建筑结构试验基础教学课件10
16页1、教学分析结构试验研究完整案例 薄壁离心钢管混凝土构件扭转性能试验研究教学分析1 试验目的试验目的对薄壁离心钢管混凝土管(CentrifugalConcrete-filledThin-WalledSteelTube)进行抗扭试验研究并给出设计极限承载力的简易计算公式。试验分类(详见教材P3)试验目的:生产鉴定性、科学研究性;试验对象尺寸:原型试验、模型试验;试验荷载性质:结构静力、结构动力、结构疲劳、拟动力、抗震;作用时间:短期荷载、长期荷载;试验场地:实验室、现场。TIPS教学分析2 试验准备试验准备考虑不同因子水平:长细比(管长度管直径之比)、含钢率(钢管壁厚ts与混凝土壁厚tc之比)、空心率(内衬混凝土管外径与内径之比)。为了进行对比,还进行了纯钢管、素混凝土管的抗扭试验(辅助试验);同时为了大致了解复杂受力下构件的表现特征,还进行了少量的该类构件在弯扭及扭弯两种加载路径下的全过程加载。教学分析3 试件的设计及制作要求试件的设计及制作要求试件共计34根,包含了不同的钢管壁厚(3mm及5mm)、不同的混凝土壁厚(0,20mm,25mm,30mm)、不同的外直径(600mm,2000m
2、m,3000mm)等各种类型,根据工程应用情况,混凝土强度等级拟定为C40。TIPS试验中用到了哪些设备与仪器?教学分析4 试件的安装与就位试件的安装与就位在扭转试验中,为便于连接,试件与加载装置之间采用了法兰连接,外套方形夹具;为保证有不变的力臂,试件通过两端扇形状钢板上的钢丝绳受拉以获得扭矩,力传感器串联在钢丝绳中(机械力加载);试件的表面共布设16处应变测试点,其中跨中沿环向为8处,在1/4处及3/4处沿环向各为4处(测点布置)。圆筒的抗压试验加载现场全景弯、剪、扭联合作用的试验教学分析5 加载方法加载方法试件加载采用分级控制:先初始循环加载一次,至预估弹性极限时卸载,然后再逐级加载至破坏,每级约为极限荷载的10-20%。初始循环的目的是可以部分地消除初始的机械咬合等带来的空载变形。TIPS加载装置:分配梁、油压千斤顶;加载方式:分级加载;教学分析6 试验过程观察试验过程观察素混凝土管的扭转试验表明:在很小的荷载下试件即沿45。方向发生开裂破坏(裂缝宽度达到1.5mm,挠度1/50l时破坏);纯钢管与后来进行的薄壁离心钢管混凝土试件扭转试验的现象较为接近,破坏的趋势一致:当荷载大
3、致为极限荷载的0.8倍以前,扭转变形非常缓慢,而临近极限荷载时扭转变形剧增,然后稍加荷载试件使发生翘曲失稳破坏,该类构件由于加载后期已失去圆周外形,因此其下降段已很难定性,在记录的荷载-变形曲线上呈陡落状,这一点与实心钢管混凝土构件有很大的不一致。TIPS观测项目:应变、挠度、转角。教学分析6 试验过程观察试验过程观察试验后,将试件用气割剥离后发现内壁混凝土表面布满了大约4550左右方向的斜裂缝,在相应破坏位置处混凝土均被压碎,而其他部位,钢与混凝土的粘接尚好。TIPS试件加载后内部裂缝情况(形态图)采用什么方法寻找裂缝并测得裂缝宽度?教学分析7 试验结果试验结果通过对试验现象的观察与数据的整理,并参考相关钢管混凝土结构的参考文献,可以发现:薄壁离心钢管混凝土管构件的受扭全过程可划分成三个阶段:弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、极限破坏阶段。TIPSZ25试件的扭矩-应变曲线图结构试验数据的表达(图像方式):曲线图、形态图、直方图和饼图。教学分析7 试验结果试验结果 薄壁离心钢管混凝土试件抗扭承载力指标表(单位/量纲)试件编号外径长度钢管壁厚-砼壁厚TcrTaaTbbTuuLts-tc(m
4、m)kNmkNmkNmkNmDd52006003-303540*216643.58474744.477327D42006003-303926.68193638.69874344.479912D82006003-303223.46230037.542465*39.109883D272006003-203325.81124434.02871139.109842D102006003-203223.43280432.14506939.058525D92006003-20-25.12193633.23815738.6410438D62006005-25-30.23-43.53774260.469006D32006005-25-30.37152148.14765060.189152D72006005-254330.27152144.52753859.369012Z2220020003-20-26.18142931.42345634.919912Z2520020003-20-28.17193637.29451639.679883Z2620020003-203125.62155532.88774342
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