钢纤维高强混凝土在单调和重复荷载作用下轴压应力-应变曲线试验研究

将钢纤维掺入高强混凝土中,可以改善高强混凝土的脆性,进而可提高结构构件的延性。为研究钢纤维高强混凝土抗压性能,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立方体抗压强度试验以及单调和重复荷载作用下的轴心抗压全过程试验。试验结果表明：随着钢纤维体积率的增大,混凝土强度基本没有改变,但相应于峰值应力的应变略有增加,而弹性模量稍有下降。在已有研究的基础上,提出了适用的钢纤维高强混凝土轴压应力-应变曲线数学表达式和受重复荷载作用的钢纤维高强混凝土的卸载曲线和再加载曲线表达式。所提出计算式得到的结果与试验结果吻合较好,可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。     

钢纤维混凝土抗拉性能试验研究

研究了钢纤维体积率、钢纤维长径比、钢纤维类型对钢纤维混凝土劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度及轴心受拉应力-应变全曲线的影响规律。试验采用两端埋设钢筋的变截面轴心受拉试件并在普通万能试验机上加辅助刚性架,进行钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线测试。研究表明,随着钢纤维体积率、长径比的增大,钢纤维混凝土劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度呈线性增大规律。采用设计的试验装置可测得钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线,分析了纤维掺量和基体混凝土强度对轴心受拉应力-应变全曲线的影响规律。根据试验数据分析,提出了钢纤维混凝土轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度间的关系式,提出了钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线的解析表达式。     

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。     

高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱受力性能试验研究

为研究高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土柱的受力性能,设计了32个约束混凝土柱,对其进行轴心受压试验。试件主要设计参数包括混凝土强度等级为C50、C60、C70、C80,高强钢棒抗拉强度标准值为800、970MPa,体积配箍率为0.9%、1.2%、1.6%、2.0%。试验结果表明：约束混凝土柱在轴向荷载作用下呈腰鼓形破坏或单折剪切破坏,对于确定的非约束混凝土抗压强度和箍筋抗拉强度,约束箍筋体积配箍率较小时发生单折剪切破坏,体积配箍率较大时发生腰鼓形破坏;约束箍筋拉应变随混凝土弹性模量与非约束混凝土抗压强度比值增大而增大,随箍筋体积配箍率增大而减小;约束混凝土柱的体积配箍率大于某一量值时,会出现约束混凝土达到抗压强度时箍筋拉应变小于其屈服应变的情况。基于试验结果,建立了用于判别腰鼓形破坏和单折剪切形破坏的界限,并给出了相应的计算式;建立了约束混凝土柱发生轴压破坏时约束箍筋拉应变计算公式及箍筋受拉屈服对应的最大体积配箍率计算公式,为合理设计高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱提供参考。     

钢纤维高强混凝土四桩承台受弯性能及承载力计算方法研究

为研究钢纤维高强混凝土四桩承台的受力性能,基于17个钢纤维高强混凝土承台试件的受弯试验,分析了不同钢纤维体积率、承台有效厚度、钢筋配筋率、混凝土强度承台的裂缝开展和破坏形态、荷载 挠度曲线、钢筋和混凝土应变特征以及承台破坏机理。结果表明：底部配筋率为0.16%~0.52%的钢纤维高强混凝土四桩承台呈现受弯破坏形态,弯曲拉应力由钢筋和钢纤维混凝土共同承担;随着承台有效厚度和钢纤维体积率的增加,承台受弯承载力显著提高。依据研究结果提出了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯破坏计算模型,建立了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯承载力计算式,为完善CECS 38：2004《纤维混凝土结构技术规程》提供参考。     

钢纤维高强混凝土的强度指标及其相互关系

通过钢纤维高强混凝土基本强度指标的试验和分析,研究了钢纤维类型及其体积分数对高强混凝土基本强度指标及其尺寸效应的影响.结果表明,钢纤维对高强混凝土的劈裂抗拉强度、弯曲抗折强度、抗剪强度等有较显著的影响,而对立方体抗压强度和轴心抗压强度的影响较小.钢纤维体积分数是强度指标的主要影响因素,钢纤维类型对其也存在不同程度的影响.提出了上述钢纤维高强混凝土基本强度指标的计算方法以及各强度指标间的相互关系,为钢纤维高强混凝土结构的设计与分析奠定了基础.     

混杂纤维对C60HPC高温后劈拉强度及超声声速的影响

为了改善高强高性能混凝土的脆性及高温性能,将钢纤维与聚丙烯纤维混杂掺入C60HPC,研究其对混凝土劈拉强度以及超声声速的影响。设计了素混凝土、混掺钢纤维(体积掺量1.0%)和聚丙烯纤维(体积掺量0、0.1%、0.2%)组合的4种C60HPC,制作标准立方体试件由行高温(20～700℃)试验,测试混凝土试件的劈拉强度及超声波速,分析其随受火温度的变化规律。结果表明:C60HPC试件的劈拉强度及超声声速均随受火温度的升高基本均呈线性降低趋势;相同受火温度作用后,掺钢纤维的HPC较素混凝土劈拉强度及超声波速均有明显提高,混掺钢纤维和聚丙烯纤维混凝土较素混凝土的劈拉强度及超声波速有进一步提高,混掺纤维有利于改善高强高性能混凝土的脆性及高温性能,最优混掺组合为1.0%钢纤维和0.2%聚丙烯纤维。     

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。     

钢纤维粉煤灰混凝土力学性能试验与分析(Ⅱ)

在钢纤维粉煤灰混凝土受压性能、受拉性能的研究基础上,进一步研究了钢纤维粉煤灰混凝土的抗折强度、轴心抗压强度、弹性模量以及钢纤维掺量和粉煤灰掺量与其力学性能的关系.研究结果表明:钢纤维粉煤灰混凝土强度随钢纤维体积率的增加,其抗折强度受影响较大,弹性模量和轴心抗压强度受影响也较明显.     

钢纤维高强混凝土配合比直接设计方法研究

提出等体积钢纤维替代粗骨料并将钢纤维质量计入砂率公式来直接进行钢纤维高强混凝土配合比设计的方法.通过试验研究碎石级配、钢纤维长度和体积率对新拌钢纤维混凝土的坍落度和硬化钢纤维混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲抗拉强度的影响规律,与现行纤维混凝土结构技术规程规定的相关强度计算公式进行对比分析.结果表明:采用最大粒径为20 mm和25 mm的连续级配碎石和长度为32～50 mm的钢纤维,在钢纤维体积率不大于2.0%时,由直接设计方法可配制满足新拌钢纤维混凝土工作性能和硬化钢纤维混凝土基本力学性能要求的钢纤维高强混凝土,避免按现行规程规定根据钢纤维体积率对用水量和砂率的调整.研究成果为修订完善钢纤维混凝土配合比设计方法提供科研依据.     

钢纤维高强混凝土劈拉强度尺寸效应试验研究

通过63个100mm×100mm×100mm和63个150mm×150mm×150mm高强混凝土和钢纤维高强混凝土试件的劈拉试验,探讨了钢纤维高强混凝土劈拉破坏受力变形的全过程,分析了钢纤维类型、钢纤维体积分数等因素对钢纤维高强混凝土劈拉强度尺寸换算系数的影响,建议了钢纤维高强混凝土劈拉强度尺寸换算系数值.     

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。     

磁化水钢纤维混凝土压拉性能试验与分析

为提高钢纤维混凝土的压拉性能,将磁化水技术应用到钢纤维混凝土中。对磁化水水流速度与钢纤维体积率进行正交试验,并制作标准试块进行压拉强度试验,研究磁化水对钢纤维混凝土压拉性能的影响。试验结果表明:磁化水能有效提高钢纤维混凝土的压拉强度,当磁场强度为285 mT,水流速度为2.1 m/s,钢纤维体积率为1.8%时,磁化水钢纤维混凝土的压拉强度与素混凝土相比,28天立方体抗压强度提高23.71%,劈裂抗拉强度提高43.63%。对磁化水增强钢纤维混凝土压拉性能机理进行分析可知,磁化水能通过提高混凝土压拉强度和改善钢纤维与混凝土间的界面粘结力,增强钢纤维混凝土的压拉性能。     

离心成型钢纤维混凝土受力性能试验研究

通过试验研究了离心成型钢纤维混凝土环形截面构件的弯曲抗拉、劈裂抗拉和轴心抗压性能,分析了钢纤维体积率、基体混凝土强度和箍筋对离心成型混凝土环形截面构件的弯曲抗拉强度与变形、劈裂抗拉强度和轴心抗压强度的提高作用,为离心成型钢纤维混凝土的工程应用提供了依据。     

层布式钢纤维无机聚合物轻骨料混凝土的弯拉性能试验研究

通过弯拉试验,分析了无机聚合物轻骨料混凝土及层布式钢纤维无机聚合物轻骨料混凝土的弯拉性能,并使用ABAQUS有限元软件对试验进行了模拟。试验结果显示层布式钢纤维结构可以在较少钢纤维用量的情况下有效提升无机聚合物轻骨料混凝土的弯拉强度和弯曲韧性,单层铺设钢纤维体积率为0.9%、1.2%、1.5%的层布式钢纤维无机聚合物轻骨料混凝土弯拉抗折强度分别提高了35.44%、38.52%、40.03%,双层铺设钢纤维(上层0.9%+下层1.2%)的弯拉抗折强度提高了39.24%。有限元模型可以较精确的计算LSFIPLAC梁的弯拉强度,峰值荷载的计算值与试验结果较为吻合。     

钢纤维高强混凝土梁斜截面受力性能试验研究

根据 1 7根钢纤维混凝土强度等级为CF65～CF90的钢纤维高强混凝土无腹筋梁的受力性能试验结果 ,分析了钢纤维体积率变化对钢纤维高强混凝土梁裂缝分布形态及破坏特征的影响规律 ,验证了钢纤维对高强混凝土梁裂缝发生与发展的有效约束作用及对斜截面破坏形态的改善作用。经过统计分析 ,提出了钢纤维高强混凝土梁斜截面抗裂和斜截面承载力计算方法 ,供修订《纤维混凝土结构技术规程》参考。     

微钢纤维水泥基复合材料劈裂抗拉强度研究

为研究不同长径比微钢纤维和不同微钢纤维体积掺量对水泥基复合材料抗拉性能的影响,试验设计了3组不同基体混凝土强度(C50、C70、C90)共24组不同配合比,测试了试件28 d劈裂抗拉强度。分析研究了不同长径比微钢纤维掺量、不同体积率微钢纤维掺量与水泥基复合材料抗拉性能之间的相互关系,建立了相应的数学模型。研究结果为微钢纤维水泥基复合材料的工程设计提供了理论依据。     

纤维超高强混凝土的制备及力学性能试验研究

为提高高强、超高强混凝土的韧性和抗开裂性能,采用复合超叠加技术在配制出抗压强度110MPa以上基体混凝土的基础上,分别配制出了钢纤维增强超高强混凝土、PVA纤维增强高强混凝土,同时对不同体积掺量的两种纤维混凝土进行了立方体抗压、轴向抗压、劈裂抗拉、抗弯性能和弹性模量等力学性能的测试,并对超高强纤维混凝土进行了弯曲韧性的试验研究.结果表明,钢纤维时高强混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度有一定的增强作用,PVA纤维却降低了高强混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度.两种纤维都能明显改善基体混凝土的劈裂抗拉强度、抗弯强度及弯曲韧性.对此种超高强基体混凝土,钢纤维的增强增韧效果明显好于PVA纤维.     

玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁受弯试验及裂缝宽度计算方法研究

纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土梁受弯挠度过大、裂缝过宽等缺陷严重影响其正常使用性能，为此，将具有优良抗裂与阻裂性能的钢纤维混凝土用于FRP筋混凝土梁，可以有效限制其挠度与裂缝的发展。通过12根玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋/钢筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验，研究了钢纤维体积率、受拉区钢纤维高强混凝土层厚度、BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁裂缝分布与宽度的影响。结果表明，钢纤维的加入能够有效抑制BFRP筋高强混凝土梁的裂缝开展，减小裂缝间距、宽度和裂缝宽度差异性，当荷载为100 kN时，钢纤维体积率为0.5%~2.0%的钢纤维高强混凝土梁的裂缝宽度减小了25.22%~54.78%，裂缝宽度标准差减小了10.00%~68.18%；当受拉区钢纤维混凝土层厚度达到梁截面高度的57%时，其阻裂与限裂效果与全截面掺加钢纤维的效果接近，表明在受拉区中掺加钢纤维以限制BFRP筋混凝土梁裂缝的发展是经济可行的。基于试验和相关文献研究结果，提出了考虑钢纤维影响的BFRP筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度的建议计算方法，该建议方法的计算值与试验值吻合良好。     

钢纤维轻骨料混凝土单轴受压应力-应变曲线研究

采用100%烧结膨胀页岩陶粒作为粗细骨料,以占胶凝材料总质量20%的粉煤灰等质量替代水泥作为胶凝材料,按绝对体积直接计算法设计并制备了钢纤维全轻混凝土。以水泥强度等级（42.5和52.5）、钢纤维体积率（0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%）为参数,进行了钢纤维全轻混凝土轴心抗压试验研究,分析了钢纤维全轻混凝土单轴受压破坏形态及其应力-应变曲线特征。结果表明：钢纤维全轻混凝土单轴受压应力-应变曲线的峰值应力及其对应应变随钢纤维体积率和水泥强度等级的提高呈现增大趋势;钢纤维体积率的增加使试件的破坏形态由脆性向塑性转变。结合相关文献研究成果,对轻骨料混凝土（砂轻混凝土、全轻混凝土）和钢纤维轻骨料混凝土（钢纤维砂轻混凝土、钢纤维全轻混凝土）单轴受压应力-应变曲线进行了综合分析,提出了两类混凝土单轴受压应力-应变曲线统一计算模型及其特征点计算公式。