混杂纤维高性能混凝土深梁的剪切延性.pdf
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1、第 3 5卷 第 3 期 2 0 1 3年 6月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& E n v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 3 5 No 3 J u n 2 0 1 3 d o i : 1 0 1 1 8 3 5 j i s s n 1 6 7 4 - 4 7 6 4 2 0 1 3 0 3 0 1 4 混杂纤维高性能混凝土深梁的剪切延性 刘 胜 兵 , 徐礼 华 ( 1 武汉工程 大学 环境与城市建设学院 , 武汉 4 3
2、0 0 7 4 ; 2 武汉大学 土木建筑工程 学院 , 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘 要 : 采 用正 交设 计 法对 1 8组 混杂 纤维 高性 能混 凝土 ( HP C ) 深 梁和 2组普 通 高性 能混 凝 土 深 梁 进行 受剪 试验 , 通过 定 义剪切 延性 指标 对深 梁的 剪切延 性进 行 定量 分析 , 利 用 直观 分析 法 比较 了钢 纤维外形、 钢纤维体积率、 钢纤维长径 比、 聚 丙烯纤维体积率、 水平分布钢筋配筋率、 竖向分布钢筋 配筋率等 因素对深梁剪切延性的影响。结果表明, 钢纤维体积率对深梁剪切延性影响最大, 超过 了 水 平分布 钢 筋和 竖向分
3、 布钢 筋 的作 用 , 钢 纤 维外 形 的影 响最 小 。混 杂 纤 维的掺 入 显著提 高 了深 梁 的剪切延 性 , 最 大提 高达 4 O 7 , 但 仍达 不到 延性破 坏 的要 求 , 不足 以从破 坏 形 态上根 本 改 变深 粱 剪切 破 坏 时的脆性 。运 用有 限元 软件 AB AQUS对深 梁 受剪行 为进行 全过 程分析 , 数 值分析 结果与 试验 结果吻合 良好 。 关键 词 : 混 杂纤 维 ; 高性 能 混凝 土 ; 深 梁 ; 剪 切 ; 延 性 ; 有 限元分 析 中图分 类号 : T U3 7 5 ; TU5 2 8 文献标 志码 : A 文章 编 号
4、: 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 8 8 0 7 S h e a r Du c t i l i t y o f Hy b r i d Fi b e r Re i nf o r c e d Hi g h Pe r f o r ma nc e Co n c r e t e De e p Be a m s Li u Sh e n g bi n g ,Xu Li h u a。 ( 1Sc h o ol of En vi r o n m e nt a nd Ci vi l Engi ne e r i ng , W uha n I n s t i t u t e
5、of Te c h nol o gy,W uha n 43 00 7 4, P RChi n a: 2 Sc h oo l of Ci v i l Eng i ne e r i ng,W uh a n Uni ve r s i t y,W uha n 43 007 2。 PRChi na ) Abs t r a c t : The s h e a r t e s t s we r e c on du c t e d on 1 8 d i f f e r e n t g r ou ps o f de e p be a m s wi t h s t e e 1 f i be r a nd p o
6、l yp r op yl e ne f i be r a nd t wo gr o u ps h i gh pe r f or ma nc e c o nc r e t e d e e p be a m s wi t h ou t f i b e r a c c o r di ng t o t he o r t h og o na l e xp e r i me n t a l d e s i g n By a d e f i ni t i o n o f s he a r d uc t i l i t y i nd e x s he a r du c t i l i t y o f de e
7、 p be a m s wa s a na l y z e d q ua nt i t a t i v e l y The i n f l ue nc e o f s i x f a c t or s o n i m p r o vi n g s h e a r d uc t i l i t y o f d e e p b e a ms wa s c o m p a r e d b y d i r e c t v i e wi ng a na l y s i s of t he o r t ho g on a l e xpe r i me nt The c on t r i bu t o r
8、y f a c t o r s s u c h a s t he s p e c i e s o f s t e e l f i b e r ,t h e v o l u me f r a c t i o n o f s t e e l f i b e r ,t h e l e n g t h d i a me t e r a s p e c t r a t i o o f s t e e l f i b e r ,t h e v o l u m e f r a c t i o n of po l yp r o py l e ne f i b e r , t he r a t i o of w
9、e b h or i z o nt a l r e i n f o r c e me n t a n d t h e r a t i o o f we b ve r t i c a l r e i n f o r c e m e nt we r e a n a l yz e d Re s ul t s s h o w t ha t t he v o l u me f r a c t i o n o f s t e e l f i b e r pl a y s t he mos t i m p o r t a nt r o l e i n i mpr o v i ng s he a r duc
10、t i l i t y o f d e e p b e a m s e x c e e d i ng t he r a t i o o f we b ho r i z o nt a l r e i nf o r c e me n t a n d t h e r a t i o o f we b ve r t i c a l r e i nf or c e me n t, wh e r e a s s pe c i e s o f s t e e l f i be r h a s mi ni mum e f f e c t H y br i d f i be r c a n be u s e d
11、 t o g r e a t l y i nc r e a s e s h e a r du c t i l i t y o f d e e p be a ms a nd s he a r du c t i l i t y i s a t t he mo s t i n c r e a s e d b y 4 0 7 0A a l t h o u g h i t c a n n o t c h a n g e t h e b r i t t l e n e s s o f s h e a r d a ma g e Th e f u l l r a n g e s h e a r b e h a
12、 v i o r s o f d e e p b e a ms t h r o u g h ABAQUS a r e a n a l y z e d a n d t h e c a l c u l a t e d r e s u l t s a r e i n g o o d a g r e e me n t wi t h t e s t r e s u l t s Ke y wo r d s : h y b r i d f i b e r ; h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e( HP C) ; d e e p b e a m ; s h
13、 e a r ; d u c t i l i t y ; f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s 收稿 日期 : 2 0 1 2 1 i - 2 6 基金项 目: 湖北省教育厅青年科学基金( B 2 0 O 5 1 4 0 o 3 ) ; 武汉工程大学科学研究基金 ( 1 3 1 0 5 0 2 1 ) 作者简介 : 刘胜兵( 1 9 7 6 一 ) , 男 , 博 士 , 主要从事纤维混凝 土结构研究 , ( E ma i l ) a j i e 2 0 4 6 s i n a t o m。 徐礼华 ( 通信 作者) , 女 , 教授 , 博 士 ,
14、 ( E - ma i l ) x u l i h u d 1 6 3 c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 刘胜兵 , 等 : 混 杂纤 维 高性 能混凝 土深 梁的剪切 延性 8 9 延 性 是指 材 料 、 构 件 或 结 构 在 各 种 作 用 下 进 入 非线性 状 态后 , 在 承 载力 不 显 著 降低 情 况 下 的变 形 能力 。延性 可分 为 材料 延性 、 截 面延 性 、 构 件 延性 和 结 构延 性 。对 于 混 凝 土构 件 的 破 坏 , 除 了应 满 足 强 度 、 刚度 、 稳定性等方面的要求 外 , 还要
15、求具有 良好 的延性 , 使结构具 有充分 的变形能力和 良好 的动力 性能 , 防止结构在使用过程中发生脆性破坏。钢筋 混凝土深梁具有刚度大 、 受力特性合理 、 承载力大等 特点 , 在高层建筑 和大跨结构等实 际工程 中得 到广 泛应用 口 。深梁 构 件 由于所 受 弯矩 较 小 , 剪力 很 大 , 极 易 发生 剪切 破坏 , 而 剪切 破坏 属 于脆 性 破 坏 , 破坏 后 果极 为 严重 , 因此 对 深 梁 剪 切 破 坏 下 的延 性 进 行 研 究是 非 常必 要 的 。 目前 , 中 国外 对 混 凝 土 受 弯 构 件 的延性 十分 重 视 , 这方 面 的研 究
16、成 果 较 多 。文 献 E e 3 对混杂纤维高性能混凝土深梁正截面受弯性 能 进行了研究 , 指出混杂纤维可 以显著改善高性 能混 凝土深梁的正截面延性 , 但文 中未对延性进行定量 分析 。Xi e 等 3 仿 照正截面延性研究方法 , 定义 了 剪切 延性 指 标 , 对 梁 的剪 切 延 性 进 行 了定 量 分 析 。 对于深梁 的受剪性能 , 虽然研究成果较多 , 但 内容多 限于 受剪 承载 力 和 计算 模 型 等 方 面 5 。 。对 于深 梁 剪切延性 的研究 , Ra o等 1 研究 了尺寸变化对混 凝土 深梁 的剪 切延 性影 响 。有 关 昆杂 纤维 高 性 能混
17、凝 土深 梁剪切 延 性 的研究 , 目前 还 未 见诸 报 道 , 笔 者 对混杂纤维高性能混凝土深梁剪切破坏下的变形和 延性 进行 定量 分 析 和研究 , 为 纤维 混 凝 土结 构 技 术 规 程 ) ( C E C S 3 8 : 2 0 0 4 ) E 1 3 增 补有 关混 杂纤 维混 凝 土 深 梁 的 内容 提供 参 考 。 1 试 验 概 况 1 1 试 件设 计 按 照 纤 维 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 ( C E C S 3 8 : 2 0 0 4 ) 的有关要求 , 通过“ 正交设计法” _ 】 , 采用 L ( 2 3 ) 正交表设计 了 1 8组混杂纤维
18、 高性 能混凝 土深梁 。考虑的影响因素有 6 个 : 钢纤维体积率、 钢 纤维长径 比、 钢纤维外形 、 聚丙烯纤维体积率 、 水平 分布钢筋配筋率及竖 向分布钢筋配筋率。 各因素的水平数分别安排如下 : 1 ) 钢纤维体 积 率分别取 0 5 、 1 0 、 1 5 共 3个水平; 2 ) 钢 纤 维外 形采 用 端 钩形 和 波 纹 形 2 个 水 平 ; 3 ) 钢纤 维 长 径 比分别取 3 0 、 5 o 、 7 0共 3 个水平; 4 ) 聚丙烯纤维体 积率分别取 0 0 5 5 、 0 1 1 、 0 1 6 5 共 3个水平 ; 5 ) 水平分布钢筋配筋率分别取 0 、 0
19、5 8 1 、 0 8 7 2 共 3个 水 平; 6 ) 竖 向 分 布钢 筋 配筋 率 分 别 取 0 、 0 5 8 1 、 0 8 7 2 共 3个水平。 为便于对比, 还设计 了 2组不加纤维的普通高 性 能混凝 土 深 梁 。2 O组 深 梁 剪 跨 比均 为 1 , 跨 高 比 均为 1 6 。为保证深梁发生剪切破 坏, 深梁下部的 0 2 h ( 为 梁高 ) 范 围 内均 配 置 了 4虫1 8作 为纵 向受 力钢筋 , 分上下 2层 布置 , 配筋率为 1 3 5 6 。水平 及竖向分布钢筋采用光圆钢筋, 配筋率为 0 8 7 2 时 腹 筋 的布置 为 2 巾 1 O 1
20、 2 0 , 配筋率为 0 5 8 1 时腹筋 的 布 置 为 2 q , o 1 9 0 。深 梁 截 面尺 寸 均 为 1 5 0 mm 5 0 0 m m, 长 1 0 4 0 mm, 净跨 8 0 0 mm。试件具体参数 及试 验结果 见表 1 所示 。 表 1 试 件参数及试验结果 BF 3 1 1 BF1 2 1 B F2 3 1 BF2 1 2 B F3 2 2 BF1 3 2 BF1 1 3 BF2 2 3 BF3 3 3 DF1 1 1 DF2 2 1 DF3 3 1 DF3 1 2 1 ( 波纹形 ) 1 ( 波纹形 ) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形)
21、 1 ( 波纹形 ) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形) 1 ( 波纹形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形 ) 2 ( 端 钩形 ) 2 ( o 8 7 2 ) 1 ( o ) 3 ( o 5 8 1 ) 1 ( o) 3 ( o 5 8 1 ) 2 ( o 87 2 ) 3( o 5 81 ) 2( o 8 7 2 ) 1 ( o) 1 ( o) 3( o 5 8 1 ) 2 ( o 8 7 2 ) 3 ( o 5 8 1 ) 4虫 1 8 4 1 8 4 1 8 4士 1 8 4 1 8 4虫 1 8 4士 1 8 4虫 1 8 4虫 1 8 4虫1 8 4 1 8 4
22、虫 1 8 4 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 o 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 5 卷 DF1 2 2 DF2 3 2 DF2 1 3 DF3 2 3 DF1 3 3 C 1 C 一 2 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 2 ( 端钩形) 4虫 1 8 4士 1 8 4虫 1 8 4 1 8 4出1 8 4士 1 8 4出 1 8 注 : 表 中 B F系列表示采用波纹形钢纤 维的混杂纤维高性能混 凝土深梁 , D F系列表示采 用端钩形 钢纤维 的混 杂纤维 高性 能混凝 土深梁 ; B F 2
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- 混杂 纤维 性能 混凝土 剪切 延性
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