钢纤维自应力砼的增强效应理论探讨

钢纤维对自应力混凝土的增强效应优于普通混凝土,即包含钢纤维对普通混凝土的增强效应和钢纤维限制膨胀所形成的自应力增强效应两个方面.本文从钢纤维和自应力混凝土的微观相互作用出发,研究了钢纤维自应力混凝土的变形和普通自应力混凝土变形的关系.通过对钢纤维自应力混凝土的膨胀变形过程的离散化,建立了钢纤维自应力混凝土的自应力值表达式,从理论上探讨了自应力增强效应的影响因素.     

钢纤维增强自应力混凝土压力管

自应力混凝土最适合在三向限制条件下的制品或建筑中应用,如用于生产自应力钢筋混凝土压力管、我国膨胀和自应力水泥的使用量,有90％左右就是用于生产这种管材的(100～1000mm)。在自应力钢筋混凝土压力管中,混凝土的压应力是在连续配置的钢筋限制条件下发挥自应力水泥的膨胀作用来实现的。生产实践和试验计算表明,钢筋的分散程度对压力管的力学性能有较大的影响。通常在配筋率相同的情况下,钢筋直径越小,分散程度好,自应力值越高,因此,有可能通过掺入乱向短钢纤维在混凝土中建立压应力。钢纤维在自应力混凝土压力管中的应用能否取得成功,主要取决于它对自应力水泥混凝土膨胀的限制能力。为了探明这种限制能力,我们进行了乱向短钢纤维增强的自应力混凝土的基本性能试验和不同口径的钢纤     

钢纤维自应力混凝土的膨胀特征和自应力计算

进行了不同配筋率下的钢纤维自应力混凝土1～28d限制膨胀变形的测量试验，研究了钢纤维自应力混凝土的限制膨胀变形随龄期变化规律，提出了限制变形与钢筋配筋率的指数关系以及钢筋与钢纤维共同作用时的混凝土变形规律。同时，由限制变形规律，根据截面平衡条件，提出了配筋钢纤维自应力混凝土的自应力计算模式。     

双剪理论在钢纤维混凝土衬砌双向应力状态下适应性研究

由于钢纤维在混凝土基体中发挥了增韧、增强作用,直接采用素混凝土破坏准则判定钢纤维混凝土的破坏并不适宜。通过钢纤维混凝土衬砌压弯试验,分析钢纤维掺量和混凝土基体强度对试件破坏时应力状态的影响规律。考虑到钢纤维对素混凝土抗拉强度和抗压强度不同程度的增强作用及裂缝开展后的阻裂效果,对其在双向受力(一向受拉、一向受压情况)时的破坏曲线进行分析,提出由钢纤维特征参数λ_f和损伤变量修正系数δ表征的增强系数α,并基于双剪应力强度准则进行修正,使这一准则能更好地反映钢纤维混凝土在双向受力条件下的强度特性。     

钢纤维增强自应力混凝土冲击功统计分析

利用摆锤试验机进行了672块简支弯曲试件的冲击试验,获得了普通混凝土、钢纤维混凝土以及钢纤维自应力混凝土试件冲击破坏的吸收功,并根据各自的耗能值对其抗冲击性能作了比较,发现体积率为1%的钢纤维对于自应力混凝土基体的增强作用强于普通混凝土基体;随着钢纤维体积率的增加,试件吸收功会出现拐点,极值出现在2%到3%之间;并通过K-S检验法和Weibull分布理论对试验结果进行了非参数统计推断,得出钢纤维体积率为0.5%的自应力混凝土试件冲击功为泊松分布而其他钢纤维体积率的自应力混凝土试件冲击功均符合Weibull分布。     

钢纤维自应力混凝土膨胀变形的长期性能研究

对不同限制程度下钢纤维自应力混凝土的膨胀变形进行了测量.结果表明：钢纤维自应力混凝土365 d的膨胀变形变化很小,基本上与28 d的膨胀变形持平,也就是说自应力损失程度较低,能够满足结构设计所要求的自应力水平.同时,提出了限制变形与钢筋配筋率的指数关系以及钢筋与钢纤维共同作用时自应力混凝土的变形规律.     

异形钢纤维混凝土性能试验研究

通过试验研究了4种异形钢纤维对高强混凝土工作性能、物理力学性能和弯曲韧性的影-向。探讨了不同异形钢纤维的增强、增韧机理，并指出钢纤维的掺入，使混凝土以主拉应力控制的劈拉强度等具有一定早强性。     

钢纤维混凝土压剪破坏研究

通过改变压应力和钢纤维掺量,研究了钢纤维混凝土的压剪破坏,结果表明:钢纤维混凝土压剪破坏后具有明显的材料软化特征,可用双线性剪切软化曲线表示;钢纤维混凝土压剪强度与其压应力和钢纤维掺量有关,但该两者的增强效果并不叠加.提出了钢纤维混凝土压剪强度的计算公式,并用有限元方法进行了校核.     

三向应力状态下钢纤维混凝土的强度特性及破坏准则

本文利用作者研制的混凝土三轴试验系统,对钢纤维混凝土试件在三向受压、两向受压一向受拉、两向受拉一向受压及三向受拉的应力状态下的强度进行了试验研究.除离散的试件外,可用于统计分析的试件数为184块,应力比22种.根据试验资料,、探讨了中间主应力和纤维体积含量对三向受力状态下钢纤维混凝士强度的影响;阐述了钢纤维混凝土在偏平面上破坏面的特性;给出了钢纤维混凝土三向应力状态下空间破坏准则的数学表达式.该表达式包含了三向受拉及两向受拉一向受压应力状态的影响.     

钢纤维增强碾压混凝土的研究

本文基于钢纤维增强碾压混凝土的试验研究,主要探讨了钢纤维掺入后对碾压混凝土工作性的影响、钢纤维在碾压混凝土中的分布规律、钢纤维对碾压混凝土物理力学性能的增强作用等问题。研究表明,钢纤维使碾压混凝土抗折强度和劈裂抗拉强度有较大提高,抗压强度有所增长,变形能力有很大改善。本文还得出了碾压混凝土试件的应力-应变全过程曲线。     

掺有纤维的高强混凝土劈拉性能试验研究

通过63个100mm×100mm×100mm和63个150mm×150mm×150mm高强混凝土和钢纤维、聚丙烯纤维高强混凝土试件的劈拉试验,探讨了纤维体积率(纤维掺量)及纤维类型对高强混凝土劈拉强度和变形性能的影响,提出了不同类型的钢纤维对高强混凝土劈拉强度的增强系数和劈拉强度的计算公式。     

异形钢纤维对超高性能混凝土增强增韧的影响

以钢纤维掺量、类型和分布方式为变量,测试了掺异形钢纤维超高性能混凝土(UHPC)的直接拉伸性能和弯曲韧性,并采用显微镜对这种钢纤维的拔出通道和拔断截面进行了观测.结果表明:异形钢纤维对UHPC具有较好的增强增韧效果,相应试件的直接拉伸强度、断裂能及裂后承载力均大幅提高,且其掺量越大,提高幅度越显著;当异形钢纤维沿拉应力方向有序分布时,与随机分布相比,更有利于UHPC的增强增韧;相比于端钩型钢纤维,在相同掺量下,波纹型钢纤维的增强增韧效果更佳,其拔出通道更加曲折,还存在被拉直的现象,这主要是由于其与基体间存在更强的机械咬合力所致;此外,在拉拔过程中,2种异形钢纤维的断口邻近截面均出现了明显的颈缩.     

用特细砂和机制砂配制喷射钢纤维混凝土试验及应用研究

针对福建地区无天然中砂而特细砂资源丰富的现状,讨论和研究了用特细砂和机制砂混合后配制喷射钢纤维混凝土,介绍了原材料选择和配合比设计原则,混合砂砂率对混凝土强度的影响以及用特细砂和机制砂配制的喷射铜纤维混凝土的性能,结果表明与天然中砂相比,用特细砂和机制砂混合配制的喷射钢纤维混凝土其性能并无明显差异。     

钢筋超高性能混合纤维混凝土梁力学性能试验研究

超高性能纤维混凝土具有高强度（抗压、抗拉）、高延性和高耐久性的优势,但其抗拉强度仍远低于抗压强度。将端钩型和哑铃型钢纤维按不同比例混合,采取自密实成型和常温标准养护方法,试验研究了配置440MPa纵向钢筋的超高性能纤维混凝土梁。通过12根梁的静载试验,研究了钢纤维体积率为2.0%和2.5%时,不同纤维混合比例的钢筋超高性能纤维混凝土梁的力学性能。试验结果表明：加入钢纤维后梁的极限荷载和延性显著提高;在纤维体积率2.0%时,钢筋超高性能纤维混凝土梁比配筋相同的钢筋混凝土梁承载力提高20%~41%,延性系数提高3.9~6.7倍。钢筋端钩纤维混凝土梁的承载力和延性较钢筋混凝土梁分别提高39%和5.1倍,钢筋哑铃纤维混凝土梁的承载力和延性分别提高20%和3.9倍;钢筋混合纤维混凝土梁的承载力介于钢筋端钩和钢筋哑铃纤维混凝土梁之间。参照现行规范提出了钢筋超高性能纤维混凝土梁正截面极限弯矩的计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。图11表6参17     

钢纤维增强高强轻骨料混凝土的力学性能

为提高高强轻骨料混凝土(HLAC)的强度和韧性,在HLAC中分别掺入体积分数为0.5％～2.0％的微细型、端钩型、波纹型钢纤维,研究了钢纤维类型及其体积分数对钢纤维增强高强轻骨料混凝土(SFHLAC)的抗压、劈裂抗拉、抗折和抗剪强度等力学性能的影响,分析了SFHLAC的韧度因子和承载力变化系数等材料韧性指标的变化特点....     

锈蚀后钢纤维和钢纤维混凝土的力学性能

通过对剪切型、铣削型、切断型3种钢纤维和钢纤维混凝土的快速锈蚀试验,研究了锈蚀前后钢纤维的外观、弯折性能和抗拉强度的变化,以及钢纤维混凝土经过不同锈蚀时间后的抗压强度和抗拉强度的变化规律.结果表明:随锈蚀时间的增加,钢纤维的锈蚀程度逐渐增大,弯折性能和抗拉强度逐渐降低,钢纤维混凝土的抗压强度和抗拉强度随之减小.但是抗压强度和抗拉强度的变化规律有所不同,当锈蚀时间较短时,抗压强度变化不明显,在锈蚀时间超过60d以后,抗压强度显著降低.而抗拉强度随锈蚀时间的增加逐渐下降.锈蚀时间相同时,抗拉强度的降低幅度比抗压强度的降低幅度小.切断型钢纤维的抗锈蚀能力相对较好,剪切型和铣削型钢纤维的抗锈蚀能力相对较差.     

配筋钢纤维自应力混凝土的抗拉强度计算

通过直接拉伸试验，测量了配筋钢纤维自应力混凝土的抗拉强度，试验参数包括3个自应力等级，3个纤维体积率，4种配筋率。试验结果表明，在钢筋和钢纤维联合作用下，自应力混凝土的抗拉强度得到明显的提高，并由统计分析给出了钢筋纤维自应务混凝土的抗拉强度计算公式。     

钢纤维高强混凝土轴拉性能试验研究

完成了22组共110个钢纤维高强混凝土试件的轴拉试验。分析研究了钢纤维高强混凝土的轴拉强度和劈拉强度的关系,钢纤维高强混凝土轴拉性能随钢纤维体积掺量、基体强度及钢纤维类型的变化规律。给出了钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变全曲线的数学模型,根据试验数据的回归分析确定了曲线相关的参数。研究成果对钢纤维高强混凝土在结构中的应用提供了依据。     

钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪承载力试验研究

根据12根钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪试件的试验结果,讨论了钢纤维体积率、剪跨比、钢纤维混凝土强度对钢筋钢纤维混凝土牛腿斜截面破坏形态和受剪承载力等的影响,建立了钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪承载力的计算模型,给出了与钢筋混凝土牛腿计算公式相衔接的钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪承载力的计算公式,并进行了数值计算。结果表明,钢纤维对钢筋混凝土牛腿斜截面破坏形态影响较小,但能够提高牛腿的延性。随钢纤维体积率和钢纤维混凝土强度的增加,钢筋钢纤维混凝土牛腿的斜截面受剪承载力逐渐提高,随剪跨比的增大,受剪承载力随之降低。数值计算时,以达到钢纤维混凝土抗剪强度为破坏标准来控制迭代收敛,计算结果与试验结果吻合较好。     

纤维高强混凝土抗剪性能的试验研究

通过84根尺寸为100mm×100mm×400mm的高强混凝土、钢纤维高强混凝土、聚丙烯纤维高强混凝土试件在剪切荷载作用下的抗剪试验,研究了纤维类型和纤维体积率(掺量)对高强混凝土抗剪强度及在剪切荷载作用下变形性能的影响。结果表明,纤维的加入有效地改善了高强混凝土的抗剪强度及变形性能。初裂抗剪强度和变形、极限抗剪强度和变形以及抗剪韧性均随纤维体积率(掺量)的增加而增大,试件破坏时能保持完整性。根据试验结果,建立了钢纤维高强混凝土及聚丙烯纤维高强混凝土抗剪性能的剪力传递模型和数学表达式。