钢纤维混凝土配筋梁力学性能试验研究.pdf
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1、SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯建 筑 与 土 木 2023 NO.19 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯钢纤维混凝土配筋梁力学性能试验研究姚云龙(中国铁建投资集团有限公司 北京 100855)摘要:混凝土材料的力学性能对建筑工程的影响十分显著。该文通过对掺有不同比例钢纤维的标准混凝土立方体试块开展抗压破坏试验,获得了立方体破坏形态与加载时间-破坏荷载曲线;通过对掺有不同比例钢纤维的混凝土配筋梁开展静载试验,获得了受力钢筋应变时程、跨中位移变化曲线等试验结果。试验结果表明:添加钢纤维能够显著改善混凝土的力学性能,使试件中水
2、泥、砂石骨料以及钢筋的协同受力性能得到一定的提高;钢纤维含量越高,试件表面裂纹越少,试件在承受荷载后的损伤越小。关键词:钢纤维 混凝土立方体 混凝土配筋梁 力学性能中图分类号:TU375.1文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2023)19-0150-05Experimental Research on the Mechanical Properties of Steel-Fiber Reinforced Concrete BeamsYAO Yunlong(China Railway Construction Investment Group Co.,Ltd.,Beijing,100
3、855 China)Abstract:The mechanical properties of concrete materials have a very significant impact on construction engineering.By carrying out compressive failure tests on standard concrete cubes mixed with different proportions of steel fibers,the failure modes of cubes and the loading time-failure
4、load curve are obtained.By carrying out static load tests on concrete reinforced beams mixed with different proportions of steel fibers,test results such as the strain time history and mid-span displacement curve of stressed steel bars are obtained.Test results show that the mechanical properties of
5、 concrete can be significantly improved by adding steel fibers,and the synergistic mechanical properties of cement,sand aggregate and steel bars in the specimen can be improved to a certain extent,and that the more steel fiber content is,the fewer cracks are on the surface of the specimen,and the sm
6、aller the damage of the specimen is after bearing the load.Key Words:Steel fiber;Concrete cube;Concrete reinforcement beam;Mechanical property随着我国城乡一体化的快速发展,混凝土结构在建筑工程中也占据了越来越重要的地位。混凝土作为构成建筑结构的主要材料,其受力性能的研究也逐渐得到较大的关注。由于建筑结构形式的不同,在建筑结构寿命周期内混凝土材料可能面临各种复杂的受力情况,传统的混凝土材料已逐渐无法满足需要。通过在混凝土中添加钢纤维,能够显著改善混凝土的受
7、力性能,提高混凝土的抗压强度并减小混凝土承受荷载后的损伤。钢纤维混凝土在遭受荷载作用下能够表现出优良的力学特性,主要表现为:钢纤维混凝土抗裂性能好;相比较素混凝土钢纤维混凝土在抵抗外力荷载时表现出优异的韧性性能;钢纤维抵抗破坏的能力较强。因此钢纤维混凝土得以迅速发展,在建筑结构中越来越被频繁地使用,对钢纤维混凝土的研究分析十分必要。1 国内外研究现状1.1 国外研究现状20世纪初期,国外研究者开始尝试往素混凝土中掺加纤维材料,以增强混凝土的受力性能。其中,钢纤维属于应用时间早且普及范围广的一种添加材料。1910年,美国科学家POTER H F在学术期刊上发表了DOI:10.16661/ki.1
8、672-3791.2303-5042-8230作者简介:姚云龙(1992),男,硕士,工程师,研究方向为混凝土力学性能、建筑结构抗爆。150SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.19 建 筑 与 土 木科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION第一篇关于钢纤维混凝土的论文。基于此,钢纤维混凝土越来越受到人们的关注,其在人类实际生活中的应用开始得到普及。由于二战爆发,钢纤维混凝土在军事工程领域再度得到发展和普及,英、德、美、法等国的科学家,先后开展了钢纤维混凝土的研究并出具了相应的研究报告。但这些研究报告并没有太多关于钢纤
9、维混凝土理论层次方面的解释,更没有解释钢纤维对混凝土的增强机制,因而限制了钢纤维混凝土在建筑工程中的应用和普及。20世纪60年代初,钢纤维混凝土开始真正意义上得到工程领域方面学者的重视和研究。1963年,美国科学家ROMUALDI J P发表了关于钢纤维混凝土关于裂缝发展机理方面的研究成果,首次提出钢纤维混凝土的阻裂机理等一系列概念,为钢纤维混凝土在以后的普及开辟了道路。科学家SWAMY R N和NAAMAN A E提出了关于在增强机理方面的复合材料强化法则,这极大地弥补了钢纤维混凝土的理论研究不足的缺陷,使后人在钢纤维混凝土理论方面有了实质性的进展。与此同时,国际标准协会也开始重视钢纤维混凝
10、土这一新型材料,他们设立了关于钢纤维混凝土的技术标准委员会。21世纪,在世界范围内迎来了新型材料在研制方面的发展热潮,钢纤维混凝土也是其中之一,不仅如此,关于材料的增强理论,在广义和狭义上都取得了令人瞩目的成果1-6。1.2 国内研究现状20世纪末,我国开始了钢纤维混凝土的研究,近10年来在该领域的研究有了突飞猛进的发展。部分理论研究者与现场技术人员,通过总结分析国内近10年的有关钢纤维混凝土抗拉强度(劈裂法)、抗折强度方面的试验数据、现场施工数据等资料,基于复合材料强度理论和钢纤维混凝土强度规律,推导出了钢纤维混凝土设计参数并初步推广到施工现场实际应用7-9。阮燕等人10过制备钢纤维混凝土并
11、开展轴心抗压试验与三点抗折试验,发现钢纤维能够提供混凝土的抗变形能力以及弯曲韧性能力。郭金龙等人11在钢纤维混凝土SHPB试验研究的基础上进行了数值模拟,初步分析了钢纤维混凝土动力抗压强度随应变率的变化。姚良发12通过制作 21 组尺寸为 400 mm100 mm100 mm的梁试件并对其进行了三点弯曲断裂试验,分析裂纹扩展路径,计算裂缝尺寸,分析出钢纤维的存在对于混凝土结构具有重要影响。中国工程建设标准化协会还编制并颁布了 纤维混凝土结构技术规程(CECS 38:2004)13和 纤维混凝土试验方法标准(CECS 13:2009)14,使钢纤维混凝土在我国得到了极大的应用与发展。2 试验设计
12、2.1 钢纤维混凝土立方体试块抗压试验设计本试验采用万测HCT系列A型微机控制电液伺服压力试验机,规格型号为HCT-305A,最大试验力为300 kN。压力机主机结构采用两柱框架式,上下压板距离调节方式为活塞调节及垫板调节,压力机准确强度等级为1级,即试验力示值相对误差为1%以内。混凝土立方体试块尺寸为 150 mm150 mm150 mm,共制作了3组混凝土立方体试块,为避免偶然误差造成试验数据不准,其中每组共设计18个标准立方体试块。3组混凝土立方体试块中,1组钢纤维含量为0%,另外2组钢纤维含量为1%和2%。2.2 钢纤维混凝土配筋梁静载试验设计混凝土配筋梁静载试验中,共设计加工了3根实
13、际尺寸的混凝土梁试件,每根试件长度均为2 800 mm,截面尺寸为200 mm400 mm。本次试验的3根试件,底部配筋均配置1排3根直径为25 mm的HRB 400级螺纹钢筋,顶部均配置1排2根直径为16 mm的HRB 400级螺纹钢筋,箍筋直径为8 mm间距为100 mm。试件梁的纵筋配筋率均为2.01%,箍筋间距为100 mm,配箍率为0.503%。3根混凝土配筋梁试件中,1根为不含钢纤维混凝土试件,另外2根钢纤维含量分别为1%和2%。表1为试件混凝土配合比设计。3 立方体试块试验结果与分析3.1 立方体试块破坏形态图1为立方体试块抗压试验后试块破坏及表面裂纹分布形态,根据实验立方体试件
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