CN115472245A - 一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，对现有理论进行了修正，通过建立有限元模型对玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的受弯性能进行试验和综合分析，推导出了玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的受弯承载力的计算公式，并将计算结果与实测值比较以验证计算公式的准确性，另外，通过受弯性能试验还得到了玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的最小配筋率和界限平衡配筋率的计算公式。本发明的计算方法为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁在工程中的应用提供了参考。

Description

一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土梁的参数的计算方法。

背景技术

随着现代建筑对混凝土强度和耐腐蚀性要求的提高，超高性能混凝土越来越得到重视。但是，作为超高性能混凝土原材料之一的钢纤维成本较高，超高性能混凝土的原材料若采用成本较低的普通钢筋，普通钢筋在超高性能混凝土中未能发挥其高强、高韧和高耐久性的特性，所以钢纤维混凝土和普通钢筋混凝土在工程上均运用不广。

玄武岩纤维增强复合材料的中文简称为玄武岩，英文简称BFRP，玄武岩筋是纤维增强聚合物的一种，因其极高的抗拉强度、耐腐蚀和抗疲劳特性的优势，可以代替传统普通钢筋，此外，超高性能混凝土中的钢纤维可以有效改善玄武岩筋因弹性模量低而导致其结构裂缝宽变形大等缺陷，凸显钢纤维的作用。有学者研究表明通过裂解废旧轮胎钢丝得到的废旧轮胎钢纤维可以替代传统工业钢纤维，这样不仅可优化混凝土的经济性，而且满足了当今社会对环境友好的要求，实现可持续发展。玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁可作为超高性能混凝土梁的材料，但是对其受弯承载力和配筋率目前并没有明确的计算方法。

发明内容

为解决背景技术中所述的问题，本发明提出一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，该混凝土梁为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤一、实测混凝土梁受弯承载力，得到实测值；

步骤二、建立混凝土梁的有限元模型：通过ABAQUS软件建立混凝土梁的模型并确定混凝土梁的材料本构关系模型；

步骤三、利用有限元模型，施加边界条件和荷载，模拟混凝土梁的受弯试验，获取混凝土梁的受弯承载力的模拟值，将实测值与模拟值对比，若未达到要求，则重复步骤二至步骤三，若达到要求，则有限元模型的准确性可行；

步骤四、推导混凝土梁的受弯承载力的计算公式，并将计算结果与实测值比较，若未达到要求，则重复步骤二至步骤四，若达到要求，则输出受弯承载力的计算公式；

步骤五、根据混凝土梁的模拟受弯试验发生的少筋破坏和超筋破坏，得到最小配筋率和界限平衡配筋率的计算公式。

进一步地，所述步骤二中，材料本构关系模型采用塑性损伤模型，受压本构模型为：

其中，σ_c为混凝土压应力；f_c为混凝土轴心抗压强度；ε_c为混凝土压应变；ε₀为混凝土达到f_c时的压应变；ε_cu为混凝土极限压应变；

受拉本构模型为：

其中，σ_t为混凝土拉应力；f_t为混凝土抗拉强度；E_c为混凝土弹性模量；ε_t0为混凝土峰值应变；ε_tu为混凝土极限拉应变；

玄武岩筋的本构模型为：

其中，σ_f为玄武岩筋应变；E_f为玄武岩筋弹性模量；ε_f、ε_fu为分别是玄武岩筋应变和极限拉应变。

更进一步地，所述步骤三中，混凝土梁的受弯承载力的实测值与模拟值的比值要求≥0.9并≤1.1。

更进一步地，所述步骤四中，混凝土梁的受弯承载力的计算公式为：

其中，M_u为受弯承载力，f_c为混凝土轴心抗压强度，b为梁宽，x为等效后截面受压区矩形应力分布高度，h₀为截面有效高度，f_t为混凝土轴心抗拉强度，h为梁高，a_f为截面受拉边缘混凝土到玄武岩筋合力点的距离。

更进一步地，所述步骤四中，混凝土梁的受弯承载力的计算值与实测值的比值要求≥0.9并≤1.1。

更进一步地，所述步骤五中，最小配筋率为：

其中，ρ_min为最小配筋率，f_t为混凝土轴心抗拉强度，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值；

界限平衡配筋率为：

其中，ρ_b为界限平衡配筋率，A_f为玄武岩筋截面面积，b为梁宽，h₀为截面有效高度，ξ_b为界限相对受压区高度，α、β为截面设计系数，f_c为混凝土轴心抗压强度，k为拉应力等效系数，f_t为混凝土轴心抗拉强度，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值，h为梁高。

本发明与现有技术相比，提供的计算方法对现有理论进行了修正，通过建立有限元模型对玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的受弯性能进行试验和综合分析，推导出了玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的受弯承载力的计算公式，并将计算结果与实测值比较以验证计算公式的准确性，另外，通过受弯性能试验还得到了玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的最小配筋率和界限平衡配筋率的计算公式。本发明的计算方法为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁在工程中的应用提供了参考。

附图说明

图1为混凝土梁受弯承载力试验示意图。

图2为机电百分表测点布置图。

图3为钢筋应变片和混凝土应变片的粘贴位置示意图。

图4为混凝土梁材料的本构关系模型，其中图4(a)为玄武岩筋的本构关系模型，图4(b)为HPB300的普通钢筋的本构关系模型。

图5为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的应力应变模型，其中图5(a)为截面形式，图5(b)为应变分布，图5(c)为应力分布，图5(d)为等效矩形应力分布。

其中：Q-千斤顶；J-机电百分表；G-钢筋应变片；H-混凝土应变片；B-玄武岩筋。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅做举例而已，同时通过说明，将更加清楚地理解本发明的优点。本领域的普通的技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。实施例中所述的位置关系均与附图所示一致，实施例中其他未详细说明的部分均为现有技术。

实施例

制备5根玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁，混凝土梁的规定尺寸为120mm×200mm×2000mm，尺寸偏差均在2％之内，按照规范Ⅰ类环境要求，设立15mm的保护层厚度，箍筋间距为100mm，左右两端各设立8个箍筋，纯弯段不设立箍筋。

下面对其受弯承载力和配筋率进行计算。

1.混凝土梁受弯承载力的测试

根据《混凝土结构试验方法标准》GB/T 50152-2012的要求和预估极限荷载值，采用100T万能试验机进行试验，试验示意图如图1所示。

试验方法为：

(1)预加载：为了加载设备正常工作并保证加载点与试验梁充分接触，需要进行预加载。预加载的基本原则是不能影响试验梁的承载能力，所以预加载最大值不得超过开裂荷载理论计算值的一半，分两次加载，若发现加载点与试验梁中间留有空隙，需填砂补平，确认一切正常后，卸载至零。

(2)正式加载：采用分级荷载加载方式，加载速率控制为0.2kN/s，荷载步距为每级10kN，接近开裂荷载理论值时，将荷载步距改为每级2kN，当梁开裂后改为每级5kN，每级荷载持续时长为5min，持荷期间观测裂缝演化情况并及时测其宽度。

(3)失效准则：当机电百分表J示数迅速增大，荷载值不再增加或增加缓慢，则表明试验梁临近破坏。此时降低加载速率，打开录像机记录梁体破坏全过程。当梁加载点处超高性能混凝土被压碎或下部混凝土开裂过大，则认为梁体已经失去承载能力，结束试验。

数据采集方法为：

(1)荷载：采用加载设备自带的压力传感器采集荷载数据，尤其记录好开裂荷载和极限荷载。

(2)试验梁挠度：通过机电百分表J测量挠度，在跨中下端中点、跨中下端中点左右各300mm处和两端支座顶部各安放一个机电百分表，一共5个，其测点布置图见图2。

(3)玄武岩筋应变：通过钢筋应变片G测量玄武岩筋应变，钢筋应变片在试验梁浇筑前就已经粘贴完毕，钢筋应变片G的粘贴位置见图3。

(4)混凝土应变：通过混凝土应变片H测量混凝土应变，在试验梁其中一侧跨中上下等间距布置5个混凝土应变片H，混凝土应变片H的粘贴位置见图3。

(5)裂缝：将试验梁表面用腻子刷白，任取一面用墨盒线弹出边长为50mm的正方形网格，持荷阶段用黑色马克笔记录裂缝的演化过程，按照裂缝产生的先后顺序进行标号并在裂缝端部标记当前荷载值；用裂缝观测仪测量缝宽，将每级荷载对应的裂缝宽度记录在记录表上。

5根玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的开裂荷载F_cr和极限荷载F_u见表1。

表1混凝土梁的试验结果

2.建立玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的有限元模型

通过ABAQUS建立有限元模型，为了可以全面分析混凝土的压碎或拉裂的行为，超高性能混凝土的本构模型采取塑性损伤模型，其特点就是可以很好的模拟出混凝土的脆性特征。

受压本构模型见式(1)，受拉本构模型见式(2)，玄武岩筋的本构模型见式(3)，本构关系模型见图4(a)；混凝土梁的架立筋和箍筋是型号为HPB300的普通钢筋，本构关系模型视为理想弹塑性模型，见图4(b)。

式中，σ_c为混凝土压应力；f_c为混凝土轴心抗压强度；ε_c为混凝土压应变；ε₀为混凝土达到f_c时的压应变；ε_cu为混凝土极限压应变。

式中，σ_t为混凝土拉应力；f_t为混凝土抗拉强度；E_c为混凝土弹性模量；ε_t0为混凝土峰值应变；ε_tu为混凝土极限拉应变。

式中，σ_f为玄武岩筋应变；E_f为玄武岩筋弹性模量；ε_f、ε_fu为分别是玄武岩筋应变和极限拉应变。

3.验证有限元模型的准确性

利用有限元模型，施加边界条件和荷载，模拟混凝土梁的受弯试验，获取混凝土梁的抗弯承载力的模拟值，将实测值与模拟值对比，本实施例中要求实测值与模拟值的比值≥0.9并≤1.1。

5根玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的抗弯极限承载力的模拟值与实测值见表2，通过表2可知，该有限元模型的准确性可行。

表2混凝土梁的抗弯极限承载力模拟值与实测值对比

混凝土梁编号	实测值/kN	模拟值/kN	实测值/模拟值
				①	142.98	158.5	0.90
②	145.70	156.8	0.93
				③	152.60	153.2	1.00
④	138.42	148.3	0.93
				⑤	132.84	144.8	0.92

4.玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的受弯承载力计算公式

4.1基本假定

(1)玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的应力应变模型见图5所示。

(2)玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁在整个受弯过程中符合平截面假定。

(3)玄武岩筋应力-应变

根据玄武岩筋的材料试验，其应力-应变关系见式(4)：

式中，σ_f为玄武岩筋拉应力；E_f为玄武岩筋弹性模量；ε_f为玄武岩筋拉应变。

(4)参照理想弹塑性钢纤维混凝土本构模型，玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁受压应力-应变关系见式(5)：

式中，σ_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应力；f_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁轴心抗压强度；ε_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应变；ε₀为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁达到f_c时的压应变，根据《活性粉末混凝土结构技术规范》(DBJ43/T325-2017)取值为ε₀＝0.0025+(f_cuk-100)×10^-5；ε_cu为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁极限压应变，根据《活性粉末混凝土结构技术规范》(DBJ43/T325-2017)取值为ε_cu＝0.0042-0.3×(f_cuk-100)×10^-5。

(5)忽略玄武岩筋与玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁之间的粘结滑移作用。

4.2混凝土梁正截面受压区应力图形等效

受压区玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁合力为：

式中，C为受压区混凝土合力，b为梁宽，σ_c为距中性轴y处的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应力，ε_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应变。

混凝土梁正截面符合平截面假定，其中性轴上y处的混凝土压应变ε_c为：

式中，ε_cu为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁极限压应变，根据《活性粉末混凝土结构技术规范》(DBJ43/T325-2017)取值为ε_cu＝0.0042-0.3×(f_cuk-100)×10^-5。

则中性轴到受压区混凝土合力的距离为：

其中，y_c为中性轴到受压区混凝土合力的距离，x_c为试验梁极限状态下受压区混凝土高度，σ_c为距中性轴y处的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应力，ε_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应变。

玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁受压区的应力应变曲线围成的面积形心到中性轴的距离yu，则有：

其中，ε_cu为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁极限压应变，_σc为距中性轴y处的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应力，ε_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应变。

令

可得到受压区玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的弯矩为：

M_c＝C(y₀+h₀-x_c)＝k₁f_cbx_c[h₀-(1-k₂)x_c]＝αf_cbβx_c (10)，

式中，C为受压区混凝土合力，y₀为中性轴到受压区混凝土合力的距离，h₀为截面有效高度，x_c为试验梁极限状态下受压区混凝土高度，f_c为混凝土轴心抗压强度，b为梁宽，α、β为截面设计系数。

将(7)带入(6)，可得受压区混凝土合力C为：

式中，C为受压区混凝土合力，ε_u为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁极限压应变，σ_c为距中性轴y处的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应力，ε_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应变，b为梁宽，x_c为试验梁极限状态下受压区混凝土高度，f_c为混凝土轴心抗压强度。

将(7)带入(8)，可得受压区混凝土合力C到中性轴的距离为：

式中，y_c为中性轴到受压区混凝土合力的距离，x_c为试验梁极限状态下受压区混凝土高度，σ_c为距中性轴y处的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应力，ε_c为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁压应变，b为梁宽，y_u为混凝土梁受压区的应力应变曲线围成的面积形心到中性轴的距离，ε_u为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁极限压应变。

由图5所示的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的应力应变模型和式(10)、式(11)可得：

β＝2(1-k₂) (13)，

式中，β为截面设计系数，

整理可得：

式中，α、β为截面设计系数，

由式(5)的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的本构模型方程可得：

ε₀为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁达到f_c时的压应变，根据《活性粉末混凝土结构技术规范》(DBJ43/T325-2017)取值为ε₀＝0.0025+(f_cuk-100)×10^-5；ε_cu为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁极限压应变，根据《活性粉末混凝土结构技术规范》(DBJ43/T325-2017)取值为ε_cu＝0.0042-0.3×(f_cuk-100)×10^-5，将玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的立方体抗压强度f_cuk代入上述取值中即可得到ε₀和ε_cu的值，本实施例的玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁中，废旧轮胎钢纤维与传统工业钢纤维的比例为6:4，该比例为混杂钢纤维的常见配比，测得立方体抗压强度f_cuk＝159.8MPa,计算得到ε₀＝0.003098，ε_cu＝0.04182。

将ε₀＝0.003098，ε_cu＝0.04182带入式(15)和(16)，可得k₁＝0.743，k₂＝0.593。

将k₁＝0.743，k₂＝0.593带入(13)和(14)，可得α＝0.91，β＝0.81。

说明等效后截面受压区矩形应力分布高度为x＝0.81x_c，分布应力值为0.91f_c。

4.3混凝土梁正截面受拉区应力图形等效

受拉区玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝梁高度取截面中性轴以下部分：

式中，h为梁高，x_c为试验梁极限状态下受压区混凝土高度，β为截面设计系数。

根据截面力的平衡条件有：

α₁f_cbx＝f_fyA_f+kf_tbx_t (18)，

式中，f_c为混凝土轴心抗压强度，b为梁宽，x为等效后截面受压区矩形应力分布高度，f_fy为玄武岩筋名义屈服强度值，取f_fy＝0.8f_fu；f_fu为玄武岩筋的抗拉强度；A_f为玄武岩筋截面面积；k为拉应力等效系数。

对玄武岩筋合力作用点取矩的弯矩平衡条件：

式中，f_c为混凝土轴心抗压强度，b为梁宽，x为等效后截面受压区矩形应力分布高度，h₀为截面有效高度，f_t为混凝土轴心抗拉强度，a_f为截面受拉边缘混凝土到玄武岩筋合力点的距离，α为截面设计系数，k为拉应力等效系数，f_t为混凝土轴心抗拉强度。

联立(17)、(18)和(19)，可得：

其中，α、β为截面设计系数，f_c为混凝土轴心抗压强度，b为梁宽，x为等效后截面受压区矩形应力分布高度，h为梁高，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值，A_f为玄武岩筋截面面积，a_f为截面受拉边缘混凝土到玄武岩筋合力点的距离，M_u为受弯承载力。

将(20)算得的x值代入式(18)，可以得到各个玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁拉应力等效系数k，见表3。

表3各混凝土梁拉应力等效系数k

在实际应用中，对于该玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁，拉应力等效系数可统一取一个安全值，k＝0.4。

4.4梁正截面的受弯承载力计算公式

由上述分析可以推导得到玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的受弯承载力的计算公式为：

其中，M_u为受弯承载力，f_c为混凝土轴心抗压强度，b为梁宽，x为等效后截面受压区矩形应力分布高度，h₀为截面有效高度，f_t为混凝土轴心抗拉强度，h为梁高，a_f为截面受拉边缘混凝土到玄武岩筋合力点的距离。

对5根玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的抗弯极限承载力的实测值与公式(21)的计算值进行对比，本实施例中要求计算值与实测值的比值≥0.9并≤1.1。

5根玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的抗弯极限承载力的实测值与计算值见表4，通过表4可知，公式(21)的计算值与试验值的比值均≥0.9并≤1.1，比值均值为0.962，标准差0.031，计算值与实测值很接近且比较稳定，符合工程应用，该受弯承载力的计算公式的准确性可行。

表4混凝土梁的抗弯极限承载力实测值与计算值对比

混凝土梁编号	实测值/kN	计算值/kN	实测值/计算值
				①	142.98	117.95	0.93
②	145.70	115.23	0.96
				③	152.60	113.25	1.02
④	138.42	108.53	0.95
				⑤	132.84	105.32	0.95
平均值	/	/	0.962
				标准差	/	/	0.031

5.玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的配筋率计算公式

5.1最小配筋率

受弯试验中，当混凝土梁发生少筋破坏时，混凝土梁尚未充分发挥其超高性能优异的承载力就发生破坏，为了避免少筋破坏，需要对最小配筋率进行控制。

最小配筋率为：

其中，ρ_min为最小配筋率，f_t为混凝土轴心抗拉强度，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值。

5.2界限平衡配筋率

受弯试验中，当混凝土梁发生超筋破坏时，破坏前预兆不明显，属于脆性破坏，为了避免超筋破坏，需要对界限平衡配筋率进行控制。

界限相对受压区高度ξ_b为：

其中，β为截面设计系数，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值，E_s为弹性模量。

当试验梁配筋率超过界限平衡配筋率时，实际相对界限受压区高度ξ＞ξ_b，超筋与适筋梁的界限为ξ＝ξ_b，此时根据截面力的平衡可得：

其中，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值，A_f为玄武岩筋截面面积，k为拉应力等效系数，f_t为混凝土轴心抗拉强度，b为梁宽，h为梁高，f_c为混凝土轴心抗压强度，α、β为截面设计系数。

所以：

其中，ξ_b为界限相对受压区高度，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值，A_f为玄武岩筋截面面积，k为拉应力等效系数，f_t为混凝土轴心抗拉强度，b为梁宽，h为梁高，f_c为混凝土轴心抗压强度，α、β为截面设计系数。

由式(25)可得界限平衡配筋率为：

其中，ρ_b为界限平衡配筋率，A_f为玄武岩筋截面面积，b为梁宽，h₀为截面有效高度，ξ_b为界限相对受压区高度，α为截面设计系数，f_c为混凝土轴心抗压强度，k为拉应力等效系数，f_t为混凝土轴心抗拉强度，β为截面设计系数，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值，h为梁高。

当然，上述计算可供技术参考，在实际应用中，还需要根据混凝土梁实际的截面构造来确定玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁的界限平衡配筋率。

以上结合附图及具体实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、实测混凝土梁受弯承载力，得到实测值；

步骤二、建立混凝土梁的有限元模型：通过ABAQUS软件建立混凝土梁的模型并确定混凝土梁的材料本构关系模型；

步骤三、利用有限元模型，施加边界条件和荷载，模拟混凝土梁的受弯试验，获取混凝土梁的受弯承载力的模拟值，将实测值与模拟值对比，若未达到要求，则重复步骤二至步骤三，若达到要求，则有限元模型的准确度可行；

步骤四、推导混凝土梁的受弯承载力的计算公式，并将计算结果与实测值比较，若未达到要求，则重复步骤二至步骤四，若达到要求，则输出受弯承载力的计算公式；

步骤五、根据混凝土梁的模拟受弯试验发生的少筋破坏和超筋破坏，得到最小配筋率和界限平衡配筋率的计算公式；

所述混凝土梁为玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，其特征在于：所述步骤二中，材料本构关系模型采用塑性损伤模型，受压本构模型为：

其中，σ_c为混凝土压应力；f_c为混凝土轴心抗压强度；ε_c为混凝土压应变；ε₀为混凝土达到f_c时的压应变；ε_cu为混凝土极限压应变；

受拉本构模型为：

其中，σ_t为混凝土拉应力；f_t为混凝土抗拉强度；E_c为混凝土弹性模量；ε_t0为混凝土峰值应变；ε_tu为混凝土极限拉应变；

玄武岩筋的本构模型为：

其中，σ_f为玄武岩筋应变；E_f为玄武岩筋弹性模量；ε_f、ε_fu为分别是玄武岩筋应变和极限拉应变。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，其特征在于：所述步骤三中，混凝土梁的受弯承载力的实测值与模拟值的比值要求≥0.9并≤1.1。

4.根据权利要求2或3所述的一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，其特征在于：所述步骤四中，混凝土梁的受弯承载力的计算公式为：

其中，M_u为受弯承载力，f_c为混凝土轴心抗压强度，b为梁宽，x为等效后截面受压区矩形应力分布高度，h₀为截面有效高度，f_t为混凝土轴心抗拉强度，h为梁高，a_f为截面受拉边缘混凝土到玄武岩筋合力点的距离。

5.根据权利要求4所述的一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，其特征在于：所述步骤四中，混凝土梁的受弯承载力的计算值与实测值的比值要求≥0.9并≤1.1。

6.根据权利要求5所述的一种混凝土梁的受弯承载力和配筋率的计算方法，其特征在于：所述步骤五中，最小配筋率为：

其中，ρ_min为最小配筋率，f_t为混凝土轴心抗拉强度，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值；

界限平衡配筋率为：

其中，ρ_b为界限平衡配筋率，A_f为玄武岩筋截面面积，b为梁宽，h₀为截面有效高度，ξ_b为界限相对受压区高度，α、β为截面设计系数，f_c为混凝土轴心抗压强度，k为拉应力等效系数，f_t为混凝土轴心抗拉强度，f_fy为玄武岩筋的名义屈服强度值，h为梁高。

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