（森林工程专业论文）钢筋混凝土双悬臂梁试验系统的研制开发.pdf

摘要 双悬臂结构在生产、生活和工程当中被广泛应用。我们尽管已经对双悬臂结构的理论 研究做了大量的工作，但是对双悬臂结构进行力学试验的试验体系相对较少，而作为教学 与研究为一体的学校迫切需要这样的中小型试验测试体系开展教学与科研，故本课题结合 学校已经立项的试验系统开发项目力图研制开发一套简单、经济、适用的钢筋混凝土双悬 臂梁试验系统为教学与科研服务，同时作为对双悬臂粱结构试验领域的补充。 在本题的研发中，设计了双悬臂试验装置，对双悬臂试验粱施加外加约束，使试验 梁悬臂部分的受力和变形与理论上悬臂梁的受力与变形相符，从而使试验梁在加载后成为 悬臂梁的受力状态。 在钢筋混凝土双悬臂梁试验系统中，应变、挠度以及荷载是其主要的测试内容。论文 通过对基础理论的探讨，阐述了本课题采用的应变、挠度以及外加荷载的测量方法，介绍 了在本开发试验中所用的b x l 2 0 3 a a 型电阻应变片、y d - 2 8 a 型动态电阻应变仪、 p c l ，$ 1 2 p ( 3 数据采集卡、d a l 3 0 型差动变压器式位移传感器和配套使用的数据采集器、 以及恒载试验机和钢筋混凝土双悬臂梁试验装置，同时还使用v m m lb a s i c 语言开发了测 试和控制用的程序 另外，本课题还设计并制作了一些试验粱用于验证这套试验系统。 最后，使用这套试验系统对所设计的试验粱进行了验证性的加载试验。试验表明：( 1 ) 设计的加载装置能够实现加载试验，桑的受力状态处于双悬臂状态；( 2 ) 实现了预先确定 的试验功能，试验系统可以对试验中的应变、挠度以及外荷载数据进行采集与保存；( 3 ) 可 以用来为教学与科研进行相关试验服务。 关键词：钢筋混凝土双悬臂梁：试验系统；应变；挠度；荷载 d e v e l o p m e n to ft e s ts y s t e mo f r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t ht w o c a n t i l e v e r s a b s t r a e t b e a m sw i t ht w oc a n t i l e v e r sw e r ew i d e l ya p p l i e di np r o d u c t i o n ，o u rl i f ea n de n g i n e e r i n g a l t h o u g hag r e a td e a l w o r kh a v e b e e nd o n et ot h e o r e t i c a lr e s e a r c ho fb e a m sw i t ht w o c a n t i l e v e r ss t r u c t u r e w ep a i da t t e n t i o nt ot e s ts y s t e m su s e di nb e a m sw i 也t w oc a n t i l e v e r s m e c h a n i c st e s tl e s s a n ds c h o o l ，i n c o r p o r a t e dt e a c h i n ga n dr e s e a r c h i n g , n e e d e dt h i ss m a l lo r m e d i u mo c t a v ot e s ts y s t e mt od e v e l o pt e a c h i n ga n dr e s e a r c h i n g s oj o i n i n gi nt h i sd e v e l o p m e n t i t e mo ft e s ts y s t e me s t a b l i s h e db ys c h o o l ，t h et h e s i sa i m e dt od e v e l o pas e to fs i m p l e ， e c o n o m i c a la n da p p l i c a b l et e s ts y s t e mo fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t ht w oc a n t i l e v e r st o s e r v ef o rt e a c h i n ga n dr e s e a r c h i n g ，a n dm a k ei tap o w e r f u ls u p p l e m e n ti ns t r u c t u r a le x p e r i m e n t f i e l d i nr e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p m e n to ft h i st h e s i s ，as u i to ft w oc a n t i l e v e r se x p e r i m e n t a t i o n d e v i c ew a sd e s i g n e da n dd o n ei nt h i st h e s i sf o rm a k i n gs t r e s sa n dd i s t o r t i o no f c a n t i l e v e re n do f t e s tb e a ma c c o r d e dw i t hs t r e s sa n dd i s t o r t i o no fc a n t i l e v e rb e a mj l lt h e o r y , t h ed e v i c ew a su s e d t op u te x t r ar e s t r i c t i o no nt e s tb e a m sa n dm a d et e s tb e a m sb ei np r e s s e ds t a t ea c c o r d e d 、i t l c a n t i l e v e rb e a m i nt e s ts y s t e mo fr e i n f o r c e dc o n c r e t ed o u b l ec a n t i l e v e rb e a m s ，s t r a i n 、d e f l e c t i o na n dl o a d w e r e p r i n c i p a le x p e r i m e n t a l c o n t e n t s n et h e s i se x p o u n d e ds t r a i n - m e a s u r i n gm e t h o d , d e f l e c t i o n - m e a s u r i n gm e t h o da n ds t r a i n - m e a s u r i n gm e t h o du s e di nt h et e s ts y s t e mb yp r o b i n g i n t ob a s i ct h e o r y , a n di n t r o d u c e db q l 2 0 - 5 a as t i a i ng a u g e 、y d - 2 8 ad 珊a m i er e s i s t a n c es t u n g a g ea n dp c l 一8 t 2 p gd a t aa c q u i s i t i o nc a r d 、d a 3 0l ta n dm a t i n gd a t ac o l l e c t o r 、 c o n s t a n tl o a dm a c h i n ea n de x p e r i m e n t a t i o ne q u i p m e n to fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t ht w o c a n t i l e v e r su s e di nt e s t 。i na d d i t i o n , t h et h e s i sa l s op r o g r a m m e d 谢t l lv i s u a lb a s i cf o rt e s ta n d c o n t r 0 1 i na d d i t i o n ，s o m et e s tb e m m ，u s e df o rv e r i f y i n gt h et e s ts y s t e m ，w e d e s i g n e da n dm a d e i nt h ee n d ，w ed i dav a l i d a t i n gt e s tt h a tt h eh o m e m a d ee x p e r i m e n t a lb e a m sw o r el o a d e d w i t ht h i st e s ts y s t e m 啊1 ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e d ：( 1 ) l o a d i n ge q u i p m e n tc o u l da f f o r d l o a de x p e r i m e n t a t i o n , b e a r i n gs t a t u so fb e a mw 嬲i ns t a t u so ft w oc a n t i l e v e r s ；( 2 ) a c h i e v i n g e x p e c t i n gt e s tf u n c t i o n , t e s ts y s t e mc o u l db eu s e dt om e 2 1 $ u r ea n ds a v ed a mo f s t r a i n ，d e f e c t i o n a n dl o a di ne x p e r i n a e n t a t i o n ；( a ) m i g h t 帆f o rt e a e h i n ga n d 她艇c h i n gb yp r o c e e d i n g c o r r e l a t i v et e s t s k e y w o r d s ：r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m s 、v i 也t w oc a n t i l e v e r s l t e s ts y s t e m ；s t r a l n ；d e f l e e t i o n ； 1 0 a d c h e ny e n g e h a o ( f o r e s te n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o h n a n gx i n 致谢 本文是在导师黄新教授的悉心指导下完成的，导师在选题，研究方案实施及论文撰 写、定稿的过程中倾注了大量的心血和精力导师严谨的治学态度、渊博的学识、对本 学科的前瞻意识争为人为学的优秀品格，潜移默化地影响着我、熏陶着我，令我终生受 益。三年来，导师在学业上在对我谆- 淳辛t - 6 、辛勤地付出，在日常生活中无微不至地关 怀和照顾我在此表达我对他最衷心的感谢和最诚挚的敬意! 同时，由衷地感谢交通土建教研室的扬明明老师和李国芬老师，感谢他们三年来对 我的关心和爱护! 在论文的试验研究过程中，土木工程学院张大中高级实验师在试验仪器和试验开展 中等方面做了大量工作，付出了辛勤的劳动，在此表示特别的感谢l 另外，还要感谢南京荣辉仪器设备公司对试验的大力支持，以及在攻读研究生期间 各位老师、同学和朋友的热忱帮助和支持 陈永超 2 0 0 5 年4 月 1 i 研究的目的和意义 l前言 钢筋混凝土粱在国民经济各部门应用非常广泛，作为钢筋混凝土梁之一的钢 筋混凝土双悬臂梁，它的受力、变形以及最终破坏状态，在理论上已经做了许多 的分析与推导。由于各方面的原因，理论上的分析不可能或很难考虑到所有的因 素，尤其是钢筋混凝士属于各向异性材料，使得钢筋混凝土双悬臂梁在荷载或其 它因素的作用下，其变形与裂缝会表现出很大的随机性，故实际数据常常与理论 分析的结果有一定的差异，所以一定的试验验证是对理论分析的有益补充。通过 试验，可以在一定程度上弥补理论分析的缺陷，而进行试验工作，需要有相应试 验设备和检测装置来完成。通过试验能够对钢筋混凝土悬臂梁的性能和特点有进 一步的认识和了解，作为教学单位，它能更好地使学生了解其特性，加深对钢筋 混凝土悬臂粱的认识和印象，所以本课题豹目的是结合我校教学需求及试验条件 和经费有限的实际情况研制开发一套适合教学和科研使用的钢筋混凝土双悬臂 试验系统，以便在教学过程中使学生更好地理解钢筋混凝土双悬臂粱的性能和特 点，同时也可以结合工程上的试验与科学研究的需要，为工程实践服务。 该系统以钢筋混凝土双悬臂梁为研究对象，主要由加载装置和数据采集系统 两部分组成：加载设备包括恒载试验机和双悬臂粱试验装置：数据采集与处理系 统包括电阻应变片、位移传感器、压力传感器、动态电阻应变仪、模数转换卡、 计算机以及用v is u a lb a s ic 语言自行开发的控制程序。和用这套试验系统能够 实现对钢筋混凝土双悬臂梁的分级加载、卸载试验，并且在此过程中可以通过开 发的程| 芋对试验梁进行数据的采集，从而直接或间接地测量到钢筋混凝双悬臂 梁在受力时各个截面的剪力、弯矩、应力、应变、挠度等指标，并保存试验结果。 将这套试验系统作为一个开发工具，结合其它的试验方法或技术( 如正交试 验设计方法，有限元方法，模型试验或模态试验等) ，就可以更加有效地发挥这 套试验系统的用途，可以进彳亍其它相类似的试验研究，充分利用其使用范围。 因此，研制开发这套试验系统，无论对于教学、科学研究还是工程实践，都 具有很大的现实意义。 1 2 国内外的研究现状 我国的桥梁结构有着光辉灿烂的历史。古代，桥粱结构技术直在世界遥遥 领先。但是，近代以后，我们国家的桥梁结构建设渐渐地落在了世界其他发达国 家的后面，试验设备和试验技术也相对落后。解放以后，尤其是改革开放以来， 我们国家对桥粱结构建设的投入逐渐加大，技术水平也得剥了快速提高，有些技 术已达到世界先进水平。 1 9 5 3 年，长春市对2 5 3 m 高的输电铁塔进行了原型结构的检验性试验，加载 设备采用吊盘内安装铁块作垂直荷载，水平荷载是采用人工绞车施加，铁塔主要 杆件的应变当时只能用机械式杠杆引伸仪来量测，铁塔的水平位移则用经纬仪观 测。 早期的结构动力试验工作主要是科学研究机构研制一些小型振动台和起振 设备，用它们对建筑物、高炉及水坝等结构模型进行动力试验，以后又研制出了 脉动测量仪，开始对新丰江、恒山等地的大型水坝工程实地进行了脉动观察和测 量。6 0 年代后又研制出了我国第一批工程强震加速度计。 随着经济和科学技术的发展，人们从不同角度对土木工程结构提出了更高的 要求，促进了结构试验技术的发展。大型结构试验机就是一种在室内进行大型结 构试验的专门设备，比较典型的是结构长柱试验机和疲劳试验机。目前国内普遍 使用的长柱试验机的最大吨位是5 0 0 0 k n ，试件最大高度可达3 m 。国外有高达7 m 净空、最大荷载为1 0 0 0 0 k n 甚至更大的结构试验机。日本最大的大型结构构件万 能试验机的最大压缩荷载为3 0 0 0 0 k n ，最大抗拉荷载为1 0 0 0 0 k n ，试验机高达 2 2 5 m ，四根工作立柱问净空为3 m x 3 m ，可进行高度为1 5 m 左右构件的受压试验， 最大跨度为3 0 m 构件的弯曲试验。这类大型结构试验机还可以通过专用的中间接 口与计算机相连，由程序控制自动操作，此外还配有专门的数据采集和处理设备， 试验机的操纵和数据处理能同时进行。结构疲劳试验机可做正弦波形荷载的疲劳 试验，也可做静载试验等结构疲劳试验机主要由脉动发生系统、控制系统和千 斤顶工作系统三部分组成。目前国内使用的p m e - 5 0 a 型疲劳试验机，频率可在 1 0 0 5 0 0 次m ir l 内任意选择，同类型的还有瑞士的h m s e l e r 机等。 近年来，随着自动控制和电液伺服加载系统在结构试验中的广泛应用，从根 本上改交了试验加载的技术，由过去的重力加载逐步改进为液压加载，进而过渡 到周期反复加载、拟动力加载及模拟随机振动台加载等。在试验数据的采集和处 理方面，实现了测量数据的快速采集、自动化记录和数据自动处理分析等。计算 机使人们能更好地进行结构试验，加深对客观事物的理解。计算机控制的多维地 震模拟振动台可以实现地震波的人工再现，模拟地面运动对结构作用的全部过 程；与计算机联机的拟动力伺服加载系统可以帮助人们在静力状态下测量结构的 动力反应；由计算机完成的各种数据采集和自动处理系统可以准确、及时、完整 地收集并表达荷载与结构行为的各种信息。 国内钢筋混凝土悬臂粱试验体系普遍采用静力加载装置，利用重物或液压千 斤顶分级加载卸载。这种方法的优点是加载设备相对来说比较简单，荷载可以逐 步施加，便于控制加卸载速度，还可以停下来观察分析结构变形状况。这种方法 的缺点是不能反映应变速率对结构的影响试验体系的数据采集大多采用应变电 测技术，也有一些用光纤传感器作为敏感元件试验数据处理通常也是通过计算 机进行的。 目前结构试验正在向智能化、模拟化方向深入发展，不断引用现代科学技术 发展的新成果来解决应力、位移、裂缝、内部缺陷及振动的测量问题，正在广泛 开展结构模型试验理论与方法的研究、计算机模拟试验及结构非破损试验技术的 2 研究等。 国外比较成熟的系统是美国桥梁诊断公司开发研制的b d i s t s 桥梁结构测试 系统，这套系统主要应用于桥梁或其它结构上完成快速的“半静态”荷载试验和 低频动力测试试验，一旦活荷载作用于结构上，b d i s t s 系统就能够快速的得到 结构的应变反应。该系统已经成功地测试了1 5 0 个不同类型的结构。b d i s t s 桥 梁结构测试系统的硬件由主机和计算机、测试通道及应变传感器组成，软件所包 含的主要计算程序有m - g e n 、a u t o c a d 、d x f 2 s a c 、s a c 和b d i g r f 。该系统的测试 工作主要是以车辆作为活荷载作用于桥梁结构上，通过高精度的数据采集系统快 速得到结构的应变反应，而且所有现场记录的数据都是连续的，这样可以保证不 遗漏所钡4 结构的重要信息，在必要的情况下还可以得至结构的动力作用信患。该 系统的用途非常广泛，可以用于钢、木、混凝土等结构构件。 目前，国内也有许多大专院校与科研单位在从事该领域的研究。我国清华大 学土木工程研究中心于2 0 0 4 年开发出一套比较成熟的简支粱试验系统。澳门大 学的结构及建筑材料实验宣开发了一套3 0 0 k n 承载力的自动平衡加载框架、带手 动控制的液压活塞千斤顶系统：加载框架可适用于典型的钢结构和钢筋混凝土梁 试验，框架柱上的钻孔可便于试验布置灵活设置框架可以针对不同的试验结构 构件而改变。框架的加载能力可达到1 0 0 0 k n 。荷载、挠度和应变的测试可通过 数据获取系统( m e a s u r e m e n tg r o u ps y s t e m5 0 0 0 ) 来完成。这套系统可与电脑 连接来存储和显示试验过程中的试验数据。 虽然在科研和实际工程中试验系统和测试技术得到了比较快的发展，但是适 用于教学和科研的钢筋混凝土双悬臂粱的试验系统还不多见，所以想通过本课题 的研究对其加以开发，以便钢筋混凝土双悬臂粱的试验应用于教学和科研上。 本课题在研制开发钢筋混凝土双悬臂粱试验系统的过程中，借鉴和汲取了与 之相似的测试体系的经验和长处。 2 双悬臂梁试验装置的设计与加工制作 双悬臂梁试验系统的加载装置由恒载试验机和双悬臂梁试验装置所组成，该 加载装置以恒载试验机为平台，双悬臂粱试验装置则被安装在恒载试验机上。其 中，恒载试验机为我院实验室现有设备，它由南京林业大学土木工程学院试验中 心和南京荣辉仪器设备公司联台研制，而双悬臂梁试验装置则是按照本课题的要 求而专门研制加工的。它的主要作用是固定试验粱的中间部分，对其旖加人为的 约束，使试验梁在支座处的受力与变形在理论上同悬臂梁固定端的受力与交形相 符合。 2 1 恒载试验机 恒载试验机是本试验系统的主要加载装置，用来向双悬臂试验梁施加载荷。 恒载试验机只能对试验粱进行对称加载。如果对试验梁进行非对称加载则会对恒 载试验机的液压缸造成损伤，从而影响荷载读数的精确度，特别严重时甚至会破 坏液压缸。 2 1 1 主要结构 恒载试验机的结构如图2 一l 所示，主要由以下三部分组成： 1 上横粱2 立柱3 荷载分配粱4 活动支座5 试验粱6 活动支座 7 固定支座 8 底座9 压力传感器i o - 液压缸t t 一高压软管 1 2 - 压力表 13 - 溢流阍 1 4 - 换向阀1 5 - 变频电机1 6 - 液压传感器 圈2 1恒载试验机结构示意图 ( 1 ) 机架部分：由上横梁、立柱、荷载分配梁、活动支座、固定支座及底座组成。 ( 2 ) 液压系统：由液压缸( 5 0 t 分离式油压千斤顶) 、高压泵站、溢流阎、节流阀、 液压单向褥、换向阀、变频电机及高压软管等组成， ( 3 ) 铡控系统：由液压传感器、变频器、显示屏、操作键盘及单板机组成。 2 1 2 主要技术参数 1 机架部分 ( 1 ) 可容试件高度：6 0 0 m m 2 液压系统 ( 1 ) 活塞行程：1 2 0 m m ： 3 测控系统 ( 2 ) 允许荷载：5 0 0 k n ( 2 ) 活塞 审出速度：0 。4 0 6 2 m m m i n 液压传感器测量范围：0 5 0 0 k n ( 由高压泵站提供两个接口：主控系统使用 3 0 m p a 的液压传感器，量程o 5 0 0 k n ；辅助控制系统使用6 m p a 的液压传感器， 量程o l o o k n ) 2 2 钢筋混凝土双悬臂梁试验装置 本课题中的试验粱在加载前并不是悬臂结构，因此需要专门的试验装置来增 加入为的外加约束，使试验梁悬臀部分的受力和变形与理论上悬臂粱的受力与变 形相符，从而使试验梁在加载后为悬臂受力状态。 2 2 1 主要结构与工作原理 双悬臂梁试验装置实物照片见图2 2 ，结构组成如图2 3 所示，主要由分段 式承压板、拉杆、可调节式移动支架、压力传感器等零部件组成刚性支撑，与恒 载试验机组装成一体构成本试验装置。 图2 - 2 双悬臂粱试验装置实物图 5 f 硼一 一曼五至歹 孓、硒- 、 1 - 垫块2 球形支座3 拉杆4 柱形支座5 可调节式移动支架 6 底座7 位移传感器8 试验粱9 承匿板l o - 活动压头 l1 活动粱 1 2 - 电动项1 3 - 立柱t 4 上横粱15 、1 6 - 压力传感器 圈2 3双悬臂粱试验装置 双悬臂梁试验装置的工作原理为： ( 1 ) 由可调节式移动支架，按照试验梁的悬臂长度调整其纵向间距，支撑并 调平悬臀梁。在悬臂梁的底部可安装位移传感器，加载后位移传感器就会自动测 量出悬臂梁挠度的大小。在悬臂粱和两个可调节式移动支架之间则分别安装了一 个球形支座和一个柱形支座( 见图2 - 4 和圈2 - 5 ) ，这两个支座之间呈三点式接 触，当加载时可以自动调平试验粱。 图2 - 4 球形支座图2 5 柱形支座 ( 2 ) 每片分段式承压板用两根拉杆牢牢媳固定在恒载试验祝的底座上与其形 6 成刚性连接，从而增加人为的约束，以克服试验梁受力过程中所产生的反作用力， 使试验梁悬臂端的受力和变形在理论上同悬臂梁相同。 ( 3 ) 每片承压板下面安装一只可调节高度的压力传感器，压力传感器与悬臂 梁的顶面接触，旋动调节手轮可以设定压力传感器与悬臂梁的初始压力值，并在 多通道荷载显示仪上显示出来。在被加载过程中，每个压力传感器都会同步自动 测出试验梁中间部分所受到的作用力并显示出来，以便获得其它相关参数。 ( 4 ) 在梁的加载位置安装了一个球形压头，保证对试验梁施加的荷载在铅垂 线上。 2 2 2 试验装置的主要技术参数 表2 - 1 ：试验装置的主要技术参数 序号项目技术参数 1 承压板所能承受的作用力两根拉杆固定后承受拉力8 0 k n 2单间荷载传感器允许荷载 o 5 0 0 0 k g 3五通道荷载显示仪 显示精度：1 ；分辨率：l k g 4 可移动支架的高度调节范围 0 1 2 0 r a m ( 其中含垫板4 0 m m ) 5 悬臂梁允许外形尺寸2 0 0 0 x 2 2 0 3 0 0 m m ( 长x 宽x 高) 2 2 3 试验装置的使用参数 ( 1 ) 当五个压力传感器预设压力调整结束后，应取下手轮，以增加活动粱下 移的空间。 ( 2 ) 在加载过程中，试件开裂破坏后即可结束试验，活动梁下移位移不得超 过5 0 r a m ，谨防活动粱压到压力传感器上。 ( 3 ) 可调节式移动支架的调节高度不得超过7 0 r a m ，即总高度不得超2 4 5 m m ， 否则会压坏螺旋，当试件高度小时可增加一个垫块。 双悬臂试验梁的设计与制作 设计制作双悬臂试验梁的主要目的是为了验证这套试验装置能否正常运行， 同时也可以验证悬臂梁不同的斜截面破坏形态。 悬臂梁的斜截面破坏形态一般有斜拉、剪压和斜压三种。影响斜截面抗剪强 度的主要因素有：剪跨比；混凝土标号；箍筋及纵向钢筋的配筋率。在本 课题中，混凝土标号事先已经确定且在试验中不再改变，箍筋及纵向钢筋的配筋 率经配筋计算确定后也不再改变，这样一来每种破坏形态的产生主要由其剪跨比 m 的值所决定。因此按照剪跨比n l 的不同，设计与制作的三种不同配戆的矩形截 面双悬臂试验梁。 在综合考虑了试验装置、加载能力等各方面因素之后，确定双悬臀试验梁的 外形尺寸为：2 0 0 0 m m 2 0 0m m 1 0 0 r a m ；混凝强度等级为c 2 0 ；外加荷载为 p = l 5 k n ( 加载位置在试验粱的最外端，且对称加载) 。 3 1 试验粱的配筋设计 3 1 1 j 牟双悬臂试验粱的配筋设计( 剪跨比m = 3 7 ) l 群试验粱主要用于验证悬臂粱的斜拉破坏。在其它因素确定以后，当试验粱 的剪跨比m 3 、无腹筋或者少腹筋时，悬臂粱会产生斜拉破坏。在经过反复计算 并复核之后，最后确定l 撑试验粱的剪跨拢m = 3 7 。 3 1 。1 1 抗弯钢筋的设计 1 # 粱悬臂端长f = 6 0 0l n l n ； 粱体采用c 2 0 混凝土，抗压设计强度r a = i t m p a ； 主筋采用h r b 3 3 5 级钢筋，抗拉设计强度g g = 3 3 5m p a ； 箍筋采用q 2 3 5 钢筋，抗拉设计强度r g = 2 3 5m , a ； 荷载p = 1 5 k n ，对称受力。 l # 试验梁的受力简图、弯矩图、剪力图见圈3 一l ： 卅队 弯矩图 8 q j 二15 k h 图3 11 # 试验梁的受力简图、弯矩图和剪力图 弯矩蝎= p ，= 1 5 o 6 = 9k n m 。 设口= 3 0 r a m ，贝0h 。= h 一日= 2 0 0 3 0 = 1 7 0 r a m ，得： 蚴= r 口b x ( h 一言) 9 1 0 6 = l i x i o 溉( 1 7 0 一争 x = 5 7 r a m 当玩= 0 5 5 1 7 0 = 9 3 5 r a m 由b 缸= r g a g 得伽百r , b x = 警_ 1 8 7 耐 选2 根直径为1 2 m m 的h r b 3 3 5 钢筋，a g = 2 2 6 m m 2 实际保护层厚度取c ：2 5 研m ，则舭： 一0 + _ 1 3 - 5 j ：2 0 0 一( 2 5 + _ 1 3 - 5 j ：1 6 3 脚坍 剪跨比m = 面m = 面p l = i l = 面6 0 0 = 3 7 。 实际配筋中：= 瓦a g = 而罴= 1 3 8 x = 警= 忑3 3 5 x 2 2 6 = 6 9 m m 劬。= o 5 5 1 7 0 = 9 3 5 m m 舻面5 可面矿2 删 ”。2 黼 尬= 9 k n 所 m 1 、腹筋配置适当或无腹筋时，悬臂梁会产生剪压破坏。在经过 反复计算并复核后，最后确定2 群试验梁的剪跨比m = 2 0 7 。 3 1 2 。1 抗弯钢筋的设计 力。 2 鹕器悬臂端长，= 3 5 0 m m 。 粱体采用c 2 0 混凝，抗压设计强度r a = l i m p a ； 主筋采用h r b 3 3 5 级钢筋，抗拉设计强度匙= 3 3 5 坳口； 箍筋采用q 2 3 5 钢筋，抗拉设计强度r g = 2 3 5m p a ；荷载p = 1 5 k n ，对称受 2 # 试验梁的受力筒图、弯矩图、剪力图见图3 3 ： 受力简图 1 0 d 弯矩图 弯矩 4 = p ，= 15 0 3 52 5 2 5k n , m 。 设c t = 3 0 r a m ，则h 。= h - 口= 2 0 0 3 0 = 1 7 0 r a m ，得： 膨= r b x ( h o 一争 5 2 5 x 1 0 6 = 1 1 1 0 0 x ( 1 7 0 一主) x = 3 l m m 参k = o 5 5 1 7 0 = 9 3 5 r a m 由见b x = 删g 得伽警= 鼍笋：n 4 耐 选2 根直径为1 2 m m 的h r b 3 3 5 钢筋，a g = 1 5 7 m m 2 实际保护层厚度取c ：2 5 m m ，则幻； 一( c + _ 1 1 - 3 ) ：2 0 0 一( 2 5 一_ 1 1 - 3 ) ：1 6 9 m 研， 剪跨。盖= 瓦p = i l = 而3 5 0 = 2 眠 实际配筋中： “：鱼：! ! ! ；o 9 0 加l u u 1 6 ， 工：些：3 3 5 x 1 5 7 = 4 7 8 m m r a b 1 1 1 0 0 埘：5 2 5 k n 此：r 。b x ( h 。一争= l l 1 0 0 4 8 5 ( 1 6 9 一下4 8 5 ) ：7 7 k n m 3 1 2 2 抗剪钢筋的设计 则 试验梁悬臂部分的剪力9 = p = 1 5 k n 上限：9 = 1 5 k n o 0 5 r i b h 。= 0 0 5 1 6 x 1 0 0 x 1 6 9 = 1 3 5 k n 故需要按计算配箍筋，选直径为4 m m 的q 2 3 5 钢筋，如= 2 3 5 m p , , ，力= 2 9 = 1 4 7 t = 6 k ( 2 + p 卜r i r 8 l ：4 7 3 = 1 0 1 6 9 4 ( 2 + 0 9 ) - , f 瓢x 2 3 5 4 7 3 位= o 1 1 枞= 而2 x a k = 勰器翊册 取= 2 0 硎，实际配箍筋率为：肛= 面a k = 而0 i 2 5 丽1 = o 1 2 5 可以承受的剪力为：纵= b h 。4 ( 2 + p ) 尺础4 7 3 = 1 0 1 6 9 以2 + o 9 ) 丽o 0 0 1 2 5 2 3 5 4 7 3 = 】53 七 f 带a 气ni与n 圈3 - 4 2 # 双悬臂试验粱配筋图( 单位：m m ) 3 1 3 了牟双悬臂试验粱的配筋设计( 剪跨比i l l - = 0 9 6 ) 2 中1 0 4 了带试验粱主要用于验证悬臂梁的斜压破坏。在其它因素确定以后，当试 验梁的剪跨比m i 、腹筋配置过多或者腹扳很薄时，悬臂梁会产生斜压破坏。在 经过反复计算并复核后，最后确定j 影试验梁的剪跨比m = 0 9 6 。 3 i 3 i 抗弯钢筋的设计 3 # 梁悬臂长，= 1 6 0 m m 。 梁体采用c 2 0 混凝土，抗压设计强度r a = 1 1 m p a ； 主筋采用h r b 3 3 5 级钢筋，抗拉设计强度如= 3 3 5 坳口； 2 中一 4佩镦 箍筋采用q 2 ，j 钢筋，抗拉设计强度r z = 2 3 5m p a 荷载p = 1 5 k n ，对称受力。 3 # 试验梁的受力简图、弯矩图、剪力图见图3 5 ： 受力简图 m j - 2 4k hm 卜 彳1i 卜 弯矩图 q 严15 k n q f l5 2 “ 剪力图 p 图3 - 53 # 试验粱的受力简圈、弯矩图和剪力图 弯矩蝎= p ，。1 5 0 1 62 2 4k n m 。 设d = 4 0 r a m ，贝0 = h - 口= 2 0 0 4 0 = 1 6 0 m m ，得： 膨= r 加( 托一i x ) 2 4 x 1 0 6 = 1 l 1 0 0 苫( 1 6 0 一 石= 2 4 r a m z 2 s x gl o 。而2 丽叫“d 符合规定。 ( 6 ) 确定砂率 根据选定的水灰比0 4 8 和碎石最大粒径2 0 r a m ， ( 7 ) 计算砂、石用量( 容重法) 先假定试配混凝土的容重yh = 2 4 0 0 k g m 3 ，则 c o 十s o + g o + w o = yh 4 0 6 + s o + g o + 1 9 5 = 2 4 0 0 s o + g o = i8 4 9 初步选择砂率为3 3 。 焘x100=33g 品+ o 一 联立、式，解之得：s o = 6 1 0k g g o21 2 3 9k g 综合上述计算，得混凝土计算配合比1 m 3 混凝土的材料用量为： 水泥：4 0 6 k g ；水：1 9 5 k g ；砂：6 1 0 k g ；石：1 2 3 9 k g 或c o ：w o ：s o ：g o = 1 ：o 4 8 ：1 5 0 ：3 0 5 3 2 2 进行和易性和强度调整 ( 1 ) 调整和易性 经多次调整后，测得坍落度为4 0 m m ，保水性和粘聚性良好。调整后水灰比 w c = 0 4 8 ，砂率为3 6 ，各材料实际用量为： 水泥：4 8 5k g m 3 ；水：2 3 3k g m 3 ：砂：6 0 6k g m 3 ；碎石：1 0 7 6k g m 3 。 令用水量为2 3 3k g m 3 不变，把水灰比调整5 ，也做和易性调整，得w c = 0 4 3 和0 5 3 的混凝各材料实际用量为： w c 10 4 3 i io 5 3 ( 2 ) 校核强度 5 4 22 3 35 6 9 4 4 02 3 36 0 4 1 0 5 6 儿2 3 用o 4 3 、0 4 8 和0 5 3 三个水灰比，分别拌制三组试样，然后做成试块 实测得2 8 d 抗压强度结果见表3 一l ： 表3 1 ：试块2 8 天抗压强度结果 w ，c 平均 0 4 33 0 2 23 0 4 42 9 5 63 0 0 7 o 4 82 8 6 72 8 2 22 9 1 l2 8 6 7 0 5 32 7 3 32 6 2 22 6 6 72 6 7 4 根据配制强度f c u ，t = 2 6 5 8m p a ，故选用水灰比w c = 0 5 3 。 ( 3 ) 计算混凝土实验室配合比 水灰比w c = o 5 3 的混凝土容重实测值为y 。= 2 3 6 0 k g m 3 ，则实验室配 合比l 3 混凝土各材料用董为： 水泥以h _ 4 4 0 恭2 4 3 3 k g 水“h ：2 3 3 筹- 2 2 9 k g 砂：s ，h - 6 0 4 2 2 4 3 。6 0 0 = 5 9 4 k g 石子：g s h = 1 1 2 3 x 淼= l 1 0 4 k g ( 4 ) 计算混凝土施工配合比 由材料试验测得砂的含水率为5 ，石子的含水率非常小忽略不计j 则l m 3 混凝土中各材料用量为： 水泥：c ，。= 4 3 3 k g 水：w ，“= 2 2 9 5 9 4x5 = 1 9 9 k g 砂：s 。= 5 9 4 ( 1 + 5 ) = 6 2 4 k g 石子：g 。“= 1 1 0 4 k g 因此，旃工配合比为： c7 ：w ；s7 ：g = 4 3 3 ：1 9 9 ：6 2 4 ：1 1 0 4 = 1 ：0 4 6 ：1 4 4 ：2 5 5 3 3 试验粱电阻应变, f f 得设置 电阻应变片是应变电测技术中的感受元件，电阻应变片的微小应变会引起其 电阻值的微小变化，丽电阻应变片的微小电阻变化与其应变值成线性关系，所以 只要测出应变片的电阻变化就可以得出应变片的应交值。 电阻应变片在使用前将其粘贴在被测构件上，使其与被测构件连成一体随它 一起变形，因而只要测出电阻应变片的应变值就可以知道构件的应变植。 为了测量试验梁内的钢筋在试验中的应变值，在试验粱浇注以前，将电阻应 交片粘贴在锅筋或者混凝土表面( 使其与钢筋或者混凝土一起变形) ，并与引出 线连接起来。从而通过测量电阻应变片的应变而得到被涮梅件的应变。 当应变片需要粘贴在混凝土表面聪，为了使应交片能够真实地反应混凝土的 应变，在粘贴前，先将粘贴部位的混凝表面用