耿文慧

1.引言

当配筋率超过界限配筋率即ρ>ρmax时，称为超筋梁，其破坏表现为受压混凝土先压碎，受拉钢筋未屈服，即没有明显兆的脆性破坏。本实验采用两点对称加载对超筋梁（SL3）逐级加载，以观测、记录、分析超筋梁的受力过程和破坏特征。通过在纯弯段沿正截面高度布置的量测界面纵向应变的分布；通过梁底的百分表，测定跨挠度。通过本次试验了解超筋梁的受力过程和破坏特征以及配筋率对破坏特征的影响，验证钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算理论和计算公式，也使得我们掌握钢筋混凝土受弯构件的试验方法及荷载、挠度、应变、裂缝宽等数据的测试技术和有关仪器的使用方法。

2.实验材料

2.1钢筋

HPB300和HRB400级钢筋，几何尺寸及配筋见钢筋混凝土超筋梁下图。HPB300和HRB400级钢筋均是有明显屈服点的钢筋，应力应变曲线如下图2。

OA：应力与应变成比例变化，与A点对应的应力称为比例极限

AB：应变较应力增长为快，到达B后钢筋开始塑流，B称为屈服上限，它与加载速度、试件表面光洁度等因素有关，通常B不稳定

B：屈服下限

BC：应力基本不增加，应变急剧增长，曲线接近水平线。BC水平距离大小称为流幅。

CD：钢筋的强化阶段，D点应力为钢筋的极限强度。过了D点，试件薄弱处截面将会突然显著缩小，发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，到达E点时试件被拉断。

2.2混凝土

左图所示即为典型的混凝土棱柱体在一次短期加荷下的应力应变全曲线。

上升段OC：（1）OA，准弹性阶段，应力应变关系接近直线，A点为比例极限；（2）AB，裂缝稳定扩展阶段，随着荷载的增大压力逐渐提高，混凝土表现出明显的非弹性性质，应变增长速度超过应力增长速度；（3）BC，裂缝不稳定扩展阶段，随着荷载进一步增加，曲线明显弯曲，直至峰值C点。

下降段CF：当混凝土应力达到fc后，承载力开始下降。

與弹性材料不一样，混凝土的应力--应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段，应力与应变之比的弹性模量不是常数，而是随着混凝土的应力的变化而变化。变形模量有一下3种表示方式：

3实验装置

（1）钢筋混凝土超筋梁1根（尺寸及配筋如上图所示）

静力试验台、反力架、支座、支墩、分配梁。

电阻应变仪、电阻应变片、函数记录仪

（2）加载制度

本实验采用单调分级加载制度，试件加载方式为力控制。确定加荷级差，每级加载值约为5KN，临近开裂和破坏时适当减少级差。

试加荷1-2级，检查仪表反应是否正常。

分级加荷，从0逐级增加到试验梁破坏为止。每次加载后静止2-5分钟，待试验梁变形趋于稳定后再测量各种数据，校核无误后方可进行下一级加载。加载过程0-5KN-10KN-15KN-18KN-21KN-24KN-27KN-50KN-100KN

-150KN-180KN-200KN-210KN-220KN-230KN（破坏）

4实验现象及分析

先试加荷F=5.41KN、F=10.00KN，观察各仪表反应，正常。

分级加荷，从0逐级施加荷载，随着荷载的逐渐加大，当F=27KN时，混凝土底部出现一短小而微见的裂缝。

刚开始加载时，梁的受力情况与匀质弹性体梁相似，应力与应变成正比。由于混凝土抗拉能力弱，故荷载再增大时，在受拉区边缘处混凝土首先表现出应变较应力增长速度为快的塑性特征。

当荷载增加到开裂荷载Fcr即27KN时，受拉区边缘纤维的应变值即将达到极限。

在裂缝截面处，混凝土一开裂，就把原先由它承担的那一部分拉力转给钢筋，使钢筋应力突然增大许多，梁截面中和轴位置也将随之上移，在中和轴以下裂缝尚未延伸到的部位，混凝土虽可承受一小部分拉力，但受拉区主要由钢筋承担。荷载继续增加，裂缝宽度随之拓展并沿梁高向上延伸，由于配筋多，钢筋尚未达到屈服，但受压区混凝土边缘纤维应变也迅速增长，塑性表现得更充分，边缘纤维应变达到混凝土受弯时极限压应变实验值，截面突然破坏，没有明显预兆。

在荷载较小时，梁处于线弹性阶段，应力与应变成正比，受拉区混凝土段抗拉能力最弱的某一截面处，当受拉区边缘纤维的拉应变值达到混凝土极限拉应变实验值εtu时，将首先出现第一条裂缝。

在裂缝截面处，混凝土一开裂，就把原先由它承担的那一部分拉力转给钢筋，使钢筋应力突然增大许多，故裂缝出现时梁的挠度突然增大，梁截面中和轴位置也将随之上移，在中和轴以下裂缝尚未延伸到的部位，混凝

5主要结论

超筋梁的受力过程主要分为两个阶段，第一阶段：混凝土开裂前的未裂阶段，该阶段混凝土没有开裂，受压区混凝土的应力图形是直线，受拉区混凝土的应力图形在第一阶段前期是直线，后期是曲线，挠度增长速度较慢，第一阶段末可作为超筋梁受弯构件抗裂度的计算依据；第二阶段，混凝土开裂后至截面破坏阶段，该阶段是裂缝发生开展的阶段，挠度增加速度较前期快，在截面裂缝处受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要由纵向受力筋承担，但钢筋没有屈服，受压区边缘混凝土达到极限压应变，混凝土被压碎，截面破坏，可作为正截面受弯承载力计算的依据。随着荷载增大，中和轴不断上移，受压区高度实验值逐渐减小，混凝土纤维压应变随之增大，受拉钢筋拉应变也随荷载增大，但平均应变仍符合平截面假定。