钢筋混凝土梁的设计报告(最终版)

钢筋混凝土梁的设计、制作和使用性能及承载能力实验报告土木090409231118王先锋1目录一、前言：________________________________________________________2二、实验过程：__________________________________________________21.混凝土制备___________________________________________________________22.试件制作_____________________________________________________________43.加载试验____________________________________________________________64.结果分析___________________________________________________________11三、实验总结：____________________________________________________132钢筋混凝土梁的设计、制作和使用性能及承载能力实验一、前言：本实验综合运用建筑材料、混凝土结构、工程结构实验三门课程的知识，完成钢筋、混凝土力学性能检测；混凝土梁的设计、制作；混凝土梁的使用性能及承载能力实验。使学生全面掌握混凝土的制作，钢筋混凝土梁的三种破坏形态，以及工程机构实验的加载技术、量测技术和试验数据的分析和处理技术。二、实验过程：1.混凝土制备根据所选混凝土的强度等级，计算各种材料的配合比：已知：所设计的混凝土梁的强度为C30，所用材料为：中砂、最大粒径为30mm的碎石、42.5级普通硅酸盐水泥。混凝土的表观密度为2400kg/m3，进行混凝土的配合比设计。解：（1）确定配制强度,cuof因为我们所要设计的混凝土强度等级为C30，,30cukf；即所以σ=5.0。对应于不同强度等级混凝土的σ取值（单位：MPa）混凝土强度等级低于C20C20-C35高于C35σ4.05.06.0通过查表，我们可以确定σ=5.0。又根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）的规定：混凝土强度的保证率为95%，对应t=-1.645；则可以计算混凝土的配制强度：,,cuocukfftpa（2）估算初步配合比①确定水灰比W/C。因为是42.5级硅酸盐水泥，因此,42.5cekf；3按统计资料，水泥强度等级富余，1.13c，则有,1.1342.548.0ceccekff（MPa）回归系数取值：碎石A=0.46，B=0.07，则水灰比0.4648.00.5538.20.460.0748.0cecuceAfWCfABf通过查表，对于正常室内现浇混凝土，最大水灰比为0.65，故可初步确定水灰比值为0.55。②确定用水量W0。根据碎石的最大粒径为30mm，且所需要的坍落度比较大，故选取坍落度为75—90mm，通过内插法，可初步确定用水量为W0=206kg。③计算水泥用量C0。001206374.50.55CCWW(kg)对于干燥环境的配筋混凝土，最小水泥用量规定为260kg。故水泥用量0374.5Ckg，符合规定。④确定砂率SP。根据碎石的最大粒径为30mm，水灰比为0.55，通过内插法，可以得到混凝土的砂率SP=35%。⑤计算砂、石用量S0、G0。4已知0h=2400kg/m3，故选用表观密度法进行计算：00000hCGSW00374.52062400GS000%100%pSSSG00035%100%SSG通过两个方程联立，可以解得：S0=636.8kg，G0=1182.7kg。根据以上估算，得到初步配合比为W0=206kg/m3，C0=374.5kg/m3，S0=636.8kg/m3，G0=1182.7kg/m3（3）试验调整，确定配合比。实验过程中，通过观察，估测中砂的含水率为3%，因此通过调整配合比为：30636.8(13%)655.9/Skgm；30206(655.9636.8)186.9/Wkgm。调整后，配合比为：W0=186.9kg/m3，C0=374.5kg/m3，S0=655.9kg/m3，G0=1182.7kg/m32.试件制作2.1根据要求设计混凝土梁截面尺寸及配筋，并按超筋梁确定纵筋直径Ag；混凝土梁的尺寸如下图，宽度120bmm，截面高度250hmm，箍筋和上部钢筋均采用HPB235级钢筋，纵筋选用HRB335级钢筋。箍筋选用的是A8@200，上部钢筋选用2A10，保护层厚度为25mm。混凝土选用C30级混凝土。即已知所用钢筋为B级钢筋，2300/yfNmm，所A8@2002A1070075075022005配置混凝土强度等级为C30，214.3/cfNmm。如果计算梁为适筋梁，则取0.55b，因为保护层厚度为25mm，因此可以得到35samm，025035215hmm。则所需钢筋面积：2101.014.31202150.55676.4300cbsyfbhAmmf故如果配置2B20（628mm2)则适筋。如果配置2B22（760mm2）则超筋。因为我们需要做的实验为超筋梁，故选择2B22，2760sAmm。2.2在受力主筋上粘贴电阻应变片，并做防潮防护处理；在每根钢筋中心两侧大致对称的位置上布置两个测点，一共布置4个钢筋的应变测点。布置时，首先在钢筋相应位置上做上标记，因为是螺纹钢，因此需要对钢筋进行打磨处理，使钢筋表面平整。然后贴上电阻应变片，并将应变片与导线相连，为测量钢筋应变做准备。同时兑制防水胶水，在应变片表面涂上一层。最后还需要用纱布与胶水共同将应变片处的钢筋包裹起来，以免在浇筑混凝土的时候进水使得应变片失效。图为冯老师示范如何打磨钢筋2.3支模板，根据试配的材料配合比制备混凝土，浇筑试件；根据试件尺寸，制作梁总共需要的混凝土梁的体积为：30.120.252.20.066Vm。因为每次只能配置25L的混凝土，即0.025m3，即共需要配置三次，每次所需的材料质量为：W=4.67kg/m3，C=9.36kg/m3，S=16.4kg/m3，G=29.57kg/m3通过实际配置，得到的混凝土坍落度为85mm，与所需要的坍落度接近，故此配合比可以采用。6图为加载仪器于是我们在模板的基础上浇筑混凝土梁，同时用振捣棒振捣均匀。2.4制作100mm混凝土立方体试块一组，留作抗压强度试验；2.5定期养护。3.加载试验3.1测定实际配置的混凝土强度；制作混凝土梁的时候，我们还制作了3块边长为100mm的立方米混凝土试块，用以测得混凝土的实际强度。经过28d龄期的标准养护，混凝土达到了强度，我们对3个试块进行了抗压强度的实验。得到了3个混凝土试块的抗压强度数值分别为469kN、448kN、433kN。因为截面积为100100mm，抗压强度为46.9MPa、44.8MPa、43.3MPa。平均抗压强度'46.944.843.345.03cufMPa，误差均为10%以内，结果有效。换成标准立方体试件强度，换算系数为0.95，'0.950.9545.042.75cucuffMPa。因为强度保证率为95%，所以1.645t，取，,42.75cuofMPa，混凝土立方体抗压强度标准值,,42.751.645534.53cukcuofftMPa。因为,34.5335cukfMPaMPa，所以混凝土强度可以取为C35。3.2确定加载方案及加载程序；根据实际配置的混凝土强度为,34.53cukfMPa，为了严谨，我们分别以混凝土强度为C30及C35进行了计算。加载位置如图所示：0P0P6007007007①按照C30进行计算：跨中位置处弯矩00.7MP，如果配置超筋情况2B22（760mm2），则我们可以计算出梁所能承受的最大弯矩为：破坏时，取0.55b，0215hmm,00.55215118.3bxhmm,101.014.3120118.3(215118.3/2)31.64/2ucxMfbxhkNm。0/0.731.64/0.745.2PMkN,02245.290.4PPkN。②按照C35进行计算：跨中位置处弯矩00.7MP，按照2B22（760mm2）配置梁实际为适筋梁，则我们可以计算出梁所能承受的最大弯矩为：07602.95%120215sAbh，13000.02950.531.016.7ycff，00.53215114xhmm,101.016.7120114(215114/2)36.1/2ucxMfbxhkNm。0/0.736.1/0.751.57PMkN,02251.57103.14PPkN。最终我们加载方案选择按照混凝土强度为C35的荷载进行计算，同时采用分级加载：因为极限荷载103.14PkN，所以标准荷载103.1479.341.31.3cuPPkN,在标准值以下时采用20%的增幅，在标准值以上采用10%增幅，接近极限荷载时采用5%的增幅。因为我们所使用的荷载传感器最大量程为300kN，对应的应变值为3756，因此单位kN的力对应的应变为12.52。得到荷载级数表：8分级加载表格序号标准荷载(kN)系数荷载(kN)应变()179.340.215.868199.3279.340.431.736398.6379.340.647.604597.9479.340.863.472797.2579.34179.34996.5序号标准荷载(kN)系数荷载(kN)应变()679.341.187.2741096.2779.341.295.2081195.8879.341.3103.1421295.5979.341.35107.1091345.31079.341.4111.0761395.11179.341.45115.0431444.91279.341.5119.011494.83.3待混凝土达到设计强度后，对试件表面处理，安装就位；3.4布置各种测点；在混凝土梁上我们在梁的上表面布置一个测点，在梁的一侧布置5个测量混凝土应变的测点，布置如右图所示：在梁的跨中位置处布置位移测点，我们所使用的位移传感器最大量程为30mm，对应的应变为3370，因为单位mm的位移应变为112.3。将所有混凝土测点、钢筋测点、位移测点、荷载传感器连同补偿片与应变仪相连，其中混凝土测点、钢筋测点采用半桥方式接入电路，荷载传感器与位移传感器采用全桥方式接入电路。404040404545补偿片工作片BDAC半桥电路BDAC全桥电路9图为试验中用到的三台应变仪3.5预加载，检查各种测试仪表是否正常工作；3.6正式加载，按加载程序分及加载，观察试件的变化，并记录数据。按照分级荷载进行加载，最终在加载到第8级荷载的时候，混凝土梁出现破坏，为极限荷载。破坏为斜截面出现剪压破坏。在试验过程中，各测点及裂缝宽度变化情况如下：（1）钢筋为HRB335，弹性模量522.010/sENmm，故可得下表：钢筋应变荷载级数测点1测点2测点3测点4平均应变()应力(MPa)1259195333232254.7550.952501469610478514.5102.93533623756616632126.44110897811229621042.5208.5514081253143212401333.25266.65615571389159113771478.5295.7716721497171214891592.5318.5根据此表我们可以得出在混凝土梁破坏前的第7荷载的