鋼纖維高強(qiáng)混凝土構(gòu)件受剪性能試驗(yàn)研究.pdf

1、自1992年《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS38：92正式頒布以來，鋼纖維混凝土作為一種高性能建筑材料在我國的工程建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展和該規(guī)程與之相銜接的有關(guān)規(guī)范的改編，規(guī)程的有些內(nèi)容與相關(guān)規(guī)范發(fā)生了不協(xié)調(diào)。為此以大連理工大學(xué)為主編單位的編制組根據(jù)中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的要求，編制了《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS38：2004，對原規(guī)程進(jìn)行了全面修訂。該文結(jié)合這次修訂項(xiàng)目，首先針對《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS38：92適用強(qiáng)度等級偏低的問題，進(jìn)行了鋼纖維高強(qiáng)混凝土梁受剪性能專題試驗(yàn)研究。之后，為了克服我國聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)中普遍使用的普通配筋方式的鋼筋混凝土小跨高比連梁(l/h≤2.5)在地震作用下承載力、延性和耗能能力的不足等問題，進(jìn)行了大比尺的鋼纖維高強(qiáng)混凝土連梁抗剪試驗(yàn)研究。 主要工作： 1.在20根鋼纖維高強(qiáng)混凝土梁和2根高強(qiáng)混凝土對比梁的抗剪試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對鋼纖維和箍筋對梁的剪切初裂強(qiáng)度和極限抗剪

3、強(qiáng)度的影響進(jìn)行了定量分析和比較。試驗(yàn)結(jié)果表明鋼纖維在提高梁斜截面初裂強(qiáng)度和限制斜裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展等方面具有很大的優(yōu)勢，但在提高承載力方面的效率不及箍筋。因此以鋼纖維部分地取代箍筋來改善梁的變形性能，推遲斜裂縫的出現(xiàn)并限制其發(fā)展是可行有效的，但是以鋼纖維完全取代箍筋來提高梁的受剪承載力是不合理的。確定了不同品種的鋼纖維對高強(qiáng)混凝土梁的剪切初裂強(qiáng)度和極限抗剪強(qiáng)度的影響系數(shù)βcr和βv，并對之進(jìn)行了比較分析，為《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CEC

4、S38：2004中相關(guān)規(guī)定中βv的修訂提供了依據(jù)。提出了與高強(qiáng)混凝土梁斜截面計(jì)算公式相協(xié)調(diào)的鋼纖維高強(qiáng)混凝土梁的斜截面初裂剪力和極限承載力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式。 2.結(jié)合此次試驗(yàn)的結(jié)果，系統(tǒng)地分析了鋼纖維高強(qiáng)混凝土梁在剪切破壞條件下的變形和延性性能。集中荷載作用下鋼纖維高強(qiáng)混凝土梁破壞形態(tài)的控制條件仍然是剪跨比。在小剪跨比條件下，鋼纖維雖未能改變梁的脆性破壞性質(zhì)，但是隨著ρf的增大，梁的破壞斜截面由一個平整的剪切面變成一個狹窄的剪切破

5、碎帶，改變了梁的破壞形態(tài)。鋼纖維提高了混凝土在剪壓復(fù)合受力狀態(tài)下的強(qiáng)度、韌性和極限變形能力，有效地抑制了梁的斜裂縫的開展，降低了使用荷載下的斜裂縫寬度。鋼纖維的摻入，使得梁的延性和耗能能力均有顯著提高。 3.在修正的壓力場理論(MCFT)的基礎(chǔ)上建立了鋼纖維混凝土梁在彎剪復(fù)合作用下截面分析數(shù)值模型。利用該模型對此試驗(yàn)進(jìn)行了全過程分析，結(jié)果表明，該模型對鋼纖維混凝土梁極限剪力、截面開裂剪力、剪壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變和箍筋應(yīng)變均能給出相當(dāng)

6、精度的預(yù)測值。利用該模型對鋼纖維和箍筋的效率進(jìn)行了比較，得到的規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果一致。 4.根據(jù)9根鋼纖維高強(qiáng)混凝土剪力墻連梁和4根高強(qiáng)混凝土對比連梁的大比尺試驗(yàn)(l/h≤2.5)，詳細(xì)研究了鋼纖維混凝土連梁在低周反復(fù)荷載和靜載作用下的破壞形態(tài)、荷載—位移滯回曲線、鋼筋應(yīng)變、軸向變形和剪切變形。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼纖維摻率ρf是除跨高比和配箍率外影響連梁破壞形態(tài)的又一主要因素，摻入適量的鋼纖維能夠?qū)崿F(xiàn)小跨高比連梁的破壞形態(tài)從脆性的剪切破

7、壞到延性的彎曲破壞的轉(zhuǎn)化。無論是低周反復(fù)荷載作用下還是靜載作用下，摻入鋼纖維都有效地避免了縱向鋼筋保護(hù)層、受壓區(qū)混凝土和斜裂縫面上混凝土的崩裂和剝落，延緩了連梁剛度和承載力的退化。隨著鋼纖維體積摻率的增大，連梁荷載—位移滯回曲線的“捏縮現(xiàn)象”得到逐步緩解，當(dāng)ρf=1.5％時，荷載—位移滯回曲線已經(jīng)變得非常飽滿。 5.對鋼纖維混凝土連梁的骨架曲線、位移延性、承載力退化及剛度退化和耗能性能進(jìn)行了系統(tǒng)地分析。結(jié)果表明，除試件CCB2-

8、3(ρf=0.5％)外，其他鋼纖維混凝土連梁都表現(xiàn)出良好的延性。平均位移延性系數(shù)達(dá)到4.33，其中最小值為3.80，而當(dāng)纖維摻率達(dá)到1.0％時，其位移延性系數(shù)已經(jīng)與按抗震要求配有密集箍筋的試件(ρsv=1.675％)相當(dāng)。隨著鋼纖維體積摻率ρf的增大，連梁的承載力和剛度退化速度明顯減慢，連梁的耗能性能也得到顯著改善。經(jīng)與按照抗震要求配置箍筋的鋼筋混凝土對比連梁比較，發(fā)現(xiàn)鋼纖維混凝土連梁的耗能性能明顯優(yōu)于僅配箍筋的連梁。證明了合理控制鋼纖

9、維摻率ρf，以鋼纖維替代部分箍筋的鋼纖維高強(qiáng)混凝土連梁可以達(dá)到與按抗震設(shè)計(jì)配置密集箍筋連梁相同的位移延性系數(shù)，且具有更好的耗能性能。 6.對鋼纖維混凝土連梁的抗剪極限強(qiáng)度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，用鋼纖維替換因抗震要求需要增加的部分箍筋，不僅不會降低連梁的抗剪極限強(qiáng)度，反而會比按抗震要求單純配有密集箍筋的連梁強(qiáng)度有所提高。給出了低周反復(fù)荷載作用下(跨高比l/h≤2.5)以及靜載作用下的鋼纖維混凝土連梁受剪承載力計(jì)算公式。在綜合分析鋼