时，在加载或持载过程中出现下列标记即可认为该结构构件已经达到或超过承载力极限状态，即可停止加载：

①斜裂缝端部受压区混凝土剪压破坏； ②沿斜截面混凝土斜向受压破坏； ③沿斜截面撕裂形成斜拉破坏；

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④钢筋与斜裂缝交会处的斜裂缝宽度达到1.5mm；

3.2.4 试件设计

（1）试件设计的依据

根据剪跨比和弯剪区箍筋配筋量的调整，可将试件设计为剪压、斜压和斜拉破坏。进行试件设计时，应保证梁受弯极限荷载的预估值比剪极限荷载预估值大。

（2）试件的主要参数

①试件尺寸（矩形截面）：b×h×l＝100×200×1200mm； ②混凝土强度等级：C25； ③纵向受拉钢筋的种类：HRB335； ④箍筋的种类：HPB300；

⑤纵向钢筋混凝土保护层厚度：20mm； ⑥试件的配筋情况见表3.2.1和图3.2.2；

表3.2.1 梁受剪试件的配筋

试件 试件特征 编号 XL 剪压破坏 ① 配筋情况 ② 216 ③ 28 加载位置 b（mm） 350 6@200

(c)斜拉破坏试件 图3.2.1 梁受剪试件配筋

（3）试件加载估算

试件受弯极限荷载按照上述的梁受弯承载力计算，其中材料强度采用试验值。对于梁受剪承

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载力可参照规范GB50010－2010的有关公式计算，其中材料强度采用标准值，即：

AVu1.75ftbh0fysvh0 (3-9)

sPuQ2Vu (3-10)

其中，当1.5时，取1.5，当3时，取3。

3.2.5 量测内容

（1）混凝土平均应变 测点的布置及方法见图3.1.4 （2）挠度

梁受剪试验试件的挠度布置同梁受弯试验试件，见图3.1.5。 （3）裂缝

试验前将梁两侧面用石灰浆刷白，并绘制50mm×50mm的网格。试验时借助放大镜用肉眼查找裂缝。构件开裂后立即对裂缝的发生发展情况进行详细观测，用读数放大镜及钢直尺等工具量测各级荷载(0.4Pu~0.7Pu)作用下的裂缝宽度、长度及裂缝间距，并采用数码相机拍摄后手工绘制裂缝展开图，对于垂直裂缝的宽度应在结构构件的侧面相应于受拉主筋高度处量测；斜裂缝的宽度应在斜裂缝与箍筋交汇处量测。

4．试验结果整理

4.1 数据处理方法

规程GB50152-2012规定：

（1）对试验结果应进行误差分析。试验数据的末位数字所代表的计量单位应与所用仪表的最小分度值相一致。对单次量测的直接量测结果的误差，可取所用量测仪表的精度作为基本的试验误差；对于间接量测结果的误差，应按误差传递法则进行间接量测值的误差分析。

（2）对有一定数量的同一类结构构件的直接量测试验结果，其统计特征值应按下列公式计算：

平均值

1nmxxi (4-1)

ni1标准差

ns(xm)ixi12n1 (4-2)

变异系数（以百分率计）

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s100% (4-3) mx式中 xi——各个试验结构构件的实测值； n——试验结构构件的数量。

（3）对试验结果作回归分析时，宜采用最小二乘法拟合试验曲线，求出经验公式，并应进行相关分析和方差分析，确定经验公式的误差范围。

4.2 试验结果整理

4.2.1 试验原始资料的整理

试验原始资料应包括下列内容： （1）试验对象的考察与检查； （2）材料的力学性能试验结果；

（3）试验计划与方案及实施过程中的一切变动情况记录； （4）测读数据记录及裂缝图； （5）描述试验异常情况的记录； （6）破坏形态的说明及图例照片；

另外，对测读数据应进行必要的运算、换算，统一计量单位，并应严格核对。试验构件控制部位上安装的关键性仪表的测读数据，在试验进行过程中应及时整理、校核。

4.2.2 裂缝发展情况及破坏形态描述

裂缝试验资料可根据试验目的按下列要求进行整理[2]：

（1）各级试验荷载下的最大裂缝宽度和最大裂缝所在位置，并说明裂缝的种类； （2）绘制各级试验荷载作用下的裂缝发生、发展的展开图；

（3）统计出各级试验荷载作用下的裂缝宽度平均值、裂缝间距平均值。 【例】图4.2.1和4.2.2分别为某试验梁的裂缝图和最终的裂缝照片。

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图4.2.1 某试验梁裂缝示意图

图4.2.2 某试验梁裂缝照片

4.2.3 荷载－挠度关系曲线

确定简支梁构件在各级荷载作用下的短期挠度实测值，考虑支座沉降、自重、加载设备自重及加载方式的影响，可按下式计算[2]：

0cfs,0ifq,ifg (4-3)

1c00fq,(f1,ifr,ci) (4-4) ifm,i2Mg0fgcfb (4-5)

Mb式中

； fs,0i——经修正后的第i级试验荷载作用下的构件跨中短期挠度实测值（mm）

0； fq,i——消除支座沉降后的第i级试验荷载作用下的构件跨中短期挠度实测值（mm）

； fgc——梁构件自重和加载设备重力产生的跨中挠度值（mm）

0

（mm）； fm,i——第i级外加试验荷载作用下构件跨中位移实测值（包括支座沉降）

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； f1,ci、fr,ci——第i级外加试验荷载作用下构件左、右端支座沉降位移实测值（mm）； Mg——构件自重和加载设备重力产生的跨中弯矩值（kNm）

Mb——从外加试验荷载开始至构件出现裂缝的前一级荷载为止的加载值产生的跨中

弯矩值（kNm）；

fb0——从外加试验荷载开始至构件出现裂缝的前一级荷载为止的加载值产生的跨中挠

度实测值（mm）。

【例】图4.2.3为某试验梁跨中荷载－挠度关系曲线，分别为实际挠度与理论挠度对比。

120100荷载/kN 806040200-1012实际挠度理论挠度 3456跨中挠度/mm 跨中实际与理论挠度的对比 图4.2.3 某正截面破坏试验梁荷载-挠度关系曲线

4.2.4 沿构件截面高度混凝土平均应变分布

变形之前的平面变形后仍保持为平面的假定称为平截面假定。过往试验表明，钢筋混凝土受弯和偏心受压构件开裂前满足平截面假定；开裂后，尽管开裂截面一分为二，但从平均应变的意义，平截面假定仍能成立。根据梁侧混凝土应变试验数据，一方面，可以验证平截面假定；另一方面，可以分析得到跨中“弯矩－平均曲率”关系曲线，从而可以分析构件的受弯刚度。

4.2.5 弯矩－曲率关系曲线

根据实测混凝土应变，跨中截面平均曲率ij可按下式计算：

ijijhij (4-6)

式中，若定义挠度以向下为正，则j、i分别为截面侧面上、下两点的实测混凝土平均应

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变（以拉应变为正），hij为该两点沿梁截面高度方向的实测距离。

而根据弯矩M、曲率和短期刚度Bs存在以下关系：

BsM (4-7)

因此，根据跨中弯矩和平均曲率，可以确定构件在使用阶段的短期刚度。

【例】图4.2.4为某试验梁梁侧各级荷载下各测点混凝土平均应变和荷载的关系曲线。

测点/mm1503KN5KN8KN11KN13KN15KN18kN16KN23KN38KN48KN58KN68KN78KN88KN98KN103KN108KN113KN118KN100500-2500-2000-1500-1000-500-5005001000150020002500-100-150各级荷载下的各测点处的应变关系ε/με

图4.2.4 某试验梁跨中荷载P-c关系曲线

4.3 试验结果分析

4.3.1 正截面承载力分析

根据试件尺寸、材料强度、纵向钢筋的实际配筋情况（如保护层）以及实际加载方式等参数，参照相关规范及资料的有关公式对梁受弯试验、梁受剪试验的试件的正截面承载力进行计算，对计算值和试验值进行比较，并分析二者差异的原因。

4.3.2 斜截面承载力分析

根据试件尺寸、材料强度、纵向钢筋的实际配筋情况（如保护层）以及实际加载方式等参数，参照相关规范及资料的有关公式对梁受弯试验和梁受剪试验试件的斜截面承载力进行计算，对计算值和试验值进行比较，并分析二者差异的原因。

4.3.3 构件的承载力分析

混凝土梁可能发生正截面破坏和斜截面破坏，如果不发生其它形式的破坏，梁的承载

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力可取梁正截面承载力和斜截面承载力两者的小值。通过计算值和试验值的比较分析，可进一步加深对此问题的认识。 4.3.4 使用性能分析

根据试件尺寸、材料强度、纵向钢筋的实际配筋情况（如保护层）以及实际加载方式等参数，参照相关规范及资料的有关公式对梁受弯试验和梁受剪试验试件的裂缝（包括裂缝平均间距和裂缝宽度）以及跨中挠度（或刚度）进行计算，对计算值和试验值进行比较，并分析二者差异的原因。

附录

附录1 试验常用仪器设备介绍

常用的仪器设备有：

（1）电阻应变计：电阻应变计是用来测量试件的应变。电阻应变计的工作原理是利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”，即这种金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。

（2）力传感器和压力传感器：使用时一般串接在液压加载器与构件之间，可用于测量构件受荷载及支座反力等。

（3）液压传感器：使用时一般并接在油泵与液压加载器组成的油路中，可测量该油路的压力，根据所测压力大小即可以测量液压加载器对构件的作用力。

（4）线位移传感器：线位移传感器可用来测量结构的位移，包括结构的反应和对结构的作用、支座位移，它测到的位移是某一点相对另一点的位移、即测点相对于位移传感器支架固定点的位移。常用的位移传感器有机械式百分表、电子百分表、滑阻式传感器和差动电感式传感器等。

（5）读数显微镜：读数显微镜是由光学透镜和游标刻度组成。通常用来观测混凝土构件的裂缝宽度。

（6）电阻应变仪：电阻应变仪工作原理是当电阻应变计发生应变时，其电阻值发生变化，从而使得由电阻应变仪中的标准电阻和电阻应变计共同组成的惠斯顿电桥失去平衡，通过直接测量电桥失去平衡后的输出电压，可换算得到应变值。其接线方式有：全桥、半桥和1/4桥。

附录2 仪器设备的主要技术性能指标

常用的仪器设备的主要技术性能指标有：

（1）刻度值（最小分度值）：仪器的指示或显示装置所能指示的最小测量值，即是每

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一最小刻度所表示被测量的数值。

（2）量程：仪器可以测量的最大范围。

（3）灵敏度：被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化的反应能力。

（4）分辨率：仪器测量被测物理量最小变化值的能力。

（5）线形度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度，可用校准曲线与拟合直线的最大偏差作为评定指标，并用最大偏差和满量程输出的百分比来表示。

（6）稳定性：被测物理量数值不变，仪器在规定的时间内保持示值一致的能力。 （7）重复性：在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。

附录3 安全防护措施

规程GB50152-2012规定：

（1）在试验准备工作中有关试验结构、加载设备、荷载架等的吊装，电气设备、电气线路等的安装以及试验后拆除构件和试验装置的操作均应符合有关建筑安装工程的安全技术规程。试验使用的设备应有操作规定，并应严格遵守。

（2）在试验过程中应注意人身和仪表的安全。试验地区宜设置明显标志。当荷载达到承载力试验荷载计算值的85％时，宜拆除可能损坏的仪表。对于需要保护下来量测结构破坏阶段的结构反应的仪表，应采取有效的保护措施。

（3）试验时应防止试验结构构件和设备的倒塌，并应设置安全托架或支墩。安全托架或支墩和试验结构构件宜保持尽可能小的距离，但不应妨碍试验结构构件的变形。试验用的千斤顶、分配梁和仪表等应吊在支架上。

（4）对可能发生突然破坏的试验结构构件进行试验时应采取特别防护措施以防止物体飞出危及人身、仪表和设备的安全。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准．混凝土结构设计规范（GB50010-2010），中国建筑工业出版社，2010． [2]中华人民共和国国家标准．混凝土结构试验方法标准（GB50152-2012），中国建筑工业出版社，2012． [3]中华人民共和国国家标准．普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T 50081-2002），中国建筑工业出版社，2003．

[4]姚振纲，刘祖华．建筑结构试验．同济大学出版社，1996．

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[5]沈在康．混凝土结构试验方法新标准应用讲评．中国建筑工业出版社，1994． [6]潘景龙．混凝土结构性能评定和检测．黑龙江科学技术出版社，1997． [7]顾祥林．混凝土结构基本原理(第二版）．同济大学出版社，2011.

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