疲劳荷载作用下钢纤维高强混凝土梁刚度退化规律研究

通过7根钢筋钢纤维高强混凝土梁的疲劳试验,探讨了钢纤维类型、钢纤维体积率、钢纤维掺入范围等因素对钢筋钢纤维高强混凝土疲劳寿命及刚度的影响规律。结果表明,在高强混凝土梁中掺加钢纤维能有效降低梁的刚度衰减速率,与未掺加钢纤维的高强混凝土梁相比,钢纤维体积率为0.5%、1.0%、1.5%的高强混凝土梁刚度的衰减速率分别降低42%、53%、60%;钢纤维类型对刚度衰减速率有较大影响,冷拉端钩型钢纤维的影响最为明显,铣削型和剪切波浪型钢纤维的影响类似;掺入1/2梁高钢纤维能起到明显限制梁刚度衰减的效果。在试验研究的基础上,提出了考虑钢纤维影响的钢筋钢纤维高强混凝土梁在刚度退化第二阶段衰减速率的计算公式。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁疲劳试验研究及刚度计算

通过1根钢筋高强混凝土梁和12根钢筋钢纤维高强混凝土梁的静载及等幅疲劳试验,分析静载和疲劳荷载作用下钢筋钢纤维高强混凝土梁挠度和刚度变化规律,以及疲劳应力比、钢纤维类型、钢纤维体积率、钢纤维掺入截面高度和混凝土强度等对钢筋钢纤维高强混凝土梁挠度的影响。结果表明：在钢筋高强混凝土梁中掺加钢纤维能有效限制梁刚度的退化,显著提高梁的抗弯刚度,减小梁的跨中挠度,使静载和疲劳荷载作用下梁的跨中挠度分别降低了19.0%~69.1%和15.0%~61.0%。在试验研究的基础上,通过理论分析修正了静载作用下钢纤维影响梁短期刚度的系数,提出了考虑疲劳次数和钢纤维含量特征值影响的钢筋高强混凝土梁疲劳刚度的计算方法,并将计算结果与试验结果进行了对比,两者符合较好。     

基于累积残余应变和刚度的钢纤维高强混凝土梁疲劳损伤规律研究

本文共设计了6根钢筋钢纤维高强混凝土梁,通过等幅疲劳试验分析了钢纤维体积率和钢纤维类型等因素对钢筋钢纤维高强混凝土梁受压边缘混凝土累积残余应变及刚度的影响,并利用梁受压边缘累积残余应变和刚度分别定义了钢纤维高强混凝土梁的疲劳损伤,根据试验数据确定了梁的疲劳损伤曲线,并根据疲劳循环不同时期的累积残余应变判断其损伤状态。研究及试验结果表明:随着疲劳循环次数的增加,钢筋钢纤维高强混凝土梁受压边缘混凝土累积残余应变逐渐增大,而试件的抗弯刚度逐渐减小,其发展具有明显的阶段性;钢纤维有效降低了梁受压边缘混凝土累积残余应变发展速率和刚度的衰减速率,抑制了梁疲劳损伤的发展。     

钢纤维高强混凝土管桩延性性能试验研究

通过在预应力高强混凝土管桩中掺加钢丝端钩型钢纤维、剪切端钩型钢纤维和同等条件下未掺加钢纤维的管桩进行拟静力试验研究,研究钢纤维及其体积率对预应力高强混凝土管桩延性性能的影响。对比分析预应力高强混凝土管桩的破坏特征、承载能力、变形能力及延性性能。结果表明,钢纤维增强的预应力高强混凝土管桩的破坏特征得到改善,承载能力及变形能力得到提高,延性性能得到显著改善。随着钢纤维体积率的增加,预应力高强混凝土管桩的延性性能得到提高。     

钢纤维部分增强高强混凝土梁的疲劳变形性能

通过普通高强混凝土梁和钢纤维高强混凝土梁的疲劳试验,分析了疲劳荷载作用下钢纤维部分增强高强混凝土梁挠度随循环次数增加的变化规律,探讨了钢纤维掺入层厚对钢纤维高强混凝土梁变形性能的影响,研究了钢纤维部分增强高强混凝土梁刚度及挠度的计算方法,并提出了相应的计算公式。结果表明,在高强混凝土梁中掺加钢纤维能有效控制梁的刚度,疲劳变形性能随着钢纤维混凝土层厚的增加而提高,计算结果与试验测量结果吻合较好。     

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。     

钢筋钢纤维高强混凝士梁受弯性能研究

通过12根钢筋钢纤维高强混凝土梁的试验，分析了纵筋配筋率、钢纤维体积率、梁高和钢筋强度等级等因素对钢筋铡纤维高强混凝土梁受弯极限承载力的影响，并提出了适合工程应用的钢筋钢纤维高强混凝土梁正截面极限承载力计算公式。     

钢纤维对自密实混凝土断裂性能的影响

通过三点弯曲梁实验和诱导开裂实验,探讨了钢纤维体积率和钢纤维类型对自密实混凝土断裂性能的影响,研究钢纤维自密实混凝土断裂韧度(KIC)、断裂能(Gf)等断裂参数与钢纤维含量特征参数的关系。试验结果表明:钢纤维的加入可以极大地改善自密实混凝土的断裂性能;随着纤维体积率的增加,钢纤维自密实混凝土断裂参数均有不同程度的提高;与波纹型钢纤维相比,弓字型钢纤维可以极大地改善高强混凝土的断裂性能。     

钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

主要通过42个局部粘结的中心拔出试验,研究不同钢纤维体积率、不同钢筋直径和不同钢纤维长径比对钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋粘结性能的影响;用能量吸收和等效粘结强度评价了钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋之间的粘结韧性。试验结果表明:不掺钢纤维的高强陶粒混凝土的破坏形式为劈裂破坏,掺钢纤维的高强陶粒混凝土的破坏形式为钢筋拔出破坏;在其他条件相同的情况下,钢纤维掺量越高其极限粘结强度越高(相对于不掺钢纤维的陶粒混凝土,钢纤维体积率为0.5%,1%,1.5%时,其极限粘结强度分别提高了6.7%,13.4%,18.6%);直径为22mm的钢筋的极限粘结强度比直径为16mm的钢筋的极限粘结强度低12.3%。     

钢纤维混凝土节点核心区抗裂性能试验研究

通过对钢纤维高强混凝土框架边节点试件在低周反复加载下的试验研究,探讨了钢纤维体积率、梁端钢纤维掺加范围、柱端轴压比和配箍率等对边节点核心区抗裂性能的影响。结果表明,随着钢纤维体积率、轴压比和钢纤维掺加范围的增大,钢筋钢纤维高强混凝土框架边节点抗裂荷载呈现增大的趋势。随着配箍率的减小,钢筋钢纤维高强混凝土框架边节点抗裂荷载呈现降低的趋势。并在普通混凝土框架边节点核心区斜截面抗裂荷载计算公式的基础上,提出了钢纤维高强混凝土框架边节点核心区斜截面抗裂荷载的计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

钢纤维对高强混凝土弯曲性能影响的试验研究

选用工程中常用的铣削型、切断弓型、剪切波纹型钢纤维,以不超过2.0%的体积分数掺入高强混凝土中,通过2种尺寸小梁试件的弯曲强度和韧性试验,研究了钢纤维类型及掺量对高强混凝土弯曲强度及变形性能的影响.结果表明:当3种类型钢纤维分别以2.0%的体积分数掺入高强混凝土中时,可使高强混凝土抗裂能力分别提高72%,41%和42%,弯曲极限强度分别提高90%,84%和57%.钢纤维对高强混凝土试件的尺寸效应系数影响显著,试验时应考虑试件尺寸对试验结果的影响.钢纤维高强混凝土弯曲韧度指数及承载力变化系数均随钢纤维体积分数的增大而增大,并大于理想弹塑性材料的相应值.不同类型钢纤维对高强混凝土弯曲强度及弯曲韧性的改善效果不同,可通过改进钢纤维的加工工艺、表面形状等来提高钢纤维对高强混凝土的增强增韧效果.     

钢筋钢纤维高强混凝土梁正常使用极限状态研究

通过25根钢筋钢纤维混凝土梁的试验,研究了影响钢纤维高强混凝土梁在正常使用极限状态下裂缝宽度的各种因素。试验结果证明,在相同的配筋率下,钢纤维的体积掺率是主要因素。给出了钢筋钢纤维高强混凝土受弯构件的裂缝宽度计算公式,计算结果与试验结果符合良好。该公式简单实用,适用于工程计算,为《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38:2004)采用。     

钢筋钢纤维增强混凝土板冲切性能试验研究

对13块无腹筋简支整浇钢筋钢纤维高强混凝土双向板进行试验,分析混凝土强度、钢纤维体积率和钢纤维掺加范围对板冲切性能的影响。试验结果表明:钢纤维的掺入对钢筋高强混凝土板的冲切性能的改善比较显著。随着钢纤维掺加范围的增加,局部钢纤维高强混凝土板冲切极限承载力和韧性呈线性提高,但掺加范围增大到2倍板厚时,再继续增加掺加范围冲切性能基本不再变化,可以通过该措施来减少钢纤维用量。     

钢纤维高强混凝土框架边节点核心区抗裂荷载的计算方法

通过对9个钢纤维高强混凝土框架边节点试件在低周反复加载下的试验研究,探讨了钢纤维体积率、梁端钢纤维掺加范围、柱端轴压比和配箍率等对边节点核心区斜截面抗裂荷载的影响。结果表明,随着钢纤维体积率、轴压比和钢纤维掺加范围的增大,钢筋钢纤维高强混凝土框架边节点抗裂荷载呈现增大的趋势。随着配箍率的减小,钢筋钢纤维高强混凝土框架边节点抗裂荷载呈现降低的趋势。并在普通混凝土框架边节点核心区斜截面抗裂荷载计算式的基础上,提出了钢纤维高强混凝土框架边节点核心区斜截面抗裂荷载的计算式,计算值与试验值吻合较好。     

混杂纤维高强混凝土断裂性能试验研究

采用楔劈拉伸试验方法,对14组共42个混杂纤维(钢纤维-聚丙烯纤维)高强混凝土试件进行楔劈拉伸试验,研究混杂纤维高强混凝土的断裂性能。研究结果表明:在钢纤维体积率为1.5%、聚丙烯纤维掺量为0.6kg/m3时,混杂纤维高强混凝土表现出较好的断裂韧性,但随着聚丙烯纤维掺量的增大,其增韧效果变化不大;当聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时,混杂纤维高强混凝土断裂韧度、断裂能、裂缝嘴张开位移及其增益比均随钢纤维体积率的增加表现出良好的增加趋势;钢纤维在高强混凝土断裂性能的改善方面起着主导作用,随着钢纤维体积率的增加,聚丙烯纤维的增韧作用逐渐减弱;钢纤维类型对混杂纤维高强混凝土的断裂性能具有不同程度的影响。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁受弯性能研究

通过12根钢筋钢纤维高强混凝土梁的试验,分析了纵筋配筋率、钢纤维体积率、梁高和钢筋强度等级等因素对钢筋钢纤维高强混凝土梁受弯极限承载力的影响,并提出了适合工程应用的钢筋钢纤维高强混凝土梁正截面极限承载力计算公式。     

钢纤维钢筋混凝土梁弯曲性能与疲劳寿命试验研究

通过对不同钢纤维掺量下钢筋混凝土梁进行弯曲静载和等幅疲劳试验,分析了混凝土和钢筋应变的变化规律,研究了纤维掺量对梁弯曲变形性能和疲劳性能的影响,结果表明掺入钢纤维可以延缓中性轴的上升,提高梁的变形性能;各梁的应变发展均随着循环荷载的增加而呈现三阶段的规律;相同的应力水平条件下,钢纤维钢筋混凝土梁的疲劳寿命高于普通钢筋混凝土梁。     

FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力试验

通过9根FRP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和FRP筋配筋率对FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯破坏形态及受弯承载力的影响。结果表明,FRP筋钢纤维高强混凝土梁的破坏模式可分为钢纤维混凝土受压破坏、FRP筋受拉破坏以及平衡破坏,其破坏模式受FRP筋配筋率和钢纤维体积率的影响;钢纤维的加入对FRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力有一定提高,但钢纤维体积率的增大对其受弯承载力无显著影响;FRP筋配筋率对于FRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力影响显著,随着FRP筋配筋率的增大梁的受弯承载力逐渐提高。     

钢纤维对钢筋自密实混凝土梁抗剪性能的影响

对9根钢纤维钢筋自密实混凝土粱进行了试验研究,主要的变化参数是纤维掺量和配箍率.基于试验结果,分析了钢纤维对钢筋自密实混凝土粱的极限承载能力、抗剪强度、破坏形态及抗剪韧性的影响.试验结果表明:加入钢纤维可以显著提高梁的极限承载力和韧性,改善梁的破坏形态;提出了与普通钢筋混凝土梁相协凋的钢纤维钢筋自密实混凝土梁的极限承载力的经验公式,并建议端部弯钩型钢纤维的增强系数取值为1.78.     

疲劳荷载作用下腐蚀后钢纤维混凝土的黏结性能

采用梁式黏结试件,研究了钢筋锈蚀率、钢纤维体积率、混凝土的强度等级以及钢纤维混凝土腐蚀后疲劳黏结性能。试验结果表明,钢筋锈蚀水平低时,抗黏结疲劳能力有一定程度的提高,钢筋锈蚀水平程度增大时,抗黏结疲劳能力有所降低;随着钢纤维的掺入和混凝土强度的提高,钢筋与混凝土之间的抗黏结疲劳能力随之提高。通过用荷载-滑移量滞回曲线描述,得到了黏结疲劳损伤过程大致可分为三个阶段,即初始滑移量阶段、稳定发展阶段和迅速发展至破坏阶段;疲劳荷载作用下构件的黏结刚度逐渐退化;随着钢纤维掺量的增加,滞回环曲线形状更加饱满,表明纤维可以有效提高结构或构件的塑性变形能力。