钢筋混凝土梁静载试验报告

1初步设计计算书一、构件截面设计1、确定梁的跨度根据试验目的以及要求，本次试验拟采用两端简支的矩形截面形式钢筋混凝土梁，综合考虑实验室试验设备和材料等因素，设计钢筋混凝土梁（如下图1所示）的跨度为1500mm，计算跨径𝑙0为1300mm，试验时荷载采用在跨中位置施加1个集中荷载的方式，荷载大小P=80KN。图12、确定梁截面尺寸1）由梁的高跨比𝑕𝑙0确定梁的高度𝑕对独立梁，依据相关规范和要求有：𝑕𝑙0≥112计算可得𝑕≥125mm，现取梁高𝑕=250mm，满足规范要求。2）由梁的高宽比𝑕𝑏确定梁的宽度b梁的高宽比𝑕𝑏可选2~2.5，考虑试验材料及模板试验条件，选用梁宽𝑏=200mm，则横截面形式和尺寸如下图2所示。图2二、材料参数1、混凝土配合比计算本次试验梁制作采用42.5号水泥、13mm细石、中砂，拟设计混凝土等级为𝐶20混凝土。1）试配强度𝑓𝑐𝑢,0=𝑓𝑐𝑢,𝑘+𝑡·𝜎=20+1.645×5=28.23MPa2）水灰比𝑓𝑐𝑒=𝑘𝑐·42.5=48MPa则：2𝑤𝑐=𝛼𝑎·𝑓𝑐𝑒𝑓𝑐𝑢,0+𝛼𝑏𝛼𝑎·𝑓𝑐𝑒=0.46×4828.23+0.0322×48=0.57查表，比较后得最大水灰比取该计算值0.57。3）确定单位用水量𝑊0查表，𝑆=30~50mm查表，取𝑊0=180kg4）计算单位水泥用量𝐶0𝐶0=𝑊0𝑤𝑐=316𝑘𝑔查表得最小水泥用量为260kg，故取为计算值。5）确定砂率𝑆𝑝查表，取𝑆𝑝=38%6）计算单位砂、石用量由绝对体积法列式：𝐺0𝜌0𝑔+𝑆0𝜌0𝑠=100−𝐶0𝜌0𝑐−𝑊0−10·𝑎𝑆0𝑆0+𝐺0=𝑆𝑝代入数据，解得:𝑆0=666kg𝐺0=1238kg则计算配合比：𝐶0:𝑆0:𝐺0:𝑊0=316:666:1238:1802、材料用量根据所设计梁截面和跨度，混凝土梁及立方体试件总体积：V=1500×200×250+100×100×100×3=0.085𝑚3由计算配合比可得材料用量分别为：𝑚𝑐0=0.085×316=26.86𝑘𝑔𝑚𝑠0=0.085×666=56.61𝑘𝑔𝑚𝐺0=0.085×1238=105.23𝑘𝑔𝑚𝑤0=0.085×180=15.3𝑘𝑔3、配筋计算试验提供钢筋级别HRB335，箍筋级别可选用HPB235，设计荷载为跨中集中荷载P=80KN作用，考虑本试验实际加载情况，需要考虑梁的自重及加载设备重。梁自重为均布荷载，其均布力大小：𝑞=25×200×250×10−6=1.25KN/m则梁的荷载图示如图3：3简化为两端简支梁，内力图如图4：图4取一类环境，安全等级二级，𝑟0=1.0假设a𝑠′=35mm，a𝑠=30mm，则𝑕0=𝑕−a𝑠=250−30=220𝑚𝑚M=𝑟0·𝑀𝑑=31.2KN·m1）验算是否需要设计为双筋截面𝑀𝑢=𝑓𝑐𝑑𝑏𝑕02𝜉𝑏1−0.5𝜉𝑏=9.2×200×2202×0.56×1−0.5×0.56=35.9126.39𝐾𝑁·𝑚故不需要采用双筋截面。2）设计单筋取𝜉=𝜉𝑏=0.56，设a𝑠=30mm①求受压区高度𝑥𝑟0·𝑀𝑑≤𝑀𝑢=𝑓𝑐𝑑𝑏𝑥(𝑕0−𝑥2)26.3×106=9.2×200×𝑥×(220−𝑥2)解得𝑥=361.64𝑚𝑚（超过梁高，舍去）79.23𝑚𝑚，取𝑥为79.23𝑚𝑚②求受拉区钢筋截面积𝐴𝑠𝐴𝑠=𝑓𝑐𝑑𝑏𝑥𝑓𝑠𝑑=9.2×200×79.23280=520.6mm²查表，受拉区钢筋选用3Φ16，则𝐴𝑠=603mm²架立筋选用2Φ12③配筋验算保护层厚度C满足要求。计算配筋率：ρ=𝐴𝑠𝑏𝑕0=603200×220=0.0137=1.37%ρmin=45𝑓𝑡𝑑𝑓𝑠𝑑=451.06280=0.17%0.2%配筋率满足要求。梁截面配筋示意图如图5：图54最终设计计算书一、验算经验算，配筋率、保护层厚度等满足要求，还需进行正截面和斜截面验算。1）正截面验算𝑥=𝑓𝑠𝑑𝐴𝑠𝑓𝑐𝑑𝑏=280×6039.2×200=95.87mm≤𝜉𝑏𝑕0=0.56×220=123.2不超筋，则𝑀𝑢=𝑓𝑐𝑑𝑏𝑥𝑕0−𝑥2=30.4KN·m𝑀=26.39KN·m满足承载力要求。2）斜截面验算剪力图如图6：图6支座处剪力V=40.94kN，本试验中梁不设弯起钢筋，则剪力全部由混凝土和箍筋承担。○1截面尺寸：0.51×10−3fcu,kbh0=0.51×10−3×20×200×20=100.4KN≥r0·Vd截面尺寸满足要求。○2箍筋：0.5×10−3𝑓𝑡𝑑𝑏𝑕0=0.5×10−3×1.06×200×20=23.32KN𝑟0·𝑉𝑑=40.94kN故需要按计算配置箍筋，箍筋材料选用直径为6mm的HPB235双肢箍。𝑟0·𝑉𝑑=𝑉𝑢=𝛼1𝛼2𝛼30.45×10−3b𝑕02+0.6p𝑓𝑐𝑢,𝑘𝜌𝑠𝑣𝑓𝑠𝑣=1×1×1×0.45×10−3×200×220×2+0.6×1.3720×𝜌𝑠𝑣×195解得：ρsv=0.0012=0.12%按照规范要求，取最小配箍率为0.18%𝐴𝑠𝑣=2×28.3=56.6𝑚𝑚²𝑆𝑣=1×1×0.56×10−6×2+0.6p𝑓𝑐𝑢,𝑘𝐴𝑠𝑣𝑓𝑠𝑣b𝑕040.942=79.2mm≤0.5h=125mm配箍率：5𝜌𝑠𝑣=𝐴𝑠𝑣𝑏𝑆𝑣=56.6200×79.2=0.36%＞0.18%箍筋间距和配箍率满足要求。现取支座中心向跨径长度方向400mm范围内，间距𝑆𝑣=100mm，其余部分取间距𝑆𝑣=112mm。箍筋布置图如图7。图7二、钢筋混凝土梁详细配筋计算根据纵向钢筋锚固要求，纵向钢筋应伸出支点处10d，则单根纵向钢筋长：1300+10d=1300+160=1460mm检算纵向钢筋保护层厚度满足要求。架立钢筋应满足构造要求，保护层厚度取30mm，则单根架立钢筋长：1500−2×30=1460mm根据图5，单股箍筋长：（200−2×30+16）×2+（250−30+16/2−35+12/2）×2+100=1460mm详细配筋图如图5和图7，配筋表如下表1所示：表1钢筋截面形式型号直径（mm）长度（mm）数量（根）总长（mm）总重（kg）纵向钢筋HRB335161460343806.92架立筋HRB335121460229202.59箍筋HPB235681013105302.34三、试验荷载计算1、开裂荷载：荷载效应的标准组合设计值为：6𝑠𝑠=𝑀𝑘=1.25×1.3²8+1.0×80×1.34=26.39kN·mh=250400则，取h=400，查GB50010-2002：𝛾𝑚=1.55，𝑓𝑡𝑘=1.54Mpaγ=0.7+120𝑕𝛾𝑚=0.7+120400×1.55=1.55结构抗裂检验容许值：𝛾cr=0.95𝛾𝑓𝑡𝑘+𝜎𝑝𝑐𝑓𝑡𝑘+𝜎𝑝𝑐=0.95×1.55=1.47开裂内力计算值：𝑠𝑐𝑟𝑐=𝑀𝑐𝑟𝑐=𝛾cr𝑠𝑠=1.47×26.39=38.8kN·m开裂荷载值：𝐹𝑐𝑟𝑐𝑙4+𝑞𝑙28=𝑀𝑐𝑟𝑐=38.8kN·m则：𝐹𝑐𝑟𝑐=102.5𝐾𝑁2、极限荷载：按设计规范的容许值进行检验时荷载效应组合的设计值：M=S=1.2×1.25×1.3²8+1.4×80×1.34=36.7kN·m构件达到承载能力极限状态时的内力计算值：𝑆𝑢𝑐=𝛾0𝛾𝑢𝑠=1.0×𝛾𝑢×36.7kN·m采用集中荷载加载时：𝐹𝑑=38×1.2×1.25×0.2×1.3+1.4×80=112.1KN𝐹𝑢𝑐=𝛾0𝛾𝑢𝐹𝑑=1.0×𝛾𝑢×112.1KN板自重折算成三分点加载的等效荷载标准值为：𝐹𝐺𝑘1=38𝐺𝑘1𝑏𝑙0=38×1.25×0.2×1.3=0.98KN则荷载加载值为：𝐹𝑢𝑐−𝐹𝐺𝑘1=1.0×𝛾𝑢×112.1−0.98KN承载力检验标志12345裂缝、挠度混凝土压坏钢丝拉断斜裂缝锚固破坏𝛾𝑢1.351.451.501.401.55𝑆𝑢𝑐/MPa49.552.855.151.456.9集中荷载/KN荷载值151.3162.5168.2156.9173.8加载值150.3161.5167.2155.9172.83、破坏形态由于𝑥=95.87mm≤𝜉𝑏𝑕0=123.2，且ρ=1.37%ρmin=0.2%，所以该钢筋混凝土梁的破坏形态为适筋梁破坏。梁的受拉区钢筋首先达到屈服，其应力保持不变而应变显著增大，直到受压区边缘混凝土的应变达到极限应变时，受压区出现纵向水平裂缝，随之混凝土压7碎而破坏。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。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。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。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。属于延性破坏。四、测试方案本试验全过程要测读荷载施加力值、挠度和应变的数据。1、试验设备仪器名称液压千斤顶加载平台百分表电阻应变片电阻应变仪型号数量1111012、测点布置本试验采取在梁跨中位置施加一集中力作用，跨中位置较为薄弱，且挠度最大，应力较大，故将测点布置在跨中位置，分别测定跨中位置挠度，受拉区边缘应变，受压区边缘应变及中间区域应变。测点布置如下图所示：应变片测点编号如下：3、受弯破坏的加荷方案81）加载图式：2）加载方法○1预加载：将混凝土梁的自重和梁上跨中位置处垫板、千斤顶等设备重作为预加载值。○2正常使用荷载试验与破坏试验加载荷载分级原则：在正常使用荷载以内，每级取其荷载值的20%，一般分五级加至正常使用荷载；超过正常使用荷载后，每级取其荷载值的10%，当荷载加至承载力试验荷载计算值的90%以后，每级取正常使用荷载的5%，直至破坏。荷载分级：级数1234567荷载/KN020406080100110压力/MPa2468101214级数8910111213荷载/KN120130140145150155…压力/MPa161820222425…2）卸载：当试件破坏后卸载，清理实验室。整理资料，撰写试验报告。参考文献：【1】叶见署，李国平.结构设计原理，人民交通出版社【2】罗固源，彭小芹等.土木工程材料，重庆大学出版社【3】王军文，刘志勇.土木工程结构试验，中国铁道出版社【4】蔡中民.混凝土结构试验与检测技术，机械工业出版社9试验报告一、试验目的1、掌握制定混凝土结构构件试验方案的原则，设计钢筋混凝土简支梁的制作方案、受弯破坏的加荷方案和测试方案。2、通过本次试验，掌握钢筋混凝土基本构件的设计方法、施工方法及检测方法。3、熟悉常用钢筋混凝土构件制作及测试系统的组成，能根据试验设计量程和精度要求正确选择试验设备和测量仪器。