玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力分析

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玄武岩纤维筋水泥混凝土路面光纤观测分析

ｌａｎｅｔｏｄｉｇｔｓ．Ｃｏｍｐａｉｇｔｅｔｓｅｕｔｗｉｈｔｅｒｔｃｌｒｓｔｈｅｔｅｒｔｃｌａａｙｉｄｌｓｍｏｉｅ，ｗｈｉｈｒｎｈｅｔｒｓｌｔｈｏｅｉａｅｕｌ，ｔｈｏｅｉａｎｌｓｓｍｏｅｉｄｆｄｉｃｍａｓｔｅｔｅｒｔｃｌａｌｓｓａｃｒｓｗｉｈｔｅａｔａｏｃ．ｋｅｈｈｏｅｉａｎａｙｉｃｏｄｔｈｃｕｌｆｒｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＢＦＲ；ｐｉａｂｅｏｓｒａｉｎ；ｓｒｓｏｔｃｌｆｒｂｅｖｔｏｉｔｅｓ
且可弯曲的套管套住，接头处与筋材连接牢固，以
免光纤折断。筋材生产完成后，两端的引出光纤的接头采用通用的光纤Ｆ／ＰＣＡＣ调线头。运抵施工现场后，将缠绕成环状的筋材展开。展开过程中有可能由于筋材的扭转导致引出的光纤折断，所以在展
变量得分。
标准化处理，把分类变量以连续变量的形式通过公式加以表示，弥补了定性分析的缺点，进而利于驾驶员心理分析的定性研究。对特殊路段进行定点速度测量后，以囝内外通用的８％位速度来确定限速值，通过问卷调查，结５合因子综合得分的情况，对８％速度进行相应的修５正。从而确定合理的限速值，既保持了数据的科学
ＷＥＩＷｅ — ｉｎｘｎ，ＷＥＮＺｈｅ－ｆｉ，ＮＩＺｈ－ｇｎ。ｎｅＥｉａｇ（．ｒｎｐ￣ＢｒａｆａｈａＣｏｎｙＸｕｎｕ７２０Ｃｈｎ；．ｒｎｐ￣ＢｒａｆｕｎｉｇＣｏｎｙＬａｐｎ６２０Ｃｈｎ；１Ｔａｓｏｕｅｕｏｎｕｕｔ，ａｈａ０５０，ｉａ２Ｔａｓｏｕｅｕｏａｐｎｕｔ，ｕｎｉｇ０８０，ｉａＸｕＬ

钢玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究

第４４卷第４期２０１４年７月东南大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ２０１４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１４．０４．０２２钢玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究肖同亮　邱洪兴　孙兰香（东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，南京２１００９６）摘要：为了研究钢玄武岩纤维复合筋的基本力学特性，开展了不同纤维含量钢玄武岩纤维复合筋的拉伸试验、压缩试验及其机理研究．试验结果表明：纤维含量对筋材强屈比有较大影响，内芯钢筋在屈服前能够较好地与外包纤维共同工作，屈服后与外包纤维产生局部滑移，出现应变滞后现象，卸载后存在内芯钢筋受压与纤维受拉的自平衡现象，且随着塑性变形的增大，卸载刚度逐渐减小；受压荷载主要由内芯钢筋承担，纤维胶层对受压影响较小．针对钢玄武岩纤维复合筋拉压不对称的特性，提出了钢玄武岩纤维复合筋骨架曲线与滞回规则，并给出了卸载模量退化系数的建议值，为该类筋材在混凝土结构中的设计及有限元数值模拟提供了理论依据．关键词：钢玄武岩纤维复合筋；材性试验；二次刚度；滞回规则中图分类号：ＴＵ３７５畅３文献标志码：Ａ文章编号：１００１－０５０５（２０１４）０４－０８０５－０６Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｔｈｅｏｒｙｓｔｕｄｙｏｎｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｔｅｅｌ－ｂａｓａｌｔｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂａｒｓＸｉａｏＴｏｎｇｌｉａｎｇ　ＱｉｕＨｏｎｇｘｉｎｇ　ＳｕｎＬａｎｘｉａｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅａｎｄＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｂａｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｔｅｅｌ－ｂａｓａｌｔｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂａｒｓ（ＳＢＦＣＢｓ），ａｓｅｒｉｅｓｏｆｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｓｔｓｏｆＳＢＦＣＢｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｂｅｒｃｏｎｔｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｉｂｅｒｃｏｎｔｅｎｔｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｔｏｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｂｅｆｏｒｅｙｉｅｌｄｉｎｇ，ｔｈｅｉｎｎｅｒｓｔｅｅｌｃａｎｗｏｒｋｔｏｇｅｔｈｅｒｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｆｉｂｅｒ．Ａｆｔｅｒｙｉｅｌｄｉｎｇ，ｔｈｅｐａｒｔｉａｌｓｌｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｎｅｒｓｔｅｅｌａｎｄｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｆｉｂｅｒｉｎｄｕｃｅｓｓｔｒａｉｎｄｅｌａｙｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ．Ａｆｔｅｒｕｎｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｅｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｉｎｇｐｈｅ－ｎｏｍｅｎｏｎａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄｂｙｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｓｔｅｅｌａｎｄｓｔｒｅｔｃｈｅｄｆｉｂｅｒｏｃｃｕｒｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｕｎｌｏａｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｌｏａｄｉｓｍａｉｎｌｙｓｕｓｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｓｔｅｅｌｂａｒｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｆｉｂｅｒｈａｓｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｔｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｃｕｒｖｅａｎｄｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｒｕｌｅｏｆｔｈｅＳＢＦＣＢｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｕｎｌｏａｄｍｏｄｕｌｕｓｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｒｅｒｅｃｏｍ－ｍｅｎｄｅｄ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｉｅｓｆｏｒｔｈｅｕｓｅｏｆＳＢＦＣＢｓｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ－ｂａｓａｌｔｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂａｒ；ｍａｔｅｒｉａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔ；ｐｏｓｔ－ｙｉｅｌｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓ；ｈｙｓｔｅｒｅｔ－ｉｃｂｅｈａｖｉｏｒ收稿日期：２０１３－１２－０６．　作者简介：肖同亮（１９８２—），男，博士生，讲师；邱洪兴（联系人），男，博士，教授，博士生导师，ｑｉｕｈｘ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７８０７７）、“十二五”国家科技支撑计划资助项目（２０１２ＢＡＪ１４Ｂ０２）．引用本文：肖同亮，邱洪兴，孙兰香．钢玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１４，４４（４）：８０５８１０．［ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１４．０４．０２２］钢筋混凝土结构的非线性地震反应分析是结构抗震领域中的一个重要课题，其中最为基础的部分是确定钢筋和混凝土材料在低周反复荷载下的本构关系．钢纤维复合筋（ｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂａｒ，ＳＦＣＢ）是一种在钢筋外面包裹ＦＲＰ纵向纤维的新型增强材料，具有可设计二次刚度等特点［１］．ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎＦＲＰ防腐性能优异但易发生脆性断裂，钢筋易腐蚀但具有良好的延性和耗能能力，２种材料的优缺点互补，组成防腐性能好且力学性能优异的新型复合筋材．ＳＦＣＢ在材料层次二次刚度的可设计性使其增强混凝土构件的极限承载力较屈服荷载也有一定幅度的提高，从而保证所设计的结构是损伤可控的．作为一种新型筋材，复合筋在土木工程的各个领域中具有广阔的应用前景．罗云标［２］探索出连续纤维与钢筋复合的关键工艺，在单调拉伸和往复拉伸试验的基础上，通过假定钢筋和纤维具有相同变形，依据复合法则给出了ＳＦＣＢ在往复荷载下的应力应变关系；孙泽阳等［３］基于拉拔试件对ＳＦＣＢ与混凝土的黏结性能开展了基础性研究．复合筋在反复荷载作用下的本构关系对其增强混凝土结构的滞回特性有重要影响．文献［２］采用钢筋和纤维具有相同变形的假定存在局限性，理论模型也没有考虑复合筋纤维断裂后的力学性能，拉压力学性能差异是否显著等都没有得到试验验证．为了揭示其抗震性能和破坏机理，对复合筋拉伸与压缩下的基本力学性能进行研究十分必要．为此，本文开展了钢玄武岩纤维复合筋的单调拉伸、重复拉伸和压缩试验，并进行了相关机理分析．１　试验本文试验中的复合筋内芯钢筋采用直径为１２ｍｍ的ＨＲＢ４００螺纹钢筋，外包覆层采用江苏绿材谷新材料科技发展有限公司提供的ＣＢＦ１３－２４００ｔｅｘ玄武岩纤维．共制作了４种不同规格的纤维复合筋．１畅１　拉伸试验１畅１．１　试验概况筋材拉伸试验参考文献［４］方法，在万能试验机上进行．针对复合筋拉伸试验特点，设计了单向和重复拉伸试验连接装置，采用引伸计和应变片分别测量标距范围内的平均应变和局部应变．由于复合筋表层纤维是一种各向异性材料，横向强度与纵向强度相差较大，为了便于端部夹持且防止套筒与筋材表面纤维间产生滑移，在筋材两端采用特制长套筒黏结式锚具（见图１）．应变数据的变化能够从微观层面上反映复合筋的力学特性并揭示破坏机理，通过在试件上的内芯钢筋和外包纤维上粘贴对称布置的应变片以及使用引伸计等方法，得到试件单调拉伸和重复拉伸下的荷载钢筋／纤维应变曲线．拉伸试件编号、材料构成及尺寸等参数见表１．图１　复合筋拉伸试验装置表１　不同型号复合筋物理参数筋材型号直径／ｍｍ试件长度／ｍｍ纤维束数Ｓ１２１２畅００３５０Ｓ１２Ｂ２８１５畅６７７１５２８Ｓ１２Ｂ４３１６畅４９７１０４３Ｓ１２Ｂ９７１９畅１７７２５９７Ｓ１２Ｂ１４０２１畅０６７２０１４０　注：Ｓ１２表示ＨＲＢ４００钢筋直径为１２ｍｍ；Ｂ２８表示纤维束数为２８．１畅１畅２　加载方案单调拉伸时，以０畅５ｍｍ／ｍｉｎ的加载速度对试件进行加载，直至外包覆层纤维全部断裂，再以２ｍｍ／ｍｉｎ的加载速率将内芯钢筋拉断．重复拉伸试验时，以０畅５ｍｍ／ｍｉｎ的加载速度对试件进行加载，以２ｍｍ为加载等级递增加载，将复合筋夹持段位移加至４ｍｍ后卸载至荷载为０，然后继续加载位移至６ｍｍ时卸载．如此重复，以２ｍｍ递增加载至１４ｍｍ后卸载，最后以２ｍｍ／ｍｉｎ的加载速度将复合筋外层纤维拉断．１畅１畅３　试验结果由于复合筋包含２种材料，且破坏前纤维并非同时断裂，采用荷载位移／应变曲线表示筋材的宏观力学特性更合理，如需要可根据筋材直径换算得到筋材本构关系．不同复合筋单调拉伸荷载位移曲线比较见图２．图中曲线上的第１个转折点对应内芯钢筋的屈服状态，峰值点对应纤维开始连续集中断裂转折点，此时荷载急剧下降至内芯钢筋屈服图２　复合筋单调拉伸荷载位移曲线６０８东南大学学报（自然科学版）第４４卷ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ水平．表２给出了不同型号筋材的拉伸力学性能，不难看出纤维含量对筋材强屈比有较大影响．破坏形态如图３所示，以外包纤维连续集中断裂承载力大幅下降为破坏标志．表２　不同型号筋材拉伸力学性能比较筋材型号屈服荷载／ｋＮ屈服应变／１０－３极限荷载／ｋＮ极限应变／１０－３强屈比Ｓ１２４９畅７４２畅２００６５畅５６１畅３１８Ｓ１２Ｂ２８５５畅０６２畅５７３７３畅３５１９畅６７４１畅３３２Ｓ１２Ｂ４３５５畅１７２畅３５０１０９畅５３２４畅１７８１畅９８５Ｓ１２Ｂ９７６８畅５５２畅５５２１８８畅７５２６畅２５５２畅７５３Ｓ１２Ｂ１４０７９畅６１２畅６１９２６９畅４２１８畅０６９３畅３８４图３　复合筋拉伸破坏形态图４为利用应变片测得的Ｓ１２Ｂ４３型复合筋钢筋与纤维在拉伸荷载下的应变比较．由图可知，内芯钢筋在受拉屈服前与外包纤维黏结较好，受制作工艺限制，纤维在钢筋屈服前未充分张紧，钢筋应变稍微大于纤维应变；内芯钢筋屈服后，钢筋的塑性变形较大，导致结合面胶层逐步破坏，外包纤维与内芯钢筋间产生局部滑移，反映在应变上即为纤维应变大于钢筋应变，出现钢筋的应变滞后现象．图４　Ｓ１２Ｂ４３型复合筋单调拉伸的荷载纤维／钢筋应变曲线图５为Ｓ１２Ｂ４３型复合筋在重复拉伸下的荷载位移曲线．由图可知，在内芯钢筋屈服前后卸载，卸载曲线斜率与初始加载曲线的斜率大致相等，图５　Ｓ１２Ｂ４３型复合筋重复拉伸的荷载位移曲线再加载曲线与卸载曲线基本重合，且通过前次卸载点，抗拉承载力没有降低．随着塑性变形的发展，卸载曲线呈现出一定的非线性特征．在卸载与再加载循环过程中，复合筋卸载曲线与再加载曲线不再重合，卸载刚度与再加载刚度呈现出先大后小变化规律，形成一个小的滞回环，滞回环的面积表示复合筋中纤维胶层与钢筋之间相对滑移产生的内部耗能大小．重复荷载作用下，纤维应变走势总体与荷载位移曲线一致，当荷载卸到０时，纤维内存在拉应变（见图６）；内芯钢筋在屈服前呈现线弹性工作状态，屈服后卸载情形下应变出现了负值，说明出现了内芯钢筋受压而外包纤维受拉的自平衡现象，但卸载曲线和再加载曲线基本与初始刚度曲线保持平行（见图７）．重复的加卸载加剧了纤维胶层的开裂及其与内芯钢筋的滑移，在拉伸试验后期钢筋应变有较大增加，塑性变形明显导致应变片破坏．图６　Ｓ１２Ｂ４３型复合筋重复拉伸荷载纤维应变曲线１畅２　压缩试验制作了包括钢玄武岩纤维复合筋、钢筋与纯玄武岩纤维筋在内的６种共１８个对比受压试件，试件制作参考材料力学受压试件标准，试件长度与直径的比值控制在１～３范围内．压缩试验装置见图８（ａ），参考文献［５］的方法在压缩装置四周设７０８第４期肖同亮，等：钢玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ图７　Ｓ１２Ｂ４３型复合筋重复拉伸荷载钢筋应变曲线置ＬＶＤＴ传感器，以精确测量压缩变形．复合筋受压破坏始于外包纤维胶层的开裂与纤维的分离．复合筋压缩破坏形态如图８（ｂ）所示．（ａ）压缩试验装置（ｂ）试件破坏形态图８　压缩试验装置与试件破坏形态压缩试件型号与力学性能参数见表３．表３　压缩试件型号与力学性能参数筋材型号直径／ｍｍ试件高度／ｍｍ屈服荷载／ｋＮ屈服位移／ｍｍＳ１２１２畅００２５畅０３７畅１４０畅２７５Ｂ４７１０畅９０２６畅７１４畅０８倡０畅２７１Ｓ１２Ｂ２８１５畅６７３２畅６４３畅５９０畅２８９Ｓ１２Ｂ４３１６畅４９３３畅５４６畅１００畅３８９Ｓ１２Ｂ９７１９畅１７３１畅６５６畅２３０畅３４５Ｓ１２Ｂ１４０２１畅０６３２畅７６２畅２８０畅４０７　注：倡表示筋材已破坏．各压缩试件的荷载位移曲线如图９所示．由图９（ｂ）可知，纯纤维的压缩破坏为脆性破坏，且抗压能力较弱，这也证实了玄武岩纤维是一种抗拉性能优异但抗压性能较差的拉压异性材料．从图９（ｃ）中复合筋压缩试验荷载位移曲线不难看出，内芯钢筋相同时，随着外包纤维束的增加，在弹性受压阶段相差不大，钢筋屈服前纤维参与抗压较为明显，使得受压屈服荷载略有增加．钢筋屈服后，随着塑性变形的增大，纤维胶层由于钢筋横向膨胀而开裂，纤维失去抗压能力，基本由内（ａ）钢筋（ｂ）纯纤维Ｂ４７（ｃ）纤维复合筋图９　压缩荷载位移曲线芯钢筋承担受压荷载，因此在后期各复合筋抗压能力趋于一致，可见不考虑外包纤维的受压作用这一假定是可行的．２　理论分析国内外对钢筋的本构关系已有大量研究，目前被广泛采用的钢筋本构关系模型包括理想弹塑性模型、双线性硬化模型等．这些模型形式简单、计算方便，且能够较好地模拟钢筋的力学性能．文献［６］结合Ｈｏｅｈｌｅｒ模型提出了一种钢筋动态循环本构模型，文献［７］基于钢筋拉伸与压缩试验提出一种宏观的预测钢筋本构关系的理论模型；在此基础８０８东南大学学报（自然科学版）第４４卷ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ上，许多学者提出了不同荷载条件下的钢筋本构关系，并讨论了箍筋间距对钢筋屈曲问题的影响［８１１］．然而，对钢纤维复合筋的力学理论模型目前研究较少，文献［２］假定钢筋和纤维应变相同，忽略了胶层的影响，对纤维受压力学性能也没有给出明确定义，且理论模型没有考虑复合筋纤维断裂后力学性能等．本文旨在基于试验现象与破坏机理分析，提出关于复合筋的简单实用的本构关系及理论模型．２畅１　骨架曲线拉伸与压缩试验结果表明，复合筋为拉压异性材料，拉伸时可充分考虑纤维的增强作用，压缩时为了简化起见，可忽略受压纤维和胶层的抗压贡献，仅考虑受压内芯钢筋的作用．在反复荷载作用下，恢复力模型骨架曲线见图１０．图中，线段１～线段８为复合筋加载、卸载、反向再加载的路径顺序．在弹性拉伸加载、卸载阶段（线段１），曲线斜率为Ｅ１Ａ；在非弹性拉伸加载阶段（线段２），曲线斜率为Ｅ２Ａ；在弹性压缩加载阶段，曲线斜率Ｅ′１Ａ＝ＥｓＡｓ，压缩屈服后荷载Ｐ′ｓｆ＝ｆ′ｙＡｓ保持不变，其中，Ｅ１Ａ＝ＥｓＡｓ＋ＥｆＡｆ，Ｅ２Ａ＝ＥｆＡｆ，其中，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ′１分别复合筋在屈服前、后和受压屈服前的弹性模量，Ａ为复合筋横截面积，Ｅｓ为钢筋弹性模量，Ｅｆ为纤维弹性模量，Ａｓ为钢筋面积，Ａｆ为纤维面积，ｆ′ｙ为钢筋受压屈服强度．ＳＦＣＢ拉伸荷载应变关系表达式为　Ｐｓｆ＝（ＥｓＡｓ＋ＥｆＡｆ）εｓｆ０≤εｓｆ＜εｓｆｙｆｙＡｓ＋ＥｆＡｆεｓｆ εｓｆｙ≤εｓｆ＜εｓｆｕｆｙＡｓ εｓｆ≥εｓｆｕ（１）压缩荷载应变关系表达式为Ｐ′ｓｆ＝ＥｓＡｓε′ｓｆ０≤ε′ｓｆ＜ε′ｓｆｙｆ′ｙＡｓ ε′ｓｆｙ≤ε′ｓｆ（２）式中，εｓｆ为复合筋受拉应变；εｓｆｙ为复合筋内芯钢筋受拉屈服时对应的纤维应变；εｓｆｕ为复合筋极限应变，对应外包纤维拉断时应变；ε′ｓｆ为复合筋受压应变；ε′ｓｆｙ为内芯钢筋受压屈服时对应的复合筋应变．图１０　复合筋拉压荷载应变恢复力模型２畅２　滞回规则在宏观描述筋材力学性能时，可将卸载刚度定义为开始卸载点到卸载至荷载为零点的连线刚度．试验中发现，随着塑性变形的增大，卸载刚度逐渐减小．进入塑性阶段后，正向非弹性卸载阶段（线段３）的曲线斜率为ＥｕＡ，卸载模量为Ｅｕ＝Ｅ１１＋γεｐ／εｓｆｙ（３）式中，εｐ为各循环加载的塑性应变（εｐ＝εｓｆ－εｓｆｙ）；γ为模量退化系数，结合本文重复拉伸试验，建议此处γ＝０畅０６２．反向非弹性卸载模量与反向初始加载模量相等，即Ｅ′ｕ＝Ｅｓ（见图１０中线段６）．对于非弹性反向加载曲线路径，当反向加载未超过屈服荷载时，反向加载路径由卸载后应变轴上的相应点指向反向骨架线的屈服点；当反向加载超过骨架线的屈服点时，反向加载则由卸载后应变轴上相应点指向反向骨架线上曾经达到的最大应变点（见图１０中线段７和线段８）．３　结论１）钢玄武岩纤维复合筋是一种拉压力学性能不对称的复合筋材，纤维比例对筋材受拉强屈比有较大影响．内芯钢筋受拉屈服前与外包纤维黏结较好，能够共同工作，二者不存在相对滑移；内芯钢筋屈服后结合面胶层逐步破坏，外包纤维与内芯钢筋间产生局部滑移，出现钢筋的应变滞后现象．重复拉伸加卸载下出现内芯钢筋受压而外包纤维受拉的自平衡现象，随着塑性变形的增大，卸载刚度逐渐减小．２）压缩试验结果表明，在钢筋屈服前，随着外包纤维比例的增加，纤维整体抗压能力有所增强，钢筋屈服后纤维逐渐失去抗压能力，受压荷载主要由内芯钢筋承担．因此，采用不考虑外包纤维受压作用的理论模型是可行的．３）针对复合筋拉压不对称特性并结合理论分析，提出了简单实用的骨架曲线与滞回规则，并给出了卸载模量退化系数建议值，为该类筋材在混凝土结构中的设计与有限元数值模拟提供了理论依据．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］吴刚，罗云标，吴智深，等．钢连续纤维复合筋（ＳＦ－ＣＢ）力学性能试验研究与理论分析［Ｊ］．土木工程学报，２０１０，４３（３）：５３６１．９０８第４期肖同亮，等：钢玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究ＷｕＧａｎｇ，ＬｕｏＹｕｎｂｉａｏ，ＷｕＺｈｉｓｈｅｎ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｔｅｅｌ－ＦＲＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂａｒｓ（ＳＦＣＢ）［Ｊ］．ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０１０，４３（３）：５３６１．（ｉｎＣｈｉ－ｎｅｓｅ）［２］罗云标．钢连续纤维复合筋及其增强混凝土结构性能研究［Ｄ］．南京：东南大学土木工程学院，２００８．［３］孙泽阳，吴刚，吴智深，等．钢连续纤维复合筋（ＳＦ－ＣＢ）与混凝土黏结性能试验研究［Ｊ］．工程抗震与加固改造，２００９，３１（１）：２１２７．ＳｕｎＺｅｙａｎｇ，ＷｕＧａｎｇ，ＷｕＺｈｉｓｈｅｎ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｂｏｎｄｂｅｈａｖｉｏｒｂｅｔｗｅｅｎｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂａｒ（ＳＦＣＢ）ａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＲｅｓｉｓｔａｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＲｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ，２００９，３１（１）：２１２７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］中国国家标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ２２８畅１—２０１０金属材料拉伸试验第１部分：室温试验方法［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１１．［５］ＢａｉＹＬ，ＤａｉＪＧ，ＴｅｎｇＪＧ．Ｃｙｃｌｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｂｅ－ｈａｖｉｏｒｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｎｆｉｎｅｄｗｉｔｈｌａｒｇｅｒｕｐｔｕｒｅｓｔｒａｉｎＦＲＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃ－ｔｉｏｎ，２０１３，１８（１）：０４０１３０２５．［６］李敏，李宏男．建筑钢筋动态试验及本构模型［Ｊ］．土木工程学报，２０１０，４３（４）：７０７５．ＬｉＭｉｎ，ＬｉＨｏｎｇｎａｎ．Ｄｙｎａｍｉｃｔｅｓｔａｎｄｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｆｏｒｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒ－ｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０１０，４３（４）：７０７５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［７］ＤｏｄｄＬＬ，Ｒｅｓｔｒｅｐｏ－ＰｏｓａｄａＪＩ．Ｍｏｄｅｌｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｃｙｃｌｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９５，１２１（３）：４３３４４５．［８］ＢａｌａｎＴＡ，ＦｉｌｉｐｐｏｕＦＣ，ＰｏｐｏｖＥＰ．Ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｏｒｄｉｎａｒｙａｎｄｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９８，１２４（３）：２８８２９７．［９］ＲｏｄｒｉｇｕｅｚＭＥ，ＢｏｔｅｒｏＪＣ，ＶｉｌｌａＪ．Ｃｙｃｌｉｃｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｓｔｅｅｌｉｎｃｌｕｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｂｕｃｋｌｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９９，１２５（６）：６０５６１２．［１０］ＨｏｅｈｌｅｒＭＳ，ＳｔａｎｔｏｎＪＦ．Ｓｉｍｐｌｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒａｒｂｉｔｒａｒｙｌｏａｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，１３２（７）：１０６１１０６９．［１１］ＫｕｎｎａｔｈＳＫ，ＨｅｏＹＡ，ＭｏｈｌｅＪＦ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｕｎｉａｘｉ－ａｌｍａｔｅｒｉａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｓｔｅｅｌｂａｒｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ－ｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，１３５（４）：３３５３４３．０１８东南大学学报（自然科学版）第４４卷ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ钢玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究作者：肖同亮，邱洪兴，孙兰香， Xiao Tongliang， Qiu Hongxing， Sun Lanxiang作者单位：东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,南京,210096刊名：东南大学学报（自然科学版）英文刊名：Journal of Southeast University (Natural Science Edition)年，卷(期)：2014(4)1.吴刚;罗云标;吴智深钢连续纤维复合筋(SF-CB)力学性能试验研究与理论分析 2010(03)2.罗云标钢连续纤维复合筋及其增强混凝土结构性能研究 20083.孙泽阳;吴刚;吴智深钢连续纤维复合筋(SF-CB)与混凝土黏结性能试验研究 2009(01)4.中国国家标准化管理委员会金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法 20115.Bai Y L;Dai J G;Teng J G Cyclic compressive be-havior of concrete confined with large rupture strain FRP composites 2013(01)6.李敏;李宏男建筑钢筋动态试验及本构模型 2010(04)7.Dodd L L;Restrepo-Posada J I Model for predicting cyclic behavior of reinforcing steel 1995(03)8.Balan T A;Filippou F C;Popov E P Hysteretic model of ordinary and high-strength reinforcingsteel 1998(03)9.Rodriguez M E;Botero J C;Villa J Cyclic stress-strain behavior of reinforcing steel including effect of buckling 1999(06)10.Hoehler M S;Stanton J F Simple phenomenological model for reinforcing steel under arbitrary load 2006(07)11.Kunnath S K;Heo Y A;Mohle J F Nonlinear uniaxi-al material model for reinforcing steel bars 2009(04)引用本文格式：肖同亮.邱洪兴.孙兰香.Xiao Tongliang.Qiu Hongxing.Sun Lanxiang钢玄武岩纤维复合筋拉压力学性能试验研究[期刊论文]-东南大学学报（自然科学版） 2014(4)。

玄武岩纤维布加固冻融钢筋混凝土柱性能分析

引言碱骨料反应、钢筋锈蚀及冻融破坏是混凝土耐久性的三种最主要破坏形式，尤其在使用除冰盐时更加严重[1]。

我国的西北、华北、东北地区属于寒冷区域，存在正负温交替作用，这些地区的混凝土结构如果暴露在有水环境中难以避免要遭受冻融循环作用，由此容易造成混凝土冻融损伤。

钢筋混凝土结构的冻融问题严重影响结构的使用与寿命，应当引起重视。

同时，我国的华北地震区、青藏高原地震区、四川龙门山地震带是近年来地震活动最为频繁的地区。

由此可知，冻融环境长期作用导致的既有混凝土结构耐久性损伤，势必造成既有混凝土结构抗震性能退化。

随着技术的发展，纤维增强复合材料（FRP）在结构抗震加固中得到越来越多的应用。

FRP最早于1981年，瑞典联邦实验室使用碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer）加固桥梁结构。

FRP在建筑领域被广泛的研究与应用，其加固结构工程的效果好，施工效率高，尤其适用对腐蚀有极高要求的建筑物。

BFRP具有较高的耐热性能、弹性模量、耐腐蚀，其抗拉强度较高，比CFRP具有较高的延伸率，且价格低廉，是生态环保的绿色材料，逐渐在建筑应用领域扩展开来。

延长混凝土结构的使用寿命，解决冻融环境长期作用导致的既有混凝土结构耐久性损伤，继而造成混凝土结构抗震性能退化的问题，开展BFRP加固冻融环境下混凝土结构抗震性能研究，可以进一步加强钢筋混凝土结构抗震性能，加固混凝土结构的耐久性，对混凝土结构工程防灾减灾具有重大的理论意义和工程价值。

1、有限元模型建立1.1 构件模型参数确定共设计16个钢筋混凝土柱，柱高1100mm，截面尺寸为200mm×200mm，水平加载高度为1000mm，剪跨比 =1000/200=5，基座的尺寸为900mm×500mm×400mm；柱为对称配筋，纵筋采用HRB335钢筋，每侧配筋为3Φ14mm，配筋率为2.308%；箍筋采用直径为6mm的HPB235钢筋，间距为80mm，钢筋的力学性能指标见表1，纵向受力钢筋的保护层厚度为20mm。

玄武岩纤维掺杂混凝土材料特性的相关分析

玄武岩纤维掺杂混凝土材料特性的相关分析摘要：混凝土材料的某些特殊性能可通过添加玄武岩纤维实现有效改善，采用玄武岩纤维的新型混凝土材料便能够证明其实用性，相关研究也因此大量涌现。

基于此，本文围绕玄武岩纤维掺杂混凝土材料特性开展了相关试验，研究结果表明，玄武岩纤维的应用的确能够有效提升混凝土材料的部分性能，这种提升在抗折强度、收缩应变等方面的表现较为显著。

关键词：玄武岩纤维;混凝土材料;抗压强度作为应用最广泛的建筑材料，混凝土材料具备价格低廉、易成型、抗压强度高等优势，但同时也存在韧性差、脆性大、抗拉强度低等不足，为有效弥补这类不足，近年来业界围绕复合水泥基材料开展了大量研究，在混凝土材料中掺人玄武岩纤维便属于这类研究的代表之一，本文研究的现实意义是添加这类无机材料纤维，改善混凝土材料某些不足的性能。

1玄武岩纤维混凝土的特性玄武岩纤维是典型的硅酸盐纤维，与混凝土基体具有天然的相容性，能使新拌玄武岩纤维混凝土体积稳定，和易性较好。

在混凝土中均匀多向分布玄武岩纤维，对水泥混凝土起到了“网联”与“承托”作用。

这种作用所产生的效应表现在以下几个方面：1.1提高水泥混凝土的抗拉强度。

玄武岩纤维易随机均匀地分布在水泥混凝土中，跨越水泥混凝土中存在的微细缝隙，对裂缝的产生和发展起到了约束作用，阻止了裂缝的扩展，从而也就提高了水泥混凝土的抗拉强度。

1.2提高水泥混凝土的抗渗性能。

均匀分布的大量玄武岩纤维在混凝土中起了“承托”作用，降低混凝土表面的析水与集料的离析现象，使水泥混凝土中的微空隙含量大大减少，极大地提高了混凝土的防水抗渗性能。

1.3提高水泥混凝土的抗裂性能。

玄武岩纤维与水泥基材料能充分混合，在混凝土中形成不规则的多向分布网络体系，这种分布造成了大量的微配筋，承受水泥混凝土在收缩变形时产生的应力和能量，增加了水泥混凝土的韧性，抑制了其裂纹的产生和发展。

1.4提高水泥混凝土的抗冲击性能。

均匀分布的玄武岩纤维对于混凝土的冲击力学性能具有一定的改善效果。

玄武岩纤维连续配筋水泥混凝土路面施工工艺分析

用水泥混凝土应具有较好的工作性、较高的抗折强
度、较小的抗折弹性模量和收缩性能。
１路面基层检查验收．２
连续配筋水泥混凝土路面的主要施工工序如图
１示所
施工准备
路面基层的检测验收也是连续配筋混凝土路面
ＴＩＡＮ —ｙＺｅｕ
（ｂｉａＧａｇＥｐｅｓａｉｇＨｎｅｔｎＭａａｅｎｆｃ，ｈｉｈａｇ０００，ｈｎ）ＨｅｅＤ－ｕｎｘｒｓｗｙＪ－ｅｇＳｃｏｎｇｍｅｔｆｅＳｉａｕｎ５００ＣｉａｎｉＯｉｊｚ
ＣｏｓｒｃｉｎＴｅｈｏｏｙＡｎｌｓｓｏｓｌｂｒＣｏｔｎｏｓｙｎｔｕｔｃｎｌｇａｙｉｎＢａａｔＦｉｅｎｉｕｕｌｏＲｅｎｏｃｄＣｏｃｅｅＰａｅｅｔｉｆｒｅｎｒｔｖｍｎ
ｔｅｔｎｓａｄｃｎｔｃｉｎｑａｉｆｂｓｌｆｅｏｔｕｕｌｅｎｏｃｄｃｎｒｔａｅｎ，ｈｅｈｉａｏｎｓｒａｍｅｔｎｏｓｒｔｕｌｙｏａａｔｉｒｃｎｉｏｓｙｒｉｆｒｅｏｃｅｅｐｖｍｅｔｔｅｔｃｎｃｌｉｔｕｏｔｂｎｐｏｏｔｕｕｌｅｎｏｃｄｐｖｍｅｔｃｎｔｃｉｎａｅｓｍｍａｉｅ，ｗｈｃａｏｕｄｎｉｎｆａｃｏｈｆｃｎｉｏｓｙｒｉｆｒｅａｅｎｏｓｒｔｒｕｎｕｏｒｚｄｉｈｈｓｓｍｅｇｉｉｇｓｇｉｃｎｅｆｒｔｅｉｃｎｔｃｉｎｏａａｔｂｒｃｎｉｕｕｌｅｎｏｃｄｃｎｒｔａｅｎｏｓｒｔｆｓｌｆｅｏｔｏｓｒｉｆｒｅｏｃｅｅｐｖｍｅｔｕｏｂｉｎｙ

连续配筋混凝土刚柔复合式路面界面剪应力分析

连续配筋混凝土刚柔复合式沥青路面是将连续配筋混凝土（Ｒ）ＣＣ的高强度与沥青混凝土（Ｃ）Ａ的行车舒适性相结合的一种新型复合式路面结构，ＣＣ作为刚性基础，Ｒ主要起承重作用，面Ａ表Ｃ层起
２１００
平摩擦系数进行分类，并依据不同摩擦系数计算出相应的水平力及最大层间剪应力，计算结果见图４。
温度Ｔ ℃ ／
图２温度变化对层同剪应力的影响
由图２分析可知，间剪应力随着温度的增加层而增加，一０— ０《在１２ｃ间呈单调递增趋势，＝当温度超过２ｃ后，０ｃ曲线斜率下降，相应的剪应力增长变缓。由图４分析可知，间最大剪应力随着表面摩层擦系数的增加而增加，线性关系。当表面摩擦系呈
第１期１
北方交通
连续配筋混凝土刚柔复合式路面界面剪应力分析
刘美思，才华
（阳建筑大学土木工程学院，阳１０６）沈沈１１８
摘
要：连续配筋混凝土刚柔复合式沥青路面是一种新型复合式路面结构，具有强度高、整体性强等优点，但
系数、轮载增加而增加，且变化幅度明显；随着结构层厚度的增加而减小，于非线性下降。趋
关键词：连续配筋混凝土；沥青混凝土；刚柔复合式路面；面剪应力界
中图分类号：４６２４Ｕ１．２文献标识码：Ｂ文章编号：７６５（００１００ — ３１３— ０２２１）１— ０１０６

复合式路面受力的分析研究

～
ｃｍ，综合应力降低了０２ａ．２ＭＰ。（）沥青混合料面层模量的影响。从图２可以看２出，随着面层模量的增加，复合式路面的综合应力有所下降，但是幅度很小。面层模量从１０ＭＰ０ａ增长０Ｎ５００ＭＰ，３种面层厚度下，路面结构的综合应力０ａ只降低了２５％～．．４０％。计算中模量变化时，由于相同面层厚度下温度应力不变，路面综合应力的变化也就反映了荷载应力的变化。因此，沥青混合料面层模量的取值不会影响复合式路面的受力性能。（）超载分析。不论沥青混合料面层厚度多少，３超载每增长１０％，综合应力增长０６～．ａ．０７ＭＰ。从计算结果可以看出，即使是薄面层（ｍ）４ｃ，在１０％超载的情况下，ＣＣ０ＲＰ板的综合应力也小于水泥混凝土的弯拉强度标准值５ＭａＰ。因此，路面结构在最不利荷载综合作用下不会发生脆性破坏。
１引言
在连续配筋混凝土（ＲＰＣＣ）上加铺沥青混合料面层形成的复合式路面，提高了路面的服务性能，也改善了路面结构的受力特性。考虑到我国高速公路的超载现象十分普遍，而车辆超载是造成路面早期破坏的重要因素之一，因此，研究和发展复合式路面结构
ｋｔ，ｒ
（２）
２ｃｍ，不同超载情况下，综合应力的变化值都很接近，并且随着面层厚度的增加，应力变化趋缓。沥青混合料面层厚度从４ｃｍ增加到６ｃｍ，综合应力降低了０３Ｐ．５Ｍａ左右；而面层厚度从１ｍ增加到１０ｃ２

玄武岩片材加固混凝土双向板的非线性有限元分析

玄武岩片材加固混凝土双向板的非线性有限元分析摘要本文采用分离式钢筋混凝土非线性有限元方法，对集中荷载作用下玄武岩纤维加固板进行了开裂荷载和极限承载力分析，并与试验结果进行了对比。

混凝土材料采用弹塑性本构模型；为考虑材料达到极限强度后的性能，用分布裂缝模式模拟混凝土拉裂后的裂缝，不考虑混凝土的压碎；钢筋采用杆单元模拟。

经与试验结果对比，两者吻合性较好。

关键词玄武岩纤维非线性有限元1 前言玄武岩连续纤维CBF（Continuous Basalt Fiber）是一种无机纤维材料，是以火山爆发形成的一种玻璃态的纯天然玄武岩矿石为原料，经高温熔融后，通过喷丝板拉伸成的连续纤维，其外观为深棕色，色泽与碳纤维十分相似。

玄武岩连续纤维片材具有优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀、施工方便、来源充足、价格便宜等特点，它将是继碳纤维之后的一种用于建筑工程的加固材料，因此用玄武岩纤维加固混凝土双向板的研究对玄武岩纤维在加固实际工程中的应用具有重要的意义。

本文采用有限元分析软件ANSYS中的SOLID65空间实体单元、SOLID45三维实体单元、LINK8三维杆单元、SHELL41空间膜单元和COMBIN39单元进行建模分析。

用SOLID65单元来模拟混凝土板，SOLID45模拟刚性垫块（防止应力集中），LINK8模拟钢筋，SHELL41模拟玄武岩纤维布，COMBIN39模拟混凝土双向板简支边的水平约束，用分离法建立钢筋混凝土板的有限元模型。

1 单元类型SOLID65单元具有分析空间构件的功能，可用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型，该实体模型还可具有拉裂与压碎的性能，且模拟的结果与实际的结果是比较吻合的。

在混凝土的应用方面，可用单元的实体性能来模拟混凝土。

该单元具有8个节点，每个节点有3个自由度，即x，y，z 3个方向的线位移。

SOLID45单元可用于三维实体模型.该单元具有8个结点，每个结点有3个自由度，即x，y，z 3个方向的位移。

玄武岩纤维力学性能研究与探讨

玄武岩纤维力学性能研究与探讨摘要：为了研究玄武岩纤维在改善沥青混合料道路性能中的作用，首先使用马歇尔试验和犁沟试验来确定最佳沥青和纤维含量。

研究结果是，玄武岩纤维的最佳含量为0.3，沥青的最大含量为4.63。

添加了非纤维沥青，玄武岩纤维，聚酯纤维，聚酯纤维和木纤维的混合物的路用性能和高温稳定性。

测试，水稳定性测试和低温开裂通过强度测试进行测试。

对比分析测试结果表明，与纤维增强沥青混合料相比，纤维沥青混合料可增加最佳沥青含量，并提高动态车辙稳定性，抗劈裂性通过冻融，耐低温开裂等优化：在保持最佳纤维含量的条件下，玄武岩纤维改性沥青混合料的路用性能大大提高，其补强效果优于聚酯纤维和木纤维。

关键词：玄武岩纤维；再生混凝土；性能；应用1.简介用再生水泥混凝土骨料建造水泥混凝土路面，不仅可以减少石材资源的浪费，而且可以保护水泥混凝土碾磨材料的环境污染。

然而，再生水泥混凝土路面在交通负荷和温度和湿度变化的影响下会由于干燥和失水而导致干燥和收缩损坏，并且随着操作后交通负荷的增加，对路面的破坏也会增加。

如果不加以控制，则再生混凝土易于开裂，并且会出现小裂缝，从而缩短了再生水泥混凝土的寿命。

2玄武岩再生混凝土的概念玄武岩纤维是一种新型的无机高性能纤维材料，具有良好的延展性，高拉伸强度，耐蚀性，耐高温性，低密度等诸多优异性能，是一种生态环保的材料。

再生混凝土是指将废弃的混凝土块进行粉碎，清洁和分级的过程，并按一定比例进行梯度混合，以部分或完全替代天然集料，例如沙子和碎石（主要是粗集料），并添加水泥，水等。

新混凝土已准备就绪。

玄武岩纤维再生混凝土由玄武岩纤维和一定比例的再生石材制成。

3试验结果及分析3.1 玄武岩纤维长度对最佳油石比的影响最佳油石比是通过马歇尔压实试验测得的，根据目前对玄武岩纤维沥青混合料的研究，最佳油石比估计约为5.5，因此预混合油石比为：4，4.5，5，5.5，6不同的玄武岩纤维长度是通过根据每个规格的要求进行压实测试，并测量脱模后样品的空隙率，VMA和VFA来确定的最低的磨石比率。

连续配筋混凝土路面荷载应力分析

连续配筋混凝土路面荷载应力分析1、概述为了减少接缝水泥混凝土路面由于横向胀、缩缝的薄弱而引起的各种病害（如唧泥、错台等），改善路用性能，延长道路的使用寿命，在高等级公路的特殊地段采用连续配筋混凝土路面（简称CRCP）是一种合理的路面结构形式。

CRCP由于在路面纵向配有足够数量的钢筋，以控制混凝土路面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量，在施工时完全不设胀、缩缝（施工缝及构造所需的胀缝除外），为道路使用者提供了一条完整而平坦的行车表面，既改善了汽车行驶的平稳性，同时又增加了路面板的整体强度。

CRCP的板厚由车辆荷载来控制。

美国ACI设计法是根据AASHO试验路的观测资料提出的JCP的设计方法引入了荷载传递因素J，建立了新的诺谟图；认为CRCP板厚较JCP可减薄10％～20％。

Teaxs Austin大学的MA，J.C.M，B.F.McCullough等、日本Kanazawa大学的TATSUO NISHIZAWA、Tohoku大学的TADASHI FUKUDA等人，将路面板作为弹性三层地基上的薄板，并采用裂缝模型来模拟CRCP的横向裂缝的传荷特性；裂缝模型是由一系列线性弹簧组成的，具有抗剪刚度KW、抗弯刚度Kθn、抗扭刚度Kθt.为了能充分考虑纵，横向连续钢筋对板承载力的有利作用，在设计CRCP时能合理地确定板的厚度，必须建立合适的理论模型，并对CRCP的荷载应力作详细分析。

2、理论模型对于连续配筋混凝土路面，由于在板的厚度方向需要考虑纵、横向钢筋的作用，必须采用三维有限元分析方法。

2.1混凝土八结点六面体单元路面结构是形状规则的矩形板体，分析单元采用边界为正交的六面体单元，是一种空间等参数单元，在单元划分过程中采用大小分级的方法以满足不同的需要。

2.2钢筋模型对于钢筋直径较小且分布均匀的混凝土路面板来说，混凝土与钢筋是在弹性阶段工作，钢筋与混凝土之间不产生滑动，可以认为钢筋与混凝土之间的粘结状况是完全粘结。

玄武岩纤维筋与钢筋在连续配筋路面应用中的比较

0.01 0.015 应变
0.02
0.025
图 1 应力—应变关系 Fig1. Relationship of stress - strain
根据应力—应变关系图，玄武岩纤维筋在破坏之前基本呈直线变化，无屈服阶段，
破坏形式为脆性破坏。 3、化学性能化学稳定性是指纤维抵抗水、酸、碱等
介质侵蚀的能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失和强度损失来度量。玄武岩纤维中含有ＮaＯ2、Ｋ2Ｏ、ＭgＯ和ＴiＯ2等成分, 对提高纤维的防水性和耐腐蚀性有重要作用[4]。玄武岩连续纤维比钢筋具有更稳定的化学性能。该特性为玄武岩连续纤维在桥梁、隧道、堤坝等混凝土结构以及沥青混凝土路面、飞机起落跑道等经常受到高湿度、酸、碱类介质作用的建筑结构中的应用开辟了广阔的前景。
图 2 有限元计算模型 Fig2. Model of finite element analysis
2.2 荷载应力
2.1 分析模型
力学分析采用有限元软件ANSYS。根据有限元模型，分析路面各参数对道面受力的影响，混凝土和纤维筋的材料参数见表 2。路面板厚度 26cm，筋材位置在路面板顶面以下 12cm处，纤维(钢)筋直径 16mm，纵筋间距 0.1m，横筋间距 0.6m。混凝土强度等级C40，纤维(钢)筋与混凝土之间的纵向粘结刚度系数Ks=34 Mpa / mm（纤维筋与混凝土间的粘结力与钢筋接近，具体数值有待于
results were compared. At last the cost-effective and feasibility of construction were analyzed
when basalt fiber bars were applied in pavement. The results indicate it has high feasibility to

玄武岩纤维复合筋工程案例及反馈情况

玄武工岩程纤应维用复实合例筋玄武岩纤维复合筋工程实例1、玄武岩纤维复合筋在成都市第二绕城高速桥面铺装中应用2、玄武岩纤维复合筋在成都市“五福大道”桥面铺装中应用3、玄武岩纤维复合筋在天府新区“三纵一横”桥面铺装中应用①由成都路桥施工的正公立交桥、天保立交桥、大坝沟桥、大湖堰桥②由中国五冶施工的老双华路下穿隧道③由中国水利七局施工的华牧立交、红星路南延线4、玄武岩纤维复合筋在映汶高速某标段桥面铺装上应用原拟采用Ф9＠100钢筋（33吨），现按照构造不变，根据强度等效原理，使用Ф6＠100复合筋（2.25吨）。

通过使用，认为玄武岩纤维复合筋能满足桥面铺装层的用筋要求且施工简单方便，具有较大的经济性优势，在桥面铺装中比钢筋更具优势。

5、2012年5玄武岩纤维复合筋6、玄武岩纤维复合筋在张石高速公路上的应用7、玄武岩纤维复合筋在齐泰高速桥面铺装上的应用2009年在齐泰高速K259跨线桥上使用玄武岩纤维复合筋，经过近三年的使用，于2012年7月12日进行了桥面的观察。

在最低温度近零下30℃的环境下，玄武岩纤维复合筋形态没有发生变化，与混凝土结合紧密，桥面没有出现任何的裂缝。

施工图片2012年7月12日观测，桥面没有出现任何的裂缝8、玄武岩纤维复合筋在宁夏天水地震台的应用9、玄武岩纤维复合筋在某机场工程中的应用10、玄武岩纤维复合筋在铁力西大桥桥梁中的应用2010年9月，哈伊公路铁力西大桥桥梁加固用玄武岩复合筋进行植筋处理及桥面铺装采用耐腐蚀性的玄武岩纤维复合筋。

经过近2年的使用，于2012年7月13日进行桥面观察，使用玄武岩纤维复合筋的桥面裂缝数量比使用钢筋的少的多。

施工图片2012年7月13日观测，使用复合筋的桥面裂缝数量比使用钢筋的少的多11、玄武岩纤维复合筋在北黑高速桥面铺装中的应用2010年7月，黑龙江省北黑高速公路5座跨线桥（U转天桥、108天桥、170天桥、190天桥、339天桥）桥面铺装采用玄武岩纤维复合筋。

高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋的力学性能

Ｖｏ．．１７Ｎｏ３
Ｓｅ．ｐ２０１０
文章编号：６２３１２１）３０１ — ０１７ —９３（０００ — ０９６
高模量玄武岩纤维一钢丝复合筋的力学性能
顾兴宇，沈新，李海涛
（南大学交通学院，苏南京东江２０９）１０６
第７卷第３期
２１００年９月
长沙理工大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆｈｎｓａＵｉｅｓｙｏｃｎｅｎｅｈｏห้องสมุดไป่ตู้ ｙＮｔｒｌｃｎｅｏｒａｏａｇｈｎｖｒｉｆｉｃｄＴｃｎｌ（ａｕａＳｉｃ）ＣｔＳｅａｇｅ
ｈｖｏｆｔＢＦＳＷＣｒｗａｔｅｒｔｃｌｙａｌｚｄａｄｔｉｇｌｘｉｌｔｎｓｌｂｈａｏｒａｉｒｏｈｅｂａｓｈｏｅｉａｌｎａｙｅｎｈｅｓｎｅａａｅｉｅｅｖｉｐｒｐｅｔｅｆＢＦＳＷＣａｒｅｔｄＴｈｅｔｓｅｕｌｓｉｃｔｔｅｅｉｓｇｆｃｎｔｉ — ｏｒｉｓｏｂｒｗｅｅｔｓｅ．ｅｔｒｓｔｎｄｉａｅｈｒｓａｉｎｉｉａｍｐｏｍｅｔｉｈｅｍｏｌｎｄｄｕｔｌｔｆＢＦＲＰａｒｖｅｎｎｔｄｕｕｓａｃｉｉｙｏｂｒｗｈｅｎｅｍｉｅｔｔｅｒｎｉｔｒｎｇｌｄｗｉｈｓｅｌｗｉｅ；ｔｈｅｓｒｓ — ｔａｎｃｒｅｏｆＢＦＳＷＣａＳａｃｅｒｄｏｌｉａ：ｔｅｉｅｅａｔｃｍｏｌｔｅｓｓｒｉｕｖｂｒｉｌａｕｂｅｌｎｅｒｈｅｔｎｓｌｌｓｉｄｕｕｓｏｆＢＦ— ＳＷＣｒｈｓａｌｎｅｒｃａｅａｔｅｒｎｅｍｉｇｌｄｑａｉｙｂｃｍｅｉｅ．Ａｎｄｔ — ｂａａｉａｈｎｇｓｓｅｌｗｉｅｉｔｒｎｅｕｎｔｔｅｏｓｈｇｈｒｈｅｅｌｓｉｏｕｌａｔｃｍｄｕｓｏｆＢＦＳＷＣｒｃｅｃ６５Ｐａ，ｗｈｎｔｏｎｅａｉｎｏｔｅｒｂａａｎｒａｈ７８０Ｍｅｈｅｃｔｎｔｒｔｏｆｓｅ１ｗｉｅｉｎＢＦＳＷＣｒｉｗｅｙｆｕｒｐｅｃｎｔｂａｓｔｎｔ — ｏｒｅ．Ｋｅｒｓ：ｂａａｔｆｂｅｅｎｆｃｄｐｙｅｒｙｗｏｄｓｌｉｒｒｉｏｒｅｏｌｍｒｂａ；ｈｉｄｕｕｇｈｍｏｌｓ；ｃｏｍｐｏｉｉｎｔｅｒｓｔｏｈｏｙ；ｂｓｌａａｔｆｂｅｎｔｅｒｏｐｉｅｂｒ；ｍｅｈｎｉａｏｒｙｔｓｉｒａｄｓｅｌｗｉｅｃｍｏｓｔａｃａｃｌｐｒｐｅｔｅｔ

玄武岩纤维筋混凝土梁力学性能分析

由于ＢＦＲＰ筋是由非金属的纤维增强聚合物和树
脂材料构成的，所以其具有绝缘、强度高、质量轻、耐腐蚀和耐疲劳等优点，已经被认为是替代普通钢筋和预
应力钢筋用在腐蚀环境和特殊环境的最佳选择之一。故本文进行了不同直径的ＢＦＲＰ筋的力学性能试验和
在ＢＦＲＰ筋中，主要承受外力的材料是玄武岩纤维材料，玄武岩纤维材料的含量越大，ＢＦＲＰ筋的抗拉
ＢＦＲＰ筋的抗拉强度与厂家提供的数据基本吻合，说明采用灌胶粘结套管锚具进行锚固的方法对试验的结果的影响非常小，可以使ＢＦＲＰ筋的强度充分发挥出来，满足试验的要求。由于ＢＦＲＰ筋的强度不仅与直径有关，还与其中纤维材料的含量有关，如果没有齐
张永军等：玄武岩纤维筋混凝土梁力学性能分析 Fra bibliotek７３
ＤＯＩ：１０．１３９０５／ｊ．ｃｎｋｉ．ａｗｊｚ．２０１５．０３．０２８
玄武岩纤维筋混凝土梁力学性能分析
张永军，张德尧
（大庆石化工程有限公司，黑龙江
全的厂家数据，在结构配筋设计中应该通过现场取样，进行实际测量后再进行设计工作，以防ＢＦＲＰ抗拉强
强度也就越高，但是玄武岩纤维材料的含量过高会导
度的不统一造成的危害。在拉伸试验中，ＢＦＲＰ筋并不存在屈服阶段，当外部荷载超过其极限承载力即发生破坏，其破坏形式为脆性破坏。从试验数据和厂家提供的数据可以发现ＢＦＲＰ筋的弹性模量随着直径的增大而增大，这是由其组成材料的特性决定，其中的玄武岩纤维具有较高的弹性模量，在ＢＦＲＰ筋受拉时主要靠这种高强的纤维聚合物承受荷载，其中的树脂材料起到传递和分散荷载的作用。

玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁受弯受剪承载力计算分析_欧阳煜

CALCULATION AND ANALYSIS OF FLEXURAL AND SHEAR CAPACITY OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH BFRP SHEETS
Ouyang Yu Wang Peng Zhang Yunchao ( Department of Civil Eng ineering, Shanghai University Shanghai 200072) Abstract : Based on the design code for strengthening concrete structure, using the theory of calculating the flexural capacity and the shear capacity of RC beams with rectangular section strengthened by FRP, it is calculated and analysed the flexural capacity and the shear capacity of RC beams strengthened by BFRP sheets or CFRP sheets. The calculation process indicate that it is easy to calculate the flexural capacity and the shear capacity of RC beams strengthened by BFRP based on the design code for strengthening concrete structure. Keywords : BFRP sheets RC beams strengthening flexural capacity shear capacity

玄武岩纤维筋

4、剪切强度复合筋的剪切强度较低，是极限抗拉强度的26%左右。所以施工中的复合筋材可用普通的手锯在垂直方向锯开，施工很方便。
5、耐腐蚀、不Βιβλιοθήκη 锈复合筋不生锈、耐腐蚀，尤其具有极高的耐酸性和耐盐性。对水泥砂浆中的盐分浓度及盐分或二氧化碳的浸透和扩散等具有较高的容许度；可以在苛刻环境下或超低温下使用。工程应用结果表明：采用特定的树脂和玄武岩纤维制成的复合筋，承受碱性环境的性能也非常良好，在地下可使用50年。使用温度较广，在-270℃-700℃之间均可使用。
二、玄武岩纤维的应用
1、玄武岩纤维在混凝土中的应用高强度、高耐温、高耐磨、抗冲击的新型复合混凝土。耐久性好，强度提高。
2、玄武岩纤维在建筑结构中的应用
（1）建筑结构加固
可以节约建筑成本，减少工期，对老旧建筑进行加固，常用的增强复合纤维有碳纤维、玻璃纤维、和芳纶纤维。
（2）建筑材料替代
玄武岩纤维具有优良的力学性能及稳定性，可以将其制成玄武岩纤维筋在某些重要结构中代替钢筋使用。
3.玄武岩纤维的生产现状截止到2010年底国内生产玄武岩纤维的厂家有浙石金、四川航天拓鑫、牡丹江金石、山西巴塞奥特等八家。以下为2010年底八家企业的产量。
三、总结
作为一种绿色环保的新型混凝土增强材料，玄武岩纤维有着广阔的应用前景。其良好的力学性能、较高的性价比和稳定的化学性质，可用于代替生产钢材、铝合金等紧缺矿产资源，对促进国民经济建设有着重要的意义。目前玄武岩纤维筋混凝土制作的问题，已经克服，期待耐久性研究后，可用于滨海建设工程。
一、玄武岩纤维复合筋的特点：
1、相对密度小
复合筋的相对密度在 1.8 —2.1g/cm3之间，是钢筋的 1/4和铜筋的1/5。使用玄武岩纤维复合筋（BFRP）筋，使建筑物减轻了自身的重量，同时在运输、施工和安装中也更加方便。

钢丝连续玄武岩纤维复合板及其力学性能研究

先将cbf单向布和钢丝分铺设完毕再进行树脂浸渍最后用重物均压固应变钢丝cbf复合板应力应变曲线钢丝cbf复合板制作工艺组试件基本参数弹性模量gpa抗屈服强度抗屈服应变抗断裂强度抗断后延长率试件编号试件截面积铺层方式mpa材料mpa钢丝1886890110002241654b2988cbf8276412062bsbs12600128s23805206浸渍树脂199384556s33890252周健吴刚吴智深等
试件的破坏模式有3 种：⑴ 直接滑移破坏。发生这种破坏模式的主要原因是试验时锚板内粘结效果未达到其粘结强度，当荷载达到一定值时，导致其剪切变形过大，试件从端部锚板内抽出，如图4(a)所示，试件S1发生此类破坏。⑵ 试件在加载及后期同样出现多条纵向裂缝并被分为若干束条，然后靠近某一边缘的几个束条发生滑
100 50
200
250
200
结构胶粘接
650
图3 拉伸试件及端部锚固示图
(a)
(b)
(c)
图4 试件破坏特征
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高科技纤维与应用
第34卷
80
S3
S2
60 S1
40 4B
20
表4列出了在刚度相等的情况下，纯CBF板、 CBF和碳纤维（CF）混杂板以及钢丝-CBF复合板 3 种材料的成本。从表中可知，钢丝-CBF复合板的成本远低于混杂纤维板和CBF板，而且随着钢丝体积分数的增加，成本会不断降低。当然，过大的钢丝体积分数会增加加固材料的质量，在实际工程中可以通过调整组分的方式以获得最佳的加固效果和材料的性价比。
固性能。粘结介质采用瑞士Sika公司生产的双组分环氧树脂Sikadur-30 Normal，该树脂强度高，粘结效果好，能满足本试验研究的要求。锚具是由两块厚度为6 mm的开孔钢板及相配套的螺杆螺帽及销钉等组成，复合板伸入锚具的入口处钢板沿厚度方向打磨成“斜坡”形式，使该区段的刚度渐变，以减小应力集中现象，如图3所示。 2.2 试验装置