钢纤维高强混凝土框架节点梁截面曲率延性的试验研究
钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究_岳航
第24卷 第2期 天 中 学 刊 V ol. 24 No. 2 2009年4月 Journal of Tianzhong Apr. 2009收稿日期：2008-09-19作者简介：岳航（1978~ ），男，河南上蔡人，黄淮学院建筑工程系助理实验师，西安建筑科技大学土木工程学院硕士研究生．钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究岳 航1, 2，费建刚2，乔茂华2（1.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055；2.黄淮学院，河南 驻马店 463000）摘 要：试验研究和工程实践表明钢纤维混凝土具有良好弯曲韧性．CECS38 : 2004在隧洞支护与补砌、工业建筑地面设计中引入弯曲韧度指数和弯曲韧度比，这与以往基于ASTMC1018弯曲韧性指数不同．为此，通过四点弯曲梁弯曲韧性试验，利用不同方法计算弯曲韧性指标，分析了钢纤维体积率和混凝土强度对钢纤维混凝土弯曲韧性的影响，试验结果对钢纤维混凝土弯曲韧性在设计中的应用具有一定的参考价值． 关键词：钢纤维混凝土；弯曲韧性；钢纤维体积率；混凝土强度级 弯曲韧性是指钢纤维混凝土开裂后能继续保持承受较大荷载的能力，是评价钢纤维混凝土的一个重要指标．近年来，大量的工程实践和广泛的试验研究表明钢纤维混凝土具有良好的弯曲韧性，但长期以来由于弯曲韧性试验方法和评价指标的不同，导致对钢纤维混凝土弯曲韧性的判断和结果有很大差异[1]．新版的《纤维混凝土结构技术规程》（CECS38 : 2004）在结构设计中首次引入弯曲韧性的概念，将弯曲韧度系数f e 、弯曲韧度比R e 应用到在隧洞支护与补砌和工业建筑地面设计中[2]．由于《钢纤维混凝土试验方法》（CECS13 : 89）中弯曲韧性试验标准采用ASTM C1018提出的弯曲韧度指数法[3]，而CECS38 : 2004中弯曲韧度指数f e 是基于JSCE G552标准．文章通过对钢纤维混凝土梁式试件的弯曲韧性试验，分别计算了ASTM 和JSCE 弯曲韧性指数及弯曲韧度比，研究了钢纤维体积率和基体强度对钢纤维混凝土弯曲性能的影响． 1 试验概况试验采用郑州市洞林水泥厂生产的42.5R 普通硅酸盐水泥；粗骨料采用最大粒径不大于20 mm 的花岗岩，连续级配；选用河砂，M x = 2.7，含泥量为1.0%；钢纤维采用剪切波纹型钢纤维，l f = 32 mm ，长径比f f 50l =；拌合水采用自来水；外加剂采用FDN-1高效减水剂，减水率18%~25%．根据试验研究目的，进行正交试验设计．其中，混凝土强度按C40和C50等级进行配合比设计，水灰比分别为0.44和0.38，水泥用量为380 kg/m 3和460 kg/m 3，减水剂用量为1%，钢纤维体积率分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%．弯曲韧性试验参考钢纤维混凝土试验方法（CECS13 : 89），试件采用100 mm×100 mm×400 mm 梁式试件三分点均匀加荷，用荷载传感器测定作用于试件上的荷载，位移传感器测定小梁挠度．试验设备采用1000 kN 压力试验机，采用两个液压千斤顶补偿刚度．2 试验结果及分析2.1 韧性指数计算评价钢纤维混凝土弯曲韧性主要通过荷载-挠度计算相应的弯曲韧性指数，目前较常用的方法有ASTM C1080和JCI SFRC 韧度指数法．(1) ASTM 韧度指数法为特征点法[4]，是应用最为广泛的一种方法．该方法利用理想弹塑性体作为材料韧性的参考标准，选用初裂点挠度δ的倍数（3δ、5.5δ、15.5δ）作为终点挠度，计算相应的弯曲韧性指数标I 5、I 10、I 30．(2) JCI SFRC 委员会韧度指数法[5]是1983年JCI 提出的用弯曲韧度系数b σ表示钢纤维混凝土韧性的方法．其计算公式为2b b tb ()T l bh σδ•=，其中：T b 为相应挠度δtb 时的荷载~挠度曲线下的面积；δtb 为给定跨度值的1/150；b 、h 、l 分别为试件宽、高、跨度．分别根据ASTM 和JCI 标准计算相应的弯曲韧性中图分类号：TU528.571文献标识码：B文章编号：1006-5261(2009)02-0052-03岳 航，费建刚，乔茂华：钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究 ·53·指标，同时依据CECS 38 : 2004计算相应的弯曲韧度比R e ．弯曲韧性试验主要结果见表1．表1 钢纤维混凝土弯曲韧性试验结果 MPa接近弹性材料韧性指数值（ASTM C1018-85，对于理想弹性材料，弯曲韧性指数标I 5、I 10、I 30分别为5、10和30），这表明钢纤维混凝土具有良好的弯曲韧性，尤其是当钢纤维体积率较大时，基体强度C40的钢纤维混凝土弯曲韧性指数已经超过理想弹塑性材料值．比较ASTM 和JCI 的计算方法，ASTM 弯曲韧性指数能够较确切地反映钢纤维混凝土的工作状态，通过I 5、I 10、I 30表征与理想弹塑性体的偏离程度．但其计算的弯曲韧性指数离散性较大，主要是受初裂强度取值的影响．理论上，初裂点为荷载~挠度曲线由线弹性阶段向塑性非线性阶段转变时的分界点，但准确确定该点的位置，需要挠度测量系统必须严格检测试验过程中发生的任何微小的挠度变形．由于试验条件的限制，准确确定初裂点在实际中很能实现，因而必然影响试验结果的精确性．根据JCI 标准计算的弯曲韧性指数，实际上是挠度δtb 的折算的平均强度，该方法避免了初裂点位置的影响，但其受荷载~挠度曲线影响不大，同时δtb 取值理论依据也不够充分[6]． 2.2 钢纤维体积率影响基体混凝土强度一定时，不同钢纤维体积率的钢纤维混凝土试件荷载~挠度曲线如图1所示．由图可知，当基体混凝土强度等级相同时，随着钢纤维体积率的增大，钢纤维混凝土的开裂荷载和极限荷载提高，荷载~挠度曲线总体趋于丰满，钢纤维混凝土的弯曲韧度（荷载~挠度曲线围成的面积）增大，试件从开裂到破坏，所需能量增大．由表1弯曲韧性计算结果可知，随着钢纤维体积率从0.5%增大到2%，C40钢纤维混凝土试件初裂强度提高31%，抗弯强度提高40%，等效平均弯拉强度b σ由1.95 MPa 增大到3.99 MPa ，提高105%，弯曲韧度比从0.42增加到0.66，提高57%．C50钢纤维混凝土试件初裂强度提高36%，抗弯强度提高45%，等效平均弯拉强度由1.88 MPa 增大到4.42 MPa ，提高135%，弯曲韧度比从0.31增加到0.57，提高84%．由此可见，钢纤维在改善混凝土脆性，增加混凝土受弯韧性方面优良的作用．同时从增长幅度看，钢纤维对基体强度C50的混凝土试件的改善作用优于C40的混凝土试件．图1 不同钢纤维体积率混凝土荷载~挠度曲线比较ASTM 弯曲韧性指数可以发现，随着钢纤维体积率增大，强度等级C40试件的弯曲韧性指数I 5、I 10、I 30逐渐增大，其中I 5、I 10超过理想弹塑性材料的韧性指数，当纤维体积率提高到1.5%后，I 30也超过理想弹塑性材料的韧性指数．但对C50的钢纤维混凝土，韧性指数I 5、I 10、I 30离散性较大，主要原因是由于强度等级达到C50后，基体混凝土的脆性性质更加明显．同时，由于不能排除初裂点选取带来的误差，导致各特征点韧性计算的误差，从而影响韧性指数的精确性．这是ASTM 韧性指数法在固有的缺陷． 2.3 混凝土强度影响图2为钢纤维体积率为1%和2%时不同强度等级的钢纤维混凝土试件荷载~挠度曲线．由图可知，钢纤维体积率一定时，随着基体混凝土强度等级的提高，试件的弯曲韧度增大．根据弯曲韧性指数计算结果可知，当钢纤维体积率一定时，钢纤维混凝土的初裂强度和极限强度受基C50ρ = 0.5%ρ = 1.5%ρ = 2.0%510152025303500.5 1.0 1.5 2.0挠度（mm ）荷载（k N ）2.5ρ = 1.0%ρ = 0.5%ρ = 1.0%ρ = 1.5%ρ = 2.0%51015202500.51.0 1.52.0荷载（k N ）2.5C40挠度（mm ）岳 航，费建刚，乔茂华：钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究·54· 体混凝土强度影响明显，随着基体强度提高而明显增大．当混凝土强度等级从C40增大到C50时，相同钢纤维体积率的钢纤维混凝土等效平均弯拉强度随之增大，而弯曲韧度比减小，弯曲韧性指数I 5、I 10、I 30也减小．这表明当钢纤维体积率一定时，混凝土强度等级由C40提高到C50时，钢纤维混凝土的初裂荷载明显增大，同时脆性增加，从而导致其弯曲韧度比和弯曲韧性指数变小．图2 不同强度等级钢纤维混凝土试件荷载~挠度曲线3 结论(1) 通过钢纤维混凝土弯曲韧性试验，测得不同钢纤维体积率和不同混凝土强度等级下的钢纤维混凝土梁荷载~挠度曲线，并按照ASTM 、JCI 和CECS38 : 2004方法，计算试件弯曲韧性指数和弯曲韧度比；(2) 钢纤维混凝土试件的初裂荷载和抗弯强度都随基体混凝土强度等级和钢纤维体积率的提高而增大；(3) ASTM 韧性指数法计算表明，强度等级为C40和C50的钢纤维混凝土弯曲韧性指数接近或达到理性弹塑性材料的弯曲韧性指数，钢纤维混凝土具有良好的塑性性能．由于受试验水平限制，很难精确确定初裂点的位置，导致弯曲韧性指数离散性较大，很难比较不同钢纤维混凝土试件的弯曲韧性；(4) JCI 韧性指数法计算表明，基体混凝土等级一定时，等效平均弯拉强度随着钢纤维体积率提高而明显增大；(5) 当混凝土强度等级一定时，钢纤维混凝土的弯曲韧度比R e 随着钢纤维体积率增大而提高．当钢纤维体积率一定时，C50的钢纤维混凝土弯曲韧度比R e 小于C40的钢纤维混凝土；(6) 现有钢纤维混凝土试验方法（CECS13 : 89）利用荷载~挠度曲线拐点处弯拉强度值为初裂强度，CECS38 : 2004通过大量实验数据得出初裂强度回归公式，这两种方法都造成误差，影响弯曲韧度指数I 5、I 10、I 30和弯曲韧度比R e 计算的精确性．参考文献：[1] 赵国藩，彭少民，黄承逵．钢纤维混凝土结构[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000．103~105．[2] 中国工程建设标准化协会标准．纤维混凝土结构技术规程（CECS38 : 2004）[S]．[3] 中国工程建设标准化协会标准．钢纤维混凝土试验方法（CECS13 : 89）[S]．[4] ASTM C1018-85．Standard test method for flexuraltoughness and first-crack strength of fiber reinforced concrete (using beam with third point loading)[S]． [5] JSCE Standard SF-4．Method of test for flexural strengthand flexural toughness of fiber reinforced concrete [S]． [6] Nataraja M C ，Dhang N ，Gupta A P ．Toughness chara-cterization of steel fiberreinforced concrete by JSCE approach [J]．Cementant and Concrete Research ，2000，(30)：593~597．[7] 赵顺波，孙晓燕，李长永，等．高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究[J]．建筑材料学报，2003，(1)：95~99．[8] 朱海堂，高丹盈，谢丽，等．钢纤维高强混凝土弯曲韧性试验研究[J]．硅酸盐学报，2004，(5)：656~660．[9] 邓宗才，彭书成．哑铃型钢纤维粉煤灰混凝土基本力学性能及抗弯韧性[J]．公路，2003，(9)：149~155．[10] 姚武，蔡江宁，吴科如，等．钢纤维混凝土的抗弯韧性研究[J]．混凝土，2002，(6)：31~33．〔责任编辑 牛建兵〕ρ = 1.0%C40C50510 15 20 25 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5挠度（mm ）荷载（k N ）ρ = 2.0%C40C50510 15 20 25 30 350 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5挠度（mm ）荷载（k N ）。
预制装配式混凝土框架高效延性节点试验研究共3篇
预制装配式混凝土框架高效延性节点试验研究共3篇预制装配式混凝土框架高效延性节点试验研究1预制装配式混凝土框架是目前建筑业中广泛使用的一种构造形式，其具有快速建造、工艺精度高和实现模块化等优点，因此备受市场青睐。
在预制装配式混凝土框架中，节点是连接构件的重要部分，其性能对整个构造体系具有重要影响。
为了提高预制装配式混凝土框架节点的性能，高效延性节点被广泛研究和应用。
该文将围绕预制装配式混凝土框架高效延性节点的试验研究展开讨论。
1、高效延性节点的定义高效延性节点是指在强震作用下能够完成材料的延性破坏而不发生破坏骨架崩塌的节点。
高效延性节点需要在充分发挥混凝土和钢筋的受力能力的前提下，通过设计和构造能够控制节点的裂缝扩展和约束裂缝的断面形状，达到延性破坏的目标。
高效延性节点的能力体现在多方面，如强度、刚度、能量耗散、变形能力等。
2、高效延性节点的优点高效延性节点具有以下优点：（1）具备很强的抗震性能，能够满足建筑物在地震灾害中的安全性要求。
（2）能够充分发挥节点材料的延性破坏特性，有利于减小结构的损伤程度。
（3）极大地提高了建筑物的整体抗震能力，有助于提高建筑物的可靠性和经济性。
（4）可以保证结构在一定程度上具备抗震的自检和修复能力。
（5）形式简单、施工方便、节约时间和成本。
3、高效延性节点的试验研究高效延性节点的试验研究可以通过在实验室和结构模型中进行，主要包括节点的抗震性能、变形特性、承载能力和破坏机制等方面的研究。
以下是一些典型的高效延性节点的测试方法。
（1） SHPB冲击试验法：该试验方法可以通过控制冲击荷载的强度和冲击时间达到研究节点变形特性和耗能特性的目的。
（2）低周反复荷载试验法：该试验方法可以通过在充分反复荷载下进行水平力测试，检测节点的损伤状态并确定破坏机制。
（3）原型节点寿命周期试验法：该试验方法通过在原型节点上进行加速寿命试验，获得节点的寿命变形特性和耐久性能，以确定节点的工作寿命和保养计划。
钢纤维高强混凝土弯曲性能试验研究
证 钢纤维拌 和均 匀 ， 先搅 拌除钢 纤维外 的其 他材料 ，
再 将 钢 纤 维 均 匀 撒 入 ， 部 投 入 后 再 搅 拌 ２ｍ ｎ 全 ｉ。搅
铣削 型 、 切断 弓形 、 切波 纹 形 ， 中 以铣削 型 钢纤 剪 其
收 稿 日期 ：０ ｌ— ３—１ ２１ Ｏ ４ 作者 简 介 ： 谢 丽 （ ９ ６ ） 女 ， 南 信 阳 人 ， 师 ， 事 建筑 结 构 工 程 的教 学 与 研 究 工作 。 １７ 一 ， 河 讲 从
凝 土小 梁 的 弯 曲试 验 ， 讨 了钢 纤 维 高 强 混凝 土 弯 曲 条 件下 的裂 缝 发 展 、 坏 形 态 以及 钢 纤 维 高 强 混 凝 土 小 梁 试 件 的 尺 寸 效 应 ， 探 破
研 究 了钢 纤 维体 积 率 和 钢 纤 维类 型 对 钢纤 维高 强 混 凝 土抗 折 初 裂 强度 和 抗 折 极 限 强度 的影 响 。
浙 江建筑 ， ２ 第 ８卷 ， ５期 ，０ １年 ５月 第 ２１
Ｚ ｅｉｎ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎ，Ｖｏ． ８，Ｎｏ ５，Ｍａ ０ ｈ ｊ ｇ Ｃ ｎ ｔ ｃｉ ａ ｒ ｏ １２ ． ｙ２ １ １
钢 纤 维 高 强 混 凝 土 弯 曲性 能 试 验 研 究
Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｕ ｙ ｏｎ Ｂｅｎ ｎ ｐ ｒ ｍｅ ｔ ｌ Ｓｔ ｄ ｄｉｇ Ｂｅｈ ｖｏ ｆＳｔ ｅ ａ ｉｒｏ ｅ ｌ ＦｉｅｒＲｅｎ ｏ ｃ ｄ Ｈｉｈ Ｓｔｅｎ ｔ ｂ ｉｆ ｒ ｅ ｇ — ｒ ｇ ｈ Ｃｏｎ ｒ ｔ ｃｅｅ
度钢纤 维混凝 土试 验方 法 的弯 曲性 能 ， 已经 有 了较
多 的 试 验 研 究 和 理 论 分 析 ， 在 大 量 实 际 工 程 中 得 并
到 了应用 。而 对于钢 纤 维 高强 混 凝 土 的弯 曲性 能 ，
纤维增强混凝土梁柱节点及框架结构抗震性能研究
纤维增强混凝土梁柱节点及框架结构抗震性能研究纤维增强混凝土梁柱节点及框架结构抗震性能研究摘要：随着城市建设和人口增长，地震对建筑物的破坏性影响变得尤为重要。
为了提高建筑物的抗震性能，研究者们不断探索各种新型材料和结构设计。
本研究主要关注纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete，简称FRC）在梁柱节点和框架结构中的应用，并通过理论分析和数值模拟研究了FRC 的抗震性能。
1. 引言建筑物在地震中的安全性是城市发展的重要问题。
传统的混凝土结构在地震中容易出现破坏，因此研究人员一直在寻找新的材料和结构设计来提高建筑物的抗震性能。
FRC具有良好的韧性和抗拉性能，因此在抗震设计中被广泛应用。
2. FRC的力学性能2.1. FRC的组成和制备方法FRC是将钢纤维或其他合适的纤维掺入混凝土中制备而成。
钢纤维的加入可以提高混凝土的延性和抗裂性能。
2.2. FRC的力学性能测试通过对FRC试样进行拉伸、压缩和弯曲等力学性能测试，可以评估FRC的力学性能。
试验结果表明，FRC具有较高的抗拉强度和延性，能够有效抵抗地震力的作用。
3. 纤维增强混凝土梁柱节点设计3.1. 传统梁柱节点设计的不足传统的混凝土梁柱节点容易出现节点剪切破坏和横向钢筋屈服等问题。
这些问题可以通过引入FRC来改善。
3.2. FRC在梁柱节点中的应用通过在梁柱节点中加入FRC，可以提高节点的延性和承载力。
研究结果显示，引入FRC后，梁柱节点的抗震性能明显提高。
4. 纤维增强混凝土框架结构设计4.1. 传统框架结构设计的不足传统的混凝土框架结构在地震中容易出现柱子轴压破坏和梁柱节点剪切破坏等问题。
这些问题可以通过引入FRC来改善。
4.2. FRC在框架结构中的应用通过在框架结构中加入FRC，可以提高结构的整体延性和抗震性能。
数值模拟结果表明，引入FRC后，框架结构的抗震性能明显提高。
5. 结论本研究通过理论分析和数值模拟研究了纤维增强混凝土在梁柱节点和框架结构中的抗震性能。
高强混凝土框架结构节点的试验研究
高强混凝土框架结构节点的试验研究一、研究背景高强混凝土在建筑结构中的应用越来越广泛，尤其是在框架结构中的应用更是成为了一种趋势。
然而，高强混凝土框架结构节点的抗震性能一直是研究的热点之一。
因此，对高强混凝土框架结构节点的试验研究具有重要意义。
二、试验目的本次试验的目的是研究高强混凝土框架结构节点的力学性能及其抗震性能。
三、试验设计本次试验采用三悬臂梁节点作为研究对象，试验设计如下：1.试验模型试验模型采用钢筋混凝土柱、梁和板构成，其中梁和板采用高强混凝土。
2.试验参数试验参数包括节点类型、节点尺寸、混凝土强度等。
3.试验载荷试验载荷采用静力加载和地震模拟加载两种方式。
静力加载采用等静力法，地震模拟加载采用三维振动台。
4.试验数据采集试验数据采集包括节点变形、应力、位移等。
四、试验过程1.试验前准备试验前，需要制作好试验模型，并对其进行质量检查和标记。
同时，需要准备好试验设备和工具。
2.试验操作试验操作包括试验模型的安装和试验载荷的施加。
在试验过程中，需要及时采集试验数据，并对试验模型进行观察和记录。
3.试验结果分析试验结果分析包括试验数据的处理和分析，以及结论的得出。
五、试验结果通过试验，得到了高强混凝土框架结构节点的力学性能及其抗震性能。
试验结果表明，高强混凝土框架结构节点具有较好的抗震性能。
六、结论本次试验研究了高强混凝土框架结构节点的力学性能及其抗震性能。
通过试验结果分析，得出了结论：高强混凝土框架结构节点具有较好的抗震性能。
这对于高层建筑的抗震设计和建设具有重要意义。
钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线试验研究
钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线试验研究张颖;吕西林;年学成【摘要】High-strength steel fiber reinforced concrete (HSSFRC) has high strength along with good toughness,and thus enhances seismic performance of structures.In this paper,uniaxial tensile experiment for HSSFRC under monotonic loading was conducted in order to study the tensile properties.The volume fractions of steel fiber are 0％,1.0％,1.5％and 2.0％ with the cube compressive strength of 60 MPa and 80MPa,respectively.The effects of steel fiber volume fractions on uniaxial tensile strength and strain corresponding to the peak stress of HSSFRC were investigated.Based on the test data,a more suitable analytical model is proposed to generate the stress-strain curve of HSSFRC,which fits well with the experimental curves and can be used for nonlinear analysis of structures or components.%钢纤维高强混凝土,可以大大改善高强混凝土的脆性,进而提高构件的延性和抗震性能.为研究钢纤维高强混凝土轴心抗拉性能,设计了合适的轴心抗拉全过程试验方案,然后分别对强度等级为C60和C80,钢纤维体积率为0％、1.0％、1.5％和2.0％的钢纤维高强混凝土进行轴心抗拉全过程试验.根据试验结果,分析了混凝土强度和钢纤维体积率对于改善混凝土抗拉强度、峰值应变的影响;提出了适用的钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变曲线数学表达式.提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为钢纤维高强混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2017(033)001【总页数】7页(P107-113)【关键词】钢纤维高强混凝土;钢纤维体积率;轴拉应力-应变曲线;拉压强度比【作者】张颖;吕西林;年学成【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;江苏省建筑设计研究院,南京210019【正文语种】中文钢纤维混凝土（SFRC）是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短钢纤维组合而成的复合材料［1］。
钢纤维高强混凝土框架节点延性试验研究
Ｋｅ ｒｓ ｓ ｌ ｂｒ ｉｆ ｃｄｈｓ ｒｎｔ ｏｃ ｔ；ａ ｉｔｄ ｃｌ ；ｘ ｒ ｅｔｌ ｔｄ ｙｗｏｄ ： ｅ ｅ ｎ ｒｅ ｈｓ ｅｇ ｃｎｒ ｅ ｆ ｍｅ ｏ ；ｕｔｉ ｅｐｉ ｎ ｕ ｙ ｔ ｆ ｒ ｏ ｉ ｅ ｉ ｔ ｈ ｅ ｒ ｊｎ ｉｔ ｅ ｍ ａ ｓ ｙ
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第 ３卷 ４
第３ 期
Байду номын сангаас
四川 建筑科学研究
Ｓｃ ｕ ｎＢ ｉ ｉｇＳ ｉｎ ｅ ｉｈ ａ ｕｌ ｎ ｃｅ ｃ ｄ ５ ３
２０ ０ ８年 ６月
钢 纤维 高强混凝土框架节点延性试验研 究
张兴 昌 ， 萌 肖良丽。 陈 ，
（． １ 新乡学 院 ， 河南 新乡 ４ ３０ ； ５ ０ ３
２． ｃ ｏ ｌｏ ｉｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ Ｕｎ ｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ２， ｈ ｎ ； Ｓ ｈ ｏ ｆＣ ｖｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ｉ ｅ ｔ Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ ４ ０ ０ Ｃ ｎ ｓｙ ｉ ａ
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钢纤维增强聚合物改性高强混凝土断裂韧性的试验研究
钢纤维增强聚合物改性高强混凝土断裂韧性的试验研究
胡若邻;黄培彦
【期刊名称】《应用基础与工程科学学报》
【年(卷),期】2011(19)6
【摘要】为研究混凝土材料的抗裂性能,针对新型桥梁建筑材料———钢纤维增强聚合物改性高强混凝土(SFRPMHC),基于边界效应模型,提出用不同边界条件试件确定无尺寸效应断裂韧性的测试方法,并通过6组不同钢纤维及聚合物含量、3种不同缝高比的预制开口试件的验证,研究了材料组份对断裂韧性的影响规律.结果表明直接由试验确定的名义断裂韧性仍有尺寸效应,边界效应模型可较好描述这一规律;随钢纤维含量的增加,混凝土抗压、抗拉强度及失稳断裂韧性均线性增大,而起裂断裂韧性提高不明显;聚合物含量越大,材料抗压强度和断裂韧性也略有增大.
【总页数】8页(P963-970)
【关键词】钢纤维增强聚合物改性高强混凝土;边界效应模型;尺寸效应;断裂韧性;名义断裂;韧性
【作者】胡若邻;黄培彦
【作者单位】中交四航工程研究院有限公司;水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室;华南理工大学土木与交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】U441.6
【相关文献】
1.钢纤维改性再生橡胶高强混凝土性能试验研究 [J], 朱江;陈传锋;朱志文;林凤兰
2.钢纤维增强聚合物改性混凝土的应用技术研究 [J], 黄灶盛;常浩
3.钢纤维增强聚合物改性混凝土力学性能的研究 [J], 刘亚东
4.钢纤维增强聚合物高强混凝土疲劳性能的试验研究 [J], 胡瀚
5.钢纤维增强高强钢筋混凝土梁柱节点抗震性能试验研究 [J], 张健新;张标;戎贤;丁传林
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高强钢筋钢纤维混凝土梁受力性能试验研究
高强钢筋钢纤维混凝土梁受力性能试验研究目前,虽然国内外学者对钢筋钢纤维混凝土梁的受弯和受剪性能进行了大量的试验和理论研究,但关于高强钢筋钢纤维混凝土梁的受弯和受剪试验研究较少。
在钢纤维混凝土梁中采用高强钢筋,梁的受弯承载力、受弯刚度和受剪承载力能否仍采用中国规范和美国规范进行计算,需要通过试验研究来加以验证。
本文研究高强钢筋钢纤维混凝土梁的受弯和受剪性能,重点关注中国和美国规范对高强钢筋钢纤维混凝土梁受弯承载力、受弯刚度、受剪承载力的计算适用性,主要研究内容包括:(1)在纵筋配筋率为1.02%和2.99%的条件下,分别进行钢纤维体积率为0、1%、2%的受弯梁试验,调查钢纤维体积率和纵筋配筋率对梁的荷载-挠度曲线、开裂荷载、受弯承载力、受压区高度、最大裂缝宽度、受弯刚度、延性和破坏形态的影响。
(2)利用CECS38:2004计算方法对高强钢筋钢纤维混凝土梁的受弯承载力进行研究,并基于试验结果建立适用于高强钢筋钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算公式。
(3)比较试验测得的荷载-挠度曲线与CECS38:2004刚度公式计算得到的荷载-挠度曲线,分析两者产生差别的原因,并对CECS38:2004的刚度计算公式进行修正;对比ACI318-14计算得到的全截面惯性矩、开裂截面惯性矩与试验值的差别,并在ACI318-14有效惯性矩计算公式的基础上,利用试验测得的结果,通过拟合分析建立高强钢筋钢纤维混凝土梁的有效惯性矩计算公式。
(4)对5根高强钢筋无腹筋梁和6根高强钢筋有腹筋梁进行受剪试验,测试钢纤维体积率和箍筋配筋率对荷载-挠度曲线、斜截面开裂荷载、受剪承载力、斜截面混凝土应变、箍筋应变、斜裂缝宽度及破坏形态的影响。
(5)对比受剪承载力试验值与中国规范CECS38:2004、美国规范ACI544.4R计算值的差异,分析规范计算值与试验值产生误差的原因,并对规范公式进行修正。
(6)借鉴《钢纤维混凝土》GJT472-2015的配合比设计原理,将裂缝处钢纤维等效为跨越裂缝截面的混凝土骨料进行研究分析,基于Collins修正压力场理论提出了裂缝处钢纤维具有剪应力和无剪应力的两种计算模型,并利用106根梁的试验数据证明了计算钢筋钢纤维混凝土梁受剪承载力可以忽略裂缝处钢纤维的剪应力。
钢纤维混凝土弯曲韧性的试验研究及有限元模拟
钢纤维混凝土弯曲韧性的试验研究及有限元模拟
李九阳;陈立;胡广朝;王振伟;郭金鹏;王晓煜
【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(25)1
【摘要】为研究钢纤维混凝土的弯曲韧性,采用不同体积掺量的铣削型钢纤维制备钢纤维混凝土,通过试验研究了掺量对钢纤维混凝土梁式试件的荷载-挠度曲线、弯曲韧性指数和弯曲韧性比的影响,再采用有限元软件ABAQUS模拟分析了与试验同条件下的荷载-挠度曲线、裂缝扩展过程等。
结果表明:大体积掺量的钢纤维混凝土在加载后期的增韧阻裂效果更好,钢纤维体积掺量为1.5%的弯曲韧性最好,同时结合荷载-挠度曲线和应力云图分析了钢纤维混凝土的破坏过程和破坏特征,为钢纤维混凝土应用于工程提供参考。
【总页数】6页(P1-6)
【作者】李九阳;陈立;胡广朝;王振伟;郭金鹏;王晓煜
【作者单位】长春工程学院土木工程学院;吉林省建筑一体化集成技术科技协同创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.572
【相关文献】
1.钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究
2.微细钢纤维高强混凝土弯曲韧性试验研究
3.废轮胎钢纤维混凝土的弯曲韧性试验研究
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5.钢纤维再生混凝土受压本构模型及弯曲韧性试验研究
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预制结构钢纤维高强混凝土框架节点滞回性能试验研究
钢 筋 和浇 筑 混凝 土 的 困难 ， 响 了浇 筑质 量 且 主 筋 影
与混凝， 针对 上述 存在 的问题 ， 钢 纤维 将 混凝 土 应用 于混 凝 土 结 构 的节 点 处 ， 用 钢 纤 维 混 利
中图分类号 ：Ｕ ７ ． Ｔ ３ ８４ 文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ：０ ８—１３ ２ ０ ）４— ０ １— ５ １０ ９３【０６ ０ ０ １ ０
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｓ ｕ ｙ ｎ ｐ ｒｍ ｎ ａｌ ｔ ｄ ｏ ｈ ｓ ｅ ｅ ｉ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｒ ｃ ｓ ｅ ｃ ｎ ｒ ｔ ｙ ｔ ｒ ｔｃ ｈａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｏ ｐ ｅ ａ ｔ ｄ ｏ ｃ ｅ ｅ
２ 同济大学结 构工 程与防灾研究所 ， ． 上海 摘
２０ ９ ） ０ ０２
要： 采用足尺模型对 比试 验方法 ， 现浇整体式高强混凝土节点 Ｊ 、 制结构装 配整体式 高强混凝 土节点 Ｊ 对 ｌ预 ２和不 同体积
含量 的钢纤 维高强混 凝土节点 Ｊ ， ３Ｊ ４在低 周反复荷载作用下的滞 回性能进行 了研究 。结果表 明 ， 采用钢纤 维高强混 凝土 浇筑 预 制混 凝土结构后浇节点 ， 以减少核心 区箍 筋用量 ， 高节 点 承载能 力 ， 可 提 容易 实现 “ 强节 点 ” 改 善梁 筋在 节 点 内的粘 结滑 ， 移， 有利 于提高组合 件的耗能能力 。 关键词 ： 制混 凝土结构 ； 预 节点 ； 钢纤维混 凝土 ； 回曲线 滞
Ｏ 引 言
预制混凝土结构作为常用 的建筑结构形式 ， 在 保证质量 、 缩短工期 、 实现工业化等方面有着显著的 优势 ， 越来越受到工程界的关注。但是 ， 预制混凝土 结构较突出的问题是整体性差 ， 不利 于抗震 。震 害
表明： 预制 混凝 土结 构 连 接 节 点 是 该 结构 体 系 的薄 弱环 节 ， 常发 生脆 性 破 坏 。为 了保 证 节 点 的 刚 度 和
钢纤维混凝土劈拉与弯曲性能的试验研究的开题报告
钢纤维混凝土劈拉与弯曲性能的试验研究的开题报告
概述：
钢纤维混凝土作为一种新型材料，具有在大幅度振动、撞击和抗裂性能方面的优越性能。
本文将就钢纤维混凝土的劈拉与弯曲性进行试验研究，探究其力学特性及其
应用性能。
具体研究内容如下：
1. 研究目的
钢纤维混凝土在工业、土木和建筑工程等领域得到广泛应用。
本文旨在通过试验研究钢纤维混凝土的劈拉与弯曲性能，探究其力学特性和应用性能，为其在工程中的
应用提供理论依据及实用经验。
2. 研究内容
2.1 劈拉试验
采用拉伸试验机对不同钢纤维混凝土配合比样品进行拉伸试验，测量其极限拉应力、极限拉伸应变、断裂强度等参数，并绘制应力-应变曲线。
2.2 弯曲试验
采用万能材料试验机进行钢纤维混凝土梁的弯曲试验，测量其最大承载力、弯曲刚度等参数，并绘制荷载-挠度曲线。
同时还将分析破坏形态和破坏机理。
3. 研究意义
通过对钢纤维混凝土劈拉与弯曲性能的试验研究，可以更全面地了解该新型材料的力学特性。
同时，可以为该材料在工业、土木和建筑工程等领域的应用提供理论依
据和实用经验，丰富其应用领域。
4. 研究方法
本文主要采用试验法研究钢纤维混凝土的劈拉与弯曲性能。
通过拉伸试验机和万能材料试验机对不同配合比样品进行拉伸试验和弯曲试验，测量其相应参数，并绘制
应力应变曲线和荷载挠度曲线。
5. 预期结果
通过钢纤维混凝土劈拉与弯曲性能试验分析，预计发现其具有良好的抗裂性能和抗拉、抗弯强度。
同时，还将探究破坏形态和机理，为其更广泛的应用提供理论依据。
钢纤维高强混凝土框架边节点抗震性能的开题报告
钢纤维高强混凝土框架边节点抗震性能的开题报告一、选题背景和研究意义地震是世界各国普遍面临的自然灾害。
在地震中，建筑物的震损严重程度直接影响到人民生命财产安全。
因此，针对地震灾害，提高建筑物的抗震能力显得尤为重要和紧迫。
目前，钢纤维高强混凝土被广泛运用于工程领域中，其具有高强度、高韧性、高耐久性等优势。
而框架结构作为经典的建筑结构形式，在抗震方面具有较好的韧性和延性。
因此，将钢纤维高强混凝土应用于框架结构中，可以提高结构的抗震能力。
然而，实际工程中结构边节点常常面临着更为严峻的地震荷载，如何提高钢纤维高强混凝土框架边节点的抗震性能，成为当前研究的重要问题。
本研究旨在探究钢纤维高强混凝土框架边节点的抗震性能及其影响因素，为工程实践提供相关参考和建议。
二、研究内容和方法本研究主要内容包括：1. 钢纤维高强混凝土材料性能测试：通过对钢纤维高强混凝土的抗拉强度、抗压强度、弹性模量等材料性能进行测试，为后续结构试验提供基础数据。
2. 钢纤维高强混凝土框架试验：设计不同边节点连接方式的钢纤维高强混凝土框架，施加不同级别的地震荷载，探究结构的抗震性能及其受力机制。
3. 数值模拟分析：基于ABAQUS软件对实验中的钢纤维高强混凝土框架进行数值模拟分析，通过模拟结果分析结构的受力分布和变形情况，并对试验结果进行验证。
4. 影响因素分析：综合考虑结构形式、节点连接方式、混凝土强度、纤维含量等影响因素，探究这些因素对结构性能的影响规律和影响大小，并提出相应的建议。
三、预期成果和意义预期成果：1. 获取钢纤维高强混凝土材料性能数据。
2. 系统研究钢纤维高强混凝土框架边节点的抗震性能。
3. 探究边节点连接方式对结构抗震能力的影响规律和影响大小。
4. 提出优化结构和连接方式的建议。
意义：1. 提高钢纤维高强混凝土框架结构边节点的抗震性能，为减轻地震灾害损失做出贡献。
2. 在工程实践中提供相关技术指导和经验总结。
3. 为钢纤维高强混凝土材料的应用拓展提供参考。
研究生毕业大论文06)
第五章结论与展望5.1本文的主要结论本文通过3个钢纤维局部增强高强混凝土框架节点试件在低周反复加载下的试验研究和非线性有限元分析，探讨了轴压比对钢纤维高强混凝土框架节点延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能的影响。
主要结论如下：（1）在轴压比较小（轴压比小于0.4）的情况下，随着柱端轴压比的增大，加强了对节点核心区混凝土的约束作用，增大了节点受压区截面，增强了混凝土斜压杆的抗剪能力，从而限制了节点核心区混凝土裂缝的开展，改善了节点区域的承载力退化和刚度退化，减小了节点核心区的剪切变形，提高了节点区域的延性、承载能力和耗能能力。
但是过大的柱端轴向荷载作用，造成了节点核心区混凝土被压碎，从而降低了节点的抗剪强度。
因此，为了保证柱端轴向荷载对框架节点抗剪强度的有利作用，轴压比应控制在一定的范围之内。
（2）提出适用于有限元分析的钢筋钢纤维混凝土本构模型，即钢纤维按照体积率和单元尺寸，以微钢筋的形式分布于混凝土单元中。
有限元分析结果与试验结果吻合良好，验证了钢纤维高强混凝土框架节点有限元分析模型和钢筋钢纤维混凝土牛腿有限元分析模型的合理性和实用性。
5.2 今后需要研究的问题由于钢纤维高强混凝土框架节点应力状态较为复杂，而本文所进行试验的试件数量有限，以及作者本人能力和时间等因素制约，对于钢纤维高强混凝土框架节点的研究还有诸多未尽之处，建议今后从以下几个方面进行深入研究：（1）本文在钢纤维高强混凝土框架边节点的研究中，考虑的轴压比偏低（0.2、0.3和0.4），而工程实际情况的轴压比常常大于这些数值。
因此，建议对高轴压比情况下的钢纤维高强混凝土框架边节点的抗震性能进行研究。
（2）本文所进行的钢纤维高强混凝土框架边节点试验试件均为缩尺试件，没有考虑尺寸效应的影响。
因此，建议进行足尺试件的研究，以便推动研究成果在实际工程中的应用。
（3）本文在进行有限元分析时，缺乏钢纤维高强混凝土受拉应力-应变曲线下降段的准确表达式，只能采取微单元形式对钢纤维高强混凝土进行处理。
HRB500级高性能钢筋钢纤维混凝土梁受弯性能试验研究(精)
（ 1. Anhui University of Technology ，Ma ’ anshan 243000 ，China ； 2. Central Research Institute of Building and Construction Co． Ltd of MCC ，Beijing 100088 ， China ）
屈服强度 / 极限强度 / 伸长率 / MPa 528. 7 336. 7 358 MPa 676. 7 593. 3 608 % 24. 3 32. 2 31. 7
浇筑混凝土前 完 成 钢 筋 应 变 片 的 贴 片 工 作， 待 梁体混凝土养护 至 28 d 时， 保 持 梁 体 干 燥， 在梁表 所有应变片均用环氧树脂密 面粘贴混凝土应变 片， 封， 钢筋和混凝土应变片的布置方式和数量如图 1 所示 。
牌号 HRB500 （ LH ） M35 K M35K
1. 2
钢纤维混凝土拌制 钢纤维混凝土按有关配方配制 。 高效减水剂取 1. 0% ， 与配制混凝土所需用水
1 — 混凝土应变片布置； 2 — 钢筋应变片布置 图1 Fig． 1 应变片布置示意
水泥用量的 0. 8%
混合搅拌均匀； 粗骨 料 使 用 之 前 用 水 将 其 反 复 冲 洗 干净并晾干； 粗骨料 粒 径 与 钢 纤 维 长 度 之 比 按 文 献 ［ 2］ 要求 控 制 。 搅 拌 混 凝 土 时， 为使钢纤维在混凝 土中分散均匀， 水 泥、 石 子、 河砂和钢纤维等干料分 层分批循环投放到 混 凝 土 搅 拌 机 料 仓 中， 先干拌数 十秒， 使干料达到初步均匀， 再加入需水量的一半进 行一次湿拌， 待湿料 搅 拌 均 匀 后 再 加 入 另 一 半 水 二 次搅拌， 二次搅拌时间不少于 2 min 。 为增加钢纤维 混凝土的流动性及 水 泥 砂 浆 对 钢 纤 维 的 包 裹 性， 钢 纤维混凝土配制须在未掺钢纤维混凝土的配方基础 上提高砂率， 以保证混凝土浇筑质量 。 1. 3 构件设计与制作 HRB500 （ LH ） 钢筋钢纤维混凝土梁截面尺寸均 为 b ˑ h = 150 mm ˑ 300 mm ， 梁 长 3 000 mm ， 共8根 梁 。 每 根 梁 均 配 置 3 根 直 径 16 mm 的 HRB500 （ LH ） 月牙肋钢筋， 箍筋采用直径 8 mm 的 M35K 光 2 根 圆钢筋 。 其中 6 根 梁 为 钢 纤 维 钢 筋 混 凝 土 梁， 梁为未掺钢纤维的钢筋混凝土梁 。 8 根 梁 掺 加 钢 纤 2 2. 1 试验过程与现象 试验加载与量测 试验采用高精度伺服液压试验机实行三分点对 称集中加载， 使简支梁跨中形成长 1 000 mm 的纯 弯 段， 如图 2 所示 。 为准确量测开裂荷载， 梁开裂前荷 载按每级 4 kN 增 加， 临近开裂荷载时缩小荷载级 差； 开裂后按 18% 20% 的 极 限 荷 载 增 加 荷 载， 临 近破坏时适当减小 级 差 并 延 长 持 荷 时 间， 每级加载 待变形稳定后继续下一级加载 。 试验量测的内 容： 试 验 过 程 中 各 级 荷 载 下 的 裂 缝宽度 、 钢筋和混 凝 土 应 变 。 梁 体 挠 度 和 支 座 垂 向 变形采用位移计和 百 分 表 对 应 布 置 （ 百 分 表 用 于 核 对） ， 量测位置： 两端 支 座 、 纯弯段跨中 和 三 分 点 处。 77
钢纤维混凝土力学性能试验研究_杨勇
收稿日期:2005-05-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(50379005)作者简介:杨勇(1965—),男,江苏徐州人,高级工程师,博士研究生,主要从事水工结构混凝土性能研究.钢纤维混凝土力学性能试验研究杨 勇,任青文(河海大学土木工程学院,江苏南京 210098)摘要:为有效利用钢纤维混凝土,对钢纤维混凝土的抗压强度、抗弯强度、弹性模量和断裂能等进行了试验研究.结果表明:钢纤维混凝土立方体的抗压强度、抗弯强度随着钢纤维掺量的增加而增大;在钢纤维掺量不变的情况下,钢纤维混凝土的抗压弹性模量会随着龄期的增加而提高;钢纤维对混凝土的阻裂作用很明显,而对混凝土起裂的限制作用不明显;在混凝土初凝之前,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度的变化规律与外界温度的变化规律不同,并且此阶段混凝土内部应变的变幅很大,普通混凝土应变的变幅要比钢纤维混凝土应变的变幅大得多;在混凝土初凝之后,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度的变化规律与外界温度的变化规律相同,并且此阶段混凝土内部应变的变幅很小.关键词:混凝土;钢纤维;力学性能;温度;应变中图分类号:TU528.572 文献标识码:A 文章编号:1000-1980(2006)01-0092-03由于混凝土本身抗拉强度低,混凝土结构在受拉区会出现裂缝.这些裂缝会加速混凝土的碳化,而且混凝土结构的承载力和使用寿命会随着裂缝的扩展而下降.与普通混凝土相比,钢纤维混凝土具有抗拉、抗弯、抗剪强度高的优点,并会显著改善混凝土抗裂性能、韧性、抗冲击性能及耐久性等[1-7].因此,有关设计单位建议在南水北调一些关键工程的抽水站流道中采用钢纤维混凝土,以提高工程的整体质量.为了保证施工的安全和质量以及钢纤维混凝土的有效利用,笔者对钢纤维混凝土的力学性能进行了试验研究.本文主要介绍和分析试验研究结果.1 试验概况试验中所采用的钢纤维为上海贝卡尔特-二钢有限公司生产的型号为RC —80/60—B N 的钢丝切断型钢纤维,水泥为南京宁峰水泥厂生产的普通32.5级水泥;骨料最大粒径为20mm ;混凝土的配比为水泥423kg /m 3,黄沙605kg /m 3,碎石1176kg /m 3,水224kg /m 3;水灰比为0.53. 立方体抗压强度计算公式为f cc =P /A(1)式中:f cc ———抗压强度;P ———破坏荷载;A ———试件承压面积. 立方体抗弯强度计算公式为f t =Pl /(bh 2)(2)式中:f t ———抗弯强度;l ———支座间距(即跨度),l =3h ;b ———试件截面宽度;h ———试件截面高度. 静力抗压弹性模量计算公式为E c =P 2-P 1A L ΔL (3)式中:E c ———静力抗压弹性模量;P 2———40%的极限破坏荷载;P 1———应力为0.5MPa 时的荷载;ΔL ———应力从0.5MPa 增加到40%破坏应力时的试件变形值;L ———测量变形的标距. 断裂能计算公式为[8]G F =1b (h -a 0)∫δma x 0p d δ(4)式中:G F ———断裂能;p ———荷载;a 0———裂缝深度;δ———试件中线位移;δmax ———试件中线最大位移.由式(4)还可导出断裂能随试件中线位移变化的断裂能曲线计算公式G F v =1b (h -a 0)∫δ0p d δ(5)第34卷第1期2006年1月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai University (Natural Sciences )Vol .34No .1Jan .20062 试验结果及分析2.1 立方体抗压强度试验试件有不掺钢纤维和钢纤维掺量分别为15kg /m 3,30kg /m 3,50kg /m 34种,试件尺寸为150mm ×150mm ×150mm ,龄期为28d .从试验结果可知,4种试件的混凝土轴心抗压强度分别为24.1MPa ,28.3MPa ,29.7MPa ,30.2MPa .由此可见,提高钢纤维的掺量,可有效地提高混凝土的抗压强度.2.2 抗弯强度试验试件有不掺钢纤维和钢纤维掺量分别为15kg /m 3,30kg /m 3,50kg /m 34种,试件尺寸为100mm ×100mm ×400mm ,龄期为28d .从试验结果可知,4种试件的混凝土抗弯强度分别为3.32MPa ,3.40MPa ,4.07MPa ,6.21MPa .由此可见,提高钢纤维的掺量,可有效地提高混凝土的抗弯强度.2.3 静力抗压弹性模量试验试件中的钢纤维掺量为30kg /m 3,试件尺寸为150mm ×150mm ×300m m ,龄期分别为3d ,7d ,14d ,21d ,28d .用电阻应变仪测量变形,电阻应变片的标距为100mm .应变采集系统采用DH3816多通道静态电阻应变仪,数据采集由计算机自动完成.从试验结果可知,当钢纤维掺量为30kg /m 3时,对应于3d ,7d ,14d ,21d ,28d 龄期的抗压弹性模量分别为15.4GPa ,18.1GPa ,20.8GPa ,24.5GPa ,24.7GPa .由此可见,在钢纤维掺量不变的情况下,钢纤维混凝土的抗压弹性模量会随着龄期的增加而提高.图2 模型尺寸及传感器布置Fig .2 Structural model and sensor arrangement图1 断裂能与位移的关系曲线Fig .1 Fracture energy curve 2.4 断裂能测试试验试件有不掺钢纤维和钢纤维掺量分别为15kg /m 3,30kg /m 3,50kg /m 34种,试件尺寸为100mm ×100mm ×400mm ,支距为300mm ,预制裂缝深度为40mm ,龄期为28d .从试验结果可知,4种试件的断裂能分别为195.6Pa ·m ,3481.2Pa ·m ,4688.4Pa ·m ,10197.7Pa ·m .这说明,在混凝土中增加钢纤维的掺量,会显著提高混凝土的断裂能.这说明钢纤维混凝土有非常明显的阻裂作用.图1比较了无钢纤维混凝土及钢纤维掺量为15kg /m 3时混凝土断裂能随位移的变化情况.从图1可以看出:试件变形位移较小时,混凝土中掺加钢纤维并不能增加断裂能的数值;只有当试件变形位移较大时,混凝土中掺加钢纤维才能有效地增加断裂能的数值.这也说明钢纤维对混凝土的起裂限制作用不明显.2.5 小结构模型试验小结构模型试验采用了2种相同的超静定平板结构,一种为普通混凝土结构,另一种为钢纤维掺量为30kg /m 3的结构.配比与以上试件相同.测试传感器均采用振弦式传感器.其中应变计为E BJ30—C 型,温度传感器为WR —Ⅱ型.模型尺寸及传感器布置如图2所示.环境温度测点布置在模型纵向对称线的下部.由试验结果知:在混凝土浇筑完成至初凝之前,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,由于混凝土内部的物理和化学反应,混凝土内部的温度变化表现出与外界环境温度不同的变化规律.当环境温度降低时,混凝土内部的温度反而上升.如在浇筑完成之后的第1天,当环境温度由4.0℃变化到6.5℃时,普通混凝土内部3个测点温度变化的范围分别为8.6～10.5℃,7.1～10.2℃,7.3～10.7℃,钢纤维混凝土内部3个测点温度变化的范围分别为7.6～10.7℃,7.8～12.1℃,7.4～11.7℃.而此阶段混凝土内部应变的变幅很大,并且普通混凝土应变的变幅比钢纤维混凝土应变的变幅大得多.如普通混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为0～23×10-6,0～63×10-6,-1×10-6～32×10-6,钢纤维混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为0～19×10-6,-13×10-6～0,0～30×10-6.在混凝土初凝之后,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部的温度表现出与外界环境温度相同的变化规律.如在浇筑完成之后的第11天,当环境温93第1期杨 勇,等 钢纤维混凝土力学性能试验研究94河海大学学报(自然科学版)第34卷度由2.2℃变化到4.9℃时,普通混凝土内部3个测点温度的变化范围分别为2.5～3.6℃,3.3～4.1℃,2.8～4.4℃,钢纤维混凝土内部3个测点温度的变化范围分别为2.5～3.8℃,2.8～3.7℃,3.2～4.2℃.而此阶段混凝土内部应变的变幅都很小,并且普通混凝土应变的变幅与钢纤维混凝土应变的变幅一致.如普通混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为71×10-6～74×10-6,114×10-6～117×10-6,73×10-6～77×10-6,钢纤维混凝土内部3个测点应变的变化范围分别为68×10-6～72×10-6,50×10-6～53×10-6,74×10-6～78×10-6.3 结 论a.钢纤维混凝土立方体抗压强度、抗弯强度随着钢纤维掺量的增加而增大.b.在钢纤维掺量不变的情况下,钢纤维混凝土的抗压弹性模量随着龄期的增加而提高.c.在混凝土中增加钢纤维的掺量,会显著地提高混凝土的断裂能.这说明钢纤维混凝土有非常明显的阻裂作用.但从混凝土断裂能随位移的变化曲线可以看出:当试件变形位移较小时,在混凝土中掺加钢纤维并不能增加断裂能的数值;只有当试件变形位移较大时,在混凝土中掺加钢纤维才能有效地增加断裂能的数值.这也说明钢纤维对混凝土起裂的限制作用不明显.d.在混凝土初凝之前,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度都表现出与外界环境温度不同的变化规律,并且混凝土内部应变的变幅很大,普通混凝土应变的变幅比钢纤维混凝土应变的变幅大得多;在混凝土初凝之后,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部的温度都表现出与外界环境温度相同的变化规律,并且此阶段混凝土内部应变的变幅都很小.参考文献:[1]高丹盈,刘建秀.钢纤维混凝土基本理论[M].北京:科学技术文献出版社,1994:51-155.[2]赵挺生,方东平,顾祥林.施工期现浇混凝土结构的受力特性[J].工程力学,2004,21(2):62-68.[3]LIU X L,CHEN W F,BROWMAN M D.Construction load analys is for concrete structures[J].Journal of Structural Engineering,1985,111(5):1019-1036.[4]LEE H M,LIU X L,CHEN W F.Creep analysis of concrete buildings during construction[J].Journal of Structural Engineering,1991,17(10):3135-3148.[5]曹志远.土木工程分析的施工力学与时变力学基础[J].土木工程学报,2001,34(3):41-46.[6]张建仁,王海臣,杨伟军.混凝土早期抗压强度和弹性模量的试验研究[J].中外公路,2003,23(3):89-92.[7]程秀菊,朱为玄.钢纤维混凝土K I C计算公式初探[J].河海大学学报:自然科学版,2005,33(4):452-454.[8]程庆国,高路彬.钢纤维混凝土理论及应用[M].北京:中国铁道出版社,1999:109-133.Experimental study on mechanical performance ofsteel fibre reinforced concreteYA NG Yong,REN Qing-wen(C ollege of Civil Engine ering,Hohai University,Nanjing210098,China)A bstract:An experimental study was performed on the compressive str ength,flexural strength,elastic modulus,and fracture ener gy of steel fibre r einforced concrete from an angle of effective utilization of this kind of concr ete.Some conclusions are dra wn:the compressive strength and flexural str ength of cubic specimens of steel fibre reinforced concrete incr ease with the dosage of steel fibre;without change of dosage of steel fibre,the elastic modulus of steel fibre reinforced concrete incr eases with the concrete age;steel fibre reinforced concrete is of obvious function in cracking resistance,but ther e is no obvious function in avoidance of cracking;for both com mon concr ete and steel fibre reinforced concrete,the variation of the internal temperature is different from that of the external temperature before the initial set of concrete,and the internal strain of both t w o kinds of concrete is great,and,in general,the variation of strain of common concrete is much greater than that of the steel fibre reinforced concrete;after the initial set of c oncrete,the variation of the internal temperature of both two kinds of concrete is similar to that of the external temperature,and the variation of the internal strain is relatively small.Key words:concrete;steel fibre;mechanical perfor mance;temperature;strain。
钢筋钢纤维自密实混凝土梁弯曲性能及变形预测
第 39 卷第 6 期2023 年12 月结构工程师Structural Engineers Vol. 39 ， No. 6Dec. 2023钢筋钢纤维自密实混凝土梁弯曲性能及变形预测宁喜亮1，2李剑峰3李媛媛4，*梁宇5（1.东北电力大学建筑工程学院，吉林 132012； 2.东北电力大学吉林省电力基础设施安全评估与灾害防治重点实验室，吉林 132012； 3.中国广核新能源控股有限公司，哈尔滨 150000； 4.辽宁师范大学地理科学学院，大连 116029；5.鄂尔多斯供电公司，鄂尔多斯 017010）摘要基于有效截面惯性矩，提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件（R/SFRSCC）瞬时弯曲挠度的简化模型。
与普通钢筋混凝土梁式构件不同，R/SFRSCC需要考虑受拉区开裂截面钢纤维对梁式构件截面惯性矩的贡献，并基于内力平衡和应变协调计算了梁式构件开裂截面的中和轴高度。
为研究钢纤维对钢筋自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形性能的影响并验证预测模型的准确性，对9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件进行了四点抗弯试验，以钢纤维掺量和纵筋配筋率为主要变化参数。
结果表明，钢纤维的掺入可以显著提高钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度。
正常使用阶段，掺入30 kg/m3和50 kg/m3的钢纤维可使钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度提高26%~117%，但钢纤维的作用随着纵筋配筋率的增加而减弱。
采用提出的瞬时挠度简化模型，对比了预测的与实测的钢筋屈服前荷载-跨中挠度曲线，两者吻合较好，模型可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形的预测。
关键词钢纤维，自密实混凝土，跨中挠度，截面惯性矩，中和轴高度Flexural Behavior and Deflection Prediction of Self-Compacting Concrete Beam Reinforced with Steel Fibers andConventional ReinforcementNING Xiliang1，2LI Jianfeng3LI Yuanyuan4，*LIANG Yu5（1.School of Architecture and Civil Engineering，Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China；2.Key Lab of Electric Power Infrastructure Safety Assessment and Disaster Prevention of Jilin Province，NortheastElectric Power University， Jilin 132012， China； 3.CGN New Energy Holdings Co.，LTD.， Harbin 150000， China；4.College of Geographical Sciences，Liaoning Normal University，Dalian 116029， China；5.Ordos Electric Power Supply Company， Ordos 017000， China）Abstract Based on the effective second moment of area， a simple instantaneous deflection prediction on the steel rebar reinforced steel fiber reinforced self-compacting concrete （R/SFRSCC） beam is proposed. Different from the RC beam，the beneficial effect of steel fibers across a crack to the second moment of area of R/SFRSCC beam should be considered. In addition，the neutral axis height is calculated based on the equilibrium of force and strain compatibility of the beam. In order to investigate the effect of steel fibers on the instantaneous deflection of reinforced self-compacting concrete （R/SCC） beams and verify the accuracy of the收稿日期：2022-11-26基金项目：国家自然科学基金项目资助（51608100）；吉林省科技厅自然基金面上项目资助（20230101331JC）；吉林省教育厅科技项目资助（JJKH20220121KJ）作者简介：宁喜亮（1984-），男，副教授，主要研究方向为纤维混凝土结构试验研究和理论分析。
钢纤维对高强混凝土弯曲性能影响的试验研究
８ 和 ５ ％． 纤维 对 高强混凝 土试 件 的尺 寸 效 应 系数 影 响 显 著 ， 验 时 应 考虑 试 件 尺 寸对 试 验 ４ ７ 钢 试
ｔ ｕｇ ｏ ｈｎｅ ｓ ｔ ｓ ｆｔ ｎｄ ａ ｓ ｅ ｉ ｎｓ，ｔ ｎｆｕ ｎ ｅ ｆｔ ｐ ｎ ｏ ｕｍｅ ｆａ ｔｏ ｆｓ ｅ ｌｆｂ ｒ ｎ ｓ ｅ ｔｏ ＷＯ ｋｉ ｓｏｆｂｅ ｍ ｐ ｃｍｅ ｈｅｉ ｌ ｅ ｃ ｓｏ ｙ ｅ ａ ｄ ｖ ｌ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｔ ｅ ｉ ｅ ｓｏ ｔ ｔ ｅ ｇｔ ａ ｅ ｏｒ ｔｏ ｇｈ ｓ ｒ ｎ ｈ ｃ ｎｃ ｅ ｅ ｗｅ ｅｉ ｅ ｔｇ ｔ ｄ ｈｅ ｓ ｒ ｎ ｈ ｎｄ ｄ ｆ ｍａ ｉ ｎ ｏｆｈｉ ｔ ｅ ｇｔ ｏ ｒ ｔ ｒ ｎｖ ｓ ｉ ａ ｅ ．Ｔｈｅ ｒ ｓ ｔ ｈ ｅ ｕｌｓｓ ｏｗ ｈａ ｔ ｔｗｈｅ ｈ ｎｔｅ ｔ ｅ ｉ ｓ ｏ ｔ ｅ ｉ ｅ ｓ ａ ｅｍ ｉ ｄ ｉ ｏ ｈ ｇｈ ｓ ｒ ｎｇ ｈ ｃ ｎｃ ｅ ｅａ ｈｅｖ ｕ ｅ ｆａ ｔｏ ｆ２ ０ ，ｔ ｒ ｃ ｈｒ ｅ ｋ ｎｄ ｆｓ ｅ ｌｆｂ ｒ ｒ ｘｅ ｎｔ ｉ ｔ ｅ ｔ ｏ ｒ ｔ ｔｔ ｏｌ ｍ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ． ｈｅ ｃ ａ ｋ—
ｉｇ ｒ ｓｓａ ｃ ｆｈｇ ｔ ｅ ｇ ｈ ｃ ｎ ｒ ｔ ａ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ｂ ９ ， ｎ ｅ ｉｔｎ ｅ ｏ ｉｈ ｓｒ ｎ ｔ ｏ ｃ ｅｅ ｃ ｎ ｂ ｍｐ ｏ ｅ ｙ ７ ６ ４ ａ ｄ ４ ，ａ ｄ ｕ ｔ ｔ ｌｘ ｒ １ ２／ １ ｎ ２ ｎ ｌｉ ｅ ｆｅ ｕ ａ ｍａ
钢 纤维 对 高 强 混 凝 土 弯 曲性 能 影 响 的试 验 研 究
高强钢纤维混凝土框架结构试验研究
高强钢纤维混凝土框架结构试验研究一、引言高强钢纤维混凝土是一种新型的混凝土材料，由于其高强度、高韧性和耐久性，被广泛应用于桥梁、隧道、地下结构和高层建筑等领域。
随着建筑结构的不断发展和完善，高强钢纤维混凝土框架结构也越来越受到关注。
本文旨在对高强钢纤维混凝土框架结构进行试验研究，以期提高其工程应用的可靠性和安全性。
二、试验设计1.试验材料本试验选用的高强钢纤维混凝土的配合比为：水泥：砂：骨料：高强度钢纤维=1：1.5：2.5：0.03。
其中，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，砂采用粗细中等的河砂，骨料采用直径为5~20mm的碎石，高强度钢纤维采用直径为0.2mm的钢丝。
2.试验方法本试验采用静载试验的方法，以高强钢纤维混凝土框架结构为研究对象，对其在不同荷载下的受力性能进行测试。
试验设备：采用液压万能试验机，其最大承载力为1000kN。
试验步骤：（1）制作高强钢纤维混凝土框架结构，按照设计要求进行浇筑和养护。
（2）安装试验设备，将高强钢纤维混凝土框架结构放置在万能试验机上，进行静载试验。
（3）在试验过程中，逐渐增加荷载，记录荷载和变形的数据，并绘制荷载-变形曲线。
（4）当框架结构出现破坏或荷载达到设计要求时，停止试验，并记录荷载和变形的最大值。
三、试验结果分析1.荷载-变形曲线根据试验数据，绘制出高强钢纤维混凝土框架结构的荷载-变形曲线，如图1所示。
图1 荷载-变形曲线从图中可以看出，在初期荷载下，高强钢纤维混凝土框架结构的变形较小，但随着荷载的增加，结构的变形逐渐增大。
当荷载达到一定值时，结构开始出现明显的裂纹，荷载-变形曲线呈现出非线性的趋势。
当荷载继续增加时，结构的变形不断增加，最终出现破坏。
2.破坏形态根据试验结果，高强钢纤维混凝土框架结构的破坏形态主要包括弯曲破坏和拉断破坏。
其中，弯曲破坏主要发生在框架梁和柱的连接处，而拉断破坏则主要发生在钢纤维混凝土中。
3.结构受力性能根据试验数据，可以计算出高强钢纤维混凝土框架结构的承载力和刚度等受力性能参数。
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节 点 试 件 在 单 位 长 度 上 的 转 动 称 为 曲率 。假 设 节 点 梁 与 柱 的 交 界 处 为 ０截 面 ， 据 下 式 （ ） （ ） 别 求 出 距 柱 根 １和 ２ 分 边 ０ １０ｍ 和 １０ ３０ｍ 范 围 内 梁 截 面 的平 均 曲 率： － ６ ｍ ６～２ ｍ
能 效 果 与 核 心 区配 箍 率 保 持 在 ０ ３ 、并 与 在 核 心 区掺 入 ． ％ ４ ０５ ． ％体 积 率 的钢 纤 维 的 Ｂ １ 件 基 本 相 当， 与 核心 区配 箍 一 试 也 率 为 ０８ ％的 Ａ １ 件基 本 相 当 ， 图 ５ 图 ７和 图 ９ ． ７ 一 试 见 、 。这 说
率 的 钢纤 维 替 代 部 分 核 心 区箍 筋 能 满 足 节 点 的 抗震 要 求 。
２ ２塑 性 铰 区截 面 的 曲率 延 性 ．
试 验 的梁 端 塑性 铰 区 截 面 曲率 测 量 布 置 如 图 １ 示 ， ４所
其 中 ｓ Ｘ分 别 表 示 梁 上 和 梁 下 布 置 的 测 表 ，例 如 ｓ 表示 和
梁 实 测 长 度 实测 长度 １ 钢纤 维 体 积 钢 纤 维 掺加 核 心 区 配 箍／ 柱 ｃ 配
ＨＣ Ｓ
５ ． ８８ ６ ． ３２ ６ ． ８９
６ ． ９６ ５ ． ９８ ６ ． ２７ ５ ． ０４
ＭＦ Ｃ ＨＳ
ｌ（ｍ ｂｍ ）
１６ ２０ １６ ２０
（ ） ｍｍ
ｌ
Ｄ 一１ Ｄ一 ２
６． ６１ ７ ． ０４
５ ． ４６ ６ ２
ｌ９ １Ｏ １７ １０
１３ ４０ １３ ４０
１０ ． １ ． ０
８ ０ ｈ
２排 ８０４ ％ ．３ ２排 ８０４ ％ ．３
０３ Ｉ ０３ ＿
节点 在 受 荷 过 程 中 ， 梁 端 的 位 移 是 由核 心 区 、 点 区 其 节
ｌ＝
试 验 表 明。 节点 核 心 区用 １ ％体 积 率 的钢 纤 维 来 完 全 替 ． Ｏ 代 核 心 区箍 筋 ， 耗能 效 果 与 核 心 区 配 箍 率 为 Ｏ４ ％基本 相 其 ．３ 当 。 图 ５与 图 ７ 但 当钢 纤 维 体 积 率 增 加 至 １ ％时 ， 耗 见 ； ． ５ 其
三 种 条 件 下 的 节 点 梁 端 荷 载 一 形 滞 回 瞳线 变 化 趋 势 十 分 变 相近 ． 只是 Ｂ Ｉ 件 的钢 纤 维体 积 率 较 Ｄ ｌ试 件 和 Ｄ ２试 ＇ 试 — 一 件 略 少 ， 此 出 现 了轻 微 的“ 缩 ” 象 。 说 明用 １ ％体 积 因 捏 现 这 ． ０
使 其核 心 区 剪切 变形 增 大 ， 而造 成 试 件 刚度 降低 而 引起 的 。 从
பைடு நூலகம்
这也 说明节点核心 区较高的配箍 率在地震 荷载作用 中 ， 能
有 效 提 高 核 心 区抗 剪 性 能 ， 证 节 点 核心 区 的 完 整 性 ， 好 保 较
体现“ 柱弱梁 、 剪弱弯” 强 强 的抗 震 设 计 原则 。当核 心 区 配 箍
次 ． 至 试 件 承 载 力 降 低 到 最 大 承 载 力 的 ８ ％时 ， 认 为 试 直 ５ 可
件破坏。
表 ２ 试 件 参 数
试 件 编 号 Ａ一 １ Ａ一 ２ Ｂ －１
Ｂ ２ － Ｂ ３ － Ｃ －１ Ｃ ２ －
混凝 土实 测 强 度 ｐ １ Ｍ＿ ａ
１ ７ ４０ １ ８ ４０ １７ ４０
１４ ４０ １３ ４０ １２ ４０ １５ ４０
率（ ％）
范 围 ｒｍ ａ ）
箍 率
５排 ８ ．７ ０８ ％ ２排 ８０４ ％ ．３
轴 压 比 ０３ ‘ ． ０３ － ０３ －
０３ － ０３ － ０２ ． Ｏ４ ．
图 １ Ｄ １ 件 的滞 回 曲线 １ 一 试 梁 上 １号 测 表 。６个 测 表 距 离 梁 表 面 的距 离 分 别 用 ｈ 和 ｈ 表示（ １ ， 。 ｉ ，３ ＝ ２）
图 １ Ｄ一 ２ ２试 件 的滞 回 曲线
核 心 区配 箍 率 对 框 架 节 点 梁 端 荷 载 一 形滞 回 曲线 影 变
响 的对 比 见 图 ４和 图 ５ 。与 配 箍 率 为 ０８％ 的 Ａ １ 件 相 ． ７ 一 试
比． 箍 率 为 ０ ３ 配 ． ％的 Ａ ２试 件 的 后 期 非 弹 性 变 形 过 程 中 有 ４ 一
明显 的 “ 缩 ” 象 。 是 由于 Ａ ２试 件 核 心 区 配 箍 率较 小 ， 捏 现 这 一
２ ０
位 一 移
纤维高强混凝土框架节点梁端的荷载一 变形滞回曲线可以
… ７ ｉ
一
一
囊
… …
．
¨
－
２移 ０ｎ ４ 位 Ｉ ０ ｎ
： 件 Ｉ 回 曲线 滞
６ ０
图 ４ Ａ－１试
囊ｏ 三０ ６ ４
ｌ ＾
２ ０
∞
囊 ４ ０
２ ０
６ ０
率 为 ０ ３ ， 掺 人 ０５ ．％ 并 ４ ． ％体 积 率 的钢 纤 维 时 ， 筋 与 钢纤 维 箍
联 合 作 用 ， 高 了 试 件 的耗 能 能 力 ， 滞 回 曲 线 较 为 丰 满 ， 提 且
从 变 化 形 态 上 与 配 箍 率 较 大 的 Ａ １ 件 较 为接 近 ， 图 ６ 一 试 见 。 这 说 明 用 钢纤 维 来 替 代 部 分箍 筋 的做 法 是 可 行 的 。
一
Ｉ
２ ０
一
４ 一 位 移Ⅱ ０ ｍ
６ ０
—
—
６ ０
—
图 ５ Ａ一 ２试 十 的 滞 回 曲 线 牛
至 ６ 一 ０
图 ９ Ｃ一 １试 滞 回 曲 线 件 『
錾４ ０
２ ０
…
～
・
）
２ ０
４０
－
６ ０
图６ Ｂ 一１试
件 的滞 回 曲线
７． ０１
６． ４１ ５． ８８ ６． ４４ ６ ． ５２
１７ ２０
ｌ３ ｌ０ １６ １５ ｌ６ １０ １６ １Ｏ
０５ ．
１０ ． １５ ． １０ ． １Ｏ ．
ｌ２ ，ｈ
ｌ２ ，ｈ ｌ２ ，ｈ １２ ，ｈ １２ ，ｈ
２排 ｑ８０４ ％ ） ．３