钢筋混凝土受弯构件正截面破坏虚拟仿真实验：

一、试验目的
    1. 通过试验初步掌握钢筋混凝土梁正截面受弯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弯破坏的全过程。
    3. 通过试验加深对钢筋混凝土梁正截面受力特点、变形性能和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弯性能。

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10cm） 
    5. 高压油泵全套设备               6. 千斤顶（Pmax＝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

（二）试验梁的材料
    1. 受拉主筋①号筋采用Φ10 的一级钢筋，试验前预留三根长500mm 的①号钢筋，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. 在跨中梁侧面布置四排应变引伸仪测点。
    4. 在跨中梁上表面布置一只应变片。
    5. 在跨中受力主筋中间位置各预埋一只应变片。

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. 各级荷载下主筋跨中的拉应变及混凝土受压边缘的压应变。
    3. 各级荷载下梁跨中上边纤维，中间纤维，受拉筋处纤维的混凝土应变。
    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Ｗmax）。
    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。
    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。
    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的自重），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. 当达到正常使用荷载时，荷载持续5 分钟后，记录电阻应变仪、百分表和手持式应变仪读数。
    8. 超过正常使用荷载后继续加载，按估算极限荷载的10％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。
    9. 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。
    10. 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。
    11. 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，作出跨中弯矩和挠度的关系M-f曲线。
    2. 根据试验过程中记录的受力主筋的应变仪读数，计算试验梁跨中的钢筋应变平均值，作出跨中弯矩和主筋应变关系M-εs曲线。
    3. 根据试验过程中记录的受压混凝土的应变仪读数，作出跨中弯矩和受压混凝土应变关系M-εc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，作出试验梁平均应变沿梁高度的分布图。
    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，单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力的计算，应符合下列规定：

混凝土受压区高度应按下列公式确定：

混凝土受压区高度尚应符合下列条件：

 式中，α1，β1——系数，当混凝土强度等级不超过C50 时，α1取为1.0，β1取为0.8；
         fck——混凝土轴心抗压强度标准值，采用材性试验结果；
         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 ；
         b , h ——试验梁矩形截面的宽度和高度；
       x ——混凝土受压区高度；
     fyk——受拉主筋抗拉强度标准值，采用材性试验结果；
     As——受拉区纵向主筋的截面面积；
     as——受拉区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离，取as＝20mm；
     ξb——相对界限受压区高度；
     Es——钢筋弹性模量，对Q235 钢材取Es＝2.1×105 N/mm2；
     εcu——正截面的混凝土极限压应变，当混凝土强度等级不超过C50 时取0.0033。
    （二）正常使用荷载的计算

式中，γμ——荷载分项系数的平均值，本次试验取γμ＝1.4；
        γ0——结构重要性系数，取γ0＝1.0；
    [γμ]——构件的承载力检验系数允许值，对于以主筋屈服的受弯破坏取[γμ]＝1.2；
    （三）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）》，钢筋混凝土受弯构件的开裂弯矩为：

式中，γm——截面抵抗矩塑性系数，对于矩形截面取γμ=1.55 ；
      ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值，采用材性试验结果；
     I0——试验梁换算截面惯性矩；
     y0——试验梁截面形心轴至受拉边缘距离；
         αE——钢筋弹性模量和混凝土弹性模量之比： αE=Es/Ec；
     Ec——混凝土弹性模量，对C20 混凝土可取Ec＝2.55×104 N/mm2；
      ρ——纵向受拉钢筋配筋率，对于钢筋混凝土受弯构件，取ρ