实验3：钢筋混凝土适筋梁的斜截面受剪性能实验

1. 通过实验初步掌握钢筋混凝土梁斜截面受剪试验的试验方法和操作程序。
    2. 通过实验了解钢筋混凝土梁受剪破坏的全过程。
    3. 通过实验加深对钢筋混凝土梁斜截面受力特点、变形性能和斜裂缝开展规律的理解。
    4. 通过实验了解正常使用极限状态和承载能力极限状态下梁的受剪性能。

一、试验目的
    1. 通过试验初步掌握钢筋混凝土梁斜截面受剪试验的试验方法和操作程序。
    2. 通过试验了解钢筋混凝土梁受剪破坏的全过程。
    3. 通过试验加深对钢筋混凝土梁斜截面受力特点、变形性能和斜裂缝开展规律的理解。
    4. 通过试验了解正常使用极限状态和承载能力极限状态下梁的受剪性能。
    二、试验仪器及设备
    1. TS3860 静态电阻应变仪         2. 力传感器
    3. 百分表或电子百分表            4. 手持式引伸仪（标距250px）
    5. 高压油泵全套设备              6. 千斤顶（P_max＝10T，自重0.3kN/只，已悬挂）
    7. 工字钢分配梁（自重0.1kN/根）  8. 裂缝观察镜和裂缝宽度量测卡或裂缝观测仪
    三、试验方案
    （一）试验梁的设计

图4.5受剪试验梁的设计

    （二）试验梁的材料
    1. 受剪箍筋③号筋采用Φ4 的8＃铅丝箍，试验前预留三根长500mm 的8＃铅丝，用作测
试其应力应变关系。
    2. 混凝土按C20 配合比制作，在浇筑混凝土时，同时浇筑三个150mm×150mm×150mm的立方体试块，用作测定混凝土的强度等级。
    （三）试验梁的加载及仪表布置
    1. 试验梁支承于台座上，通过千斤顶和分配梁施加两点荷载，由力传感器读取荷载读数。
    2. 在梁支座和跨中各布置一个百分表。
    3. 在弯剪段梁侧面布置两排斜向应变引伸仪测点。
    4. 在跨中梁上表面布置一只应变片。
    5. 在弯剪段箍筋上各布置一只应变片。

图4.6加载及仪表布置

   四、试验量测数据内容
    1. 各级荷载下支座沉陷与跨中的位移。
    2. 各级荷载下箍筋的应变和混凝土受压边缘的压应变。
    3. 各级荷载下梁弯剪段斜截面混凝土应变。
    4. 记录、观察梁的开裂荷载和开裂后各级荷载下裂缝的发展情况（包括裂缝分布和最大裂缝宽度Ｗ_max）。
    5. 记录梁的破坏荷载、极限荷载和混凝土极限压应变。
    五、试验步骤
    （一）试验准备
    1. 试件的制作。（限于时间这部分由教师完成）
    2. 混凝土和钢筋力学性能试验（参见第4.1 节）。
    3. 试件两侧用稀石灰刷白试件，用铅笔画40mm×100mm 的方格线（以便观测裂缝），粘贴应变引伸仪测点（参见第4.2 节）。
    4. 根据试验梁的截面尺寸、配筋数量和材料强度标准值计算试验梁的承载力、正常使用荷载和开裂荷载。
    （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梁，布置安装试验仪表。
    2. 对试验梁进行预加载，利用力传感器进行控制，加荷值可取开裂荷载的50％，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. 按估算极限荷载的10％左右对试验梁分级加载（第一级应考虑梁自重和分配梁），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，认真观察试验梁上是否出现裂缝，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. 当达到试验梁开裂荷载的90％时，改为按估算极限荷载的5％进行加载，直至试验梁上出现第一条裂缝，在试验梁表面对裂缝的走向和宽度进行标记，记录开裂荷载。
    6. 开裂后按原加载分级进行加载，相邻两次加载的时间间隔为3～5 分钟，在每级加载后的间歇时间内，认真观察试验梁上原有裂缝的开展和新裂缝的出现等情况并进行标记，记录电阻应变仪、百分表和手持式应变仪读数。
    7. 当达到试验梁破坏荷载的90％时，改为按估算极限荷载的5％进行加载，直至试验梁达到极限承载状态，记录试验梁承载力实测值。
    8. 当试验梁出现明显较大的裂缝时，撤去百分表，加载到试验梁完全破坏，记录混凝土应变最大值和荷载最大值。
    9. 卸载，记录试验梁破坏时裂缝的分布情况。
    （三）人员分工
    试验总指挥1人，负责对现场实测数据的观察判断构件的受力阶段并决定加载的程序；试验加载1人，负责控制电动油泵站或手动油泵，根据力传感器的读数稳定每级加载量；测读电阻应变仪1人，负责电阻应变仪的检查和调试，测读并记录各个电阻应变片的读数； 测读手持式应变仪1人，负责测读并记录手持式应变仪的读数；测读百分表1人，负责测读并记录百分表读数；观察裂缝2人，负责观测裂缝的开展情况，并对裂缝进行描绘。
    六、数据处理
    1. 根据试验过程中记录的百分表读数，计算各级荷载作用下试验梁的实测跨中挠度值，作出剪力和跨中挠度关系V-f曲线。
    2. 根据试验过程中记录的箍筋的应变仪读数，作出剪力和箍筋应变关系V-ε_sv曲线。
    3. 根据试验过程中记录的受压混凝土的应变仪读数，作出剪力和受压混凝土应变关系V-ε_sc曲线。
    4. 根据试验过程中记录的手持式应变仪，计算量测标距范围内混凝土的平均应变值，作出剪力和混凝土斜截面应变关系V-ε_sc曲线。
    5. 根据试验中得到试验梁实测的开裂荷载和破坏荷载，计算试验梁的抗裂校验系数和承载力校验系数。
    6. 绘制试验梁弯剪段裂缝分布图。
    七、试验理论计算的参考公式
    （一）承载力计算
    参照《混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）》的规定，在集中荷载作用下（包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座截面所产生的剪力值占总剪力值的75％以上的情况）仅配置箍筋的矩形截面受弯构件斜截面受剪承载力的计算，应符合下列规定：
                            
    式中， f_tk———混凝土轴心抗拉强度标准值，采用材性试验结果；
         b ——矩形截面的宽度；
        h₀——截面有效高度，纵向受压钢筋合力点至截面受压边缘的距离，h₀= h- a_s ；
         a_s——受拉区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离，取a_s＝20mm；
     f_yvk——箍筋抗拉强度标准值，采用材性试验结果；
     A_sv——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积：A_sv=nA_sv1， n为在同一截面内箍筋的肢数， A_sv1为单肢箍筋的截面面积；      
     s——沿构件长度方向的箍筋间距；
     λ——计算截面的剪跨比，可取λ=a/h₀，a为集中荷载作用点至支座的距离，当λ<1.5时，取λ=1.5，当λ> 3，取λ=3。
    （二）开裂荷载理论值的计算
    参照《水工混凝土结构设计规范（SL/T191-96）》，钢筋混凝土受剪构件的开裂剪力为：